ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN BÁ ĐOÀN

VẬT LIỆU TỔ HỢP CẤU TRÚC MICRO – NANO
TRÊN NỀN PZT: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ
CÁC TÍNH CHẤT ĐẶC TRƯNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội – 2011


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN BÁ ĐOÀN

VẬT LIỆU TỔ HỢP CẤU TRÚC MICRO – NANO
TRÊN NỀN PZT: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ
CÁC TÍNH CHẤT ĐẶC TRƯNG

Chuyên ngành: Vật liệu và linh kiện Nano
Mã số: (Chuyên ngành đào tạo thí điểm)

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Phạm Đức Thắng

Hà Nội – 2011


2.3.3. Khảo sát tính chất sắt điện......................................................................... 37
2.3.4. Kính hiển vi điện tử quét SEM.................................................................. 37
2.3.5. Kính hiển vi lực nguyên tử AFM............................................................... 38


2.4. Khảo sát hiệu ứng tổ hợp.................................................................................. 40
2.4.1. Khảo sát sự thay đổi tính chất từ dưới tác dụng của điện trường...............40
2.4.2. Khảo sát sự thay đổi cấu trúc dưới tác dụng của điện trường.................... 40
Chương 3 - Kết quả và thảo luận................................................................................. 41
3.1. Hệ vật liệu tổ hợp PZT/NiFe/CoFe trên đế PZT phân cực ngang.....................41
3.1.1. Cấu trúc vi mô........................................................................................... 41
3.1.2. Tính chất từ của hệ tổ hợp......................................................................... 41
3.1.3. Hiệu ứng điện – từ..................................................................................... 43
3.2. Hệ vật liệu tổ hợp PZT/NiFe/CoFe trên đế PZT phân cực dọc.........................49
3.2.1. Một số tính chất điện của đế PZT phân cực dọc........................................ 49
3.2.2. Tính chất từ của hệ tổ hợp......................................................................... 50
3.2.3. Khảo sát hiệu ứng tổ hợp........................................................................... 52
3.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ chiều dày NiFe/CoFe........................................................ 58
3.4. Chế tạo màng mỏng PZT.................................................................................. 58
3.4.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ đế........................................................................ 59
3.4.2. Ảnh hưởng của thời gian chế tạo............................................................... 60
3.4.3. Ảnh hưởng của thời gian ủ nhiệt................................................................ 62
3.4.4. Tính toán hằng số mạng............................................................................. 63
KẾT LUẬN................................................................................................................. 65
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................


BẢNG DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Đường cong điện trễ của vật liệu sắt điện..................................................... 3
Hình 1.2. Cấu trúc tinh thể của họ perovskite ABO3..................................................... 3

trên các mặt ph ng tinh thể.............................. 33


Hình 2.12. Sơ đồ thiết bị nhiễu xạ tia X...................................................................... 34
Hình 2.13. Sơ đồ nhiễu xạ tia X sử dụng detector để thu ảnh nhiễu xạ.......................34
Hình 2.14. Thiết bị đo -ray D8 Advance Brucker..................................................... 35
Hình 2.15. Sơ đồ hệ đo từ kế mẫu rung VSM.............................................................. 36
Hình 2.17. Thiết bị đo tính chất sắt điện..................................................................... 37
Hình 2.18. Kính hiển vi điện tử quét SEM.................................................................. 38
Hình 2.19. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của kính hiển vi lực nguyên tử........................39
Hình 2.20. Kính hiển vi lực nguyên tử AFM............................................................... 39
Hình 3.1. Cấu trúc vật liệu tổ hợp PZT/NiFe/CoFe.................................................... 41
Hình 3.2. Hình ảnh SEM của mẫu PZT/NiFe/CoFe.................................................... 41
Hình 3.3. Đường cong từ hóa của các mẫu PZT/NiFe/CoFe với chiều dày lớp đệm
NiFe thay đổi............................................................................................................... 42
Hình 3.4. Sự phụ thuộc của lực kháng từ HC và từ độ bão hòa MS theo thời gian phún
o

xạ lớp NiFe (với α = 0 ).............................................................................................. 43
Hình 3.5. Phổ nhiễu xạ X-ray của các mẫu MN13 đo tại các thế khác nhau..............44
Hình 3.6. Phổ nhiễu xạ X-ray của các mẫu MN63 đo tại các thế khác nhau...............44
Hình 3.7. Sự phụ thuộc từ độ của các mẫu MN13, MN23, MN43, MN63 theo điện trường
tại các từ trường ngoài khác nhau............................................................................... 45

Hình 3.8. Đường cong điện trễ của đế áp điện PZT phân cực ngang.........................46
Hình 3.9. Sự phụ thuộc dòng rò theo thời gian của đế PZT phân cực ngang..............46
Hình 3.10. Sự phụ thuộc vào điện áp của độ cảm trường χ của mẫu MN63................47
Hình 3.11. Sự phụ thuộc từ độ của các mẫu MN63 vào điện trường đặt vào lớp áp điện
PZT theo các góc α khác nhau..................................................................................... 48
Hình 3.12. Hình minh hoạ sự phụ thuộc từ độ của các mẫu MN63 vào điện thế tác

o

o

600 C, (b) 550 C và (c) 500 C.................................................................................... 60
Hình 3.24. Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu theo thời gian chế tạo màng............61
Hình 3.25. Ảnh AFM mẫu M010 chế tạo trong 90 phút.............................................. 61
Hình 3.26. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu M018 chế tạo với thời gian 120 phút.....62
Hình 3.27. Ảnh AFM của mẫu M018 chế tạo với thời gian 120 phút.......................... 62
Hình 3.28. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu PZT theo thời gian ủ..............................63
Hình 3.29. Ảnh AFM của (a) mẫu M006, (b) mẫu M008 và (c) mẫu M007................63


Bảng danh mục thuật ngữ
Chữ viết tắt
AFM
CMOS

DRAM

FRAM
MBE
MLC
PED
PLD
PZT
SAW
SEM
SRAM
SRO

luận văn này, vật liệu tổ hợp PZT/NiFe/CoFe cấu trúc micro-nano được chế tạo trực
tiếp trên PZT bằng phương pháp phún xạ, qua đó nghiên cứu ảnh hưởng của điện áp
lên tính chất từ của vật liệu. Màng mỏng PZT cũng được chế tạo trên Si bằng phương
pháp bốc bay xung điện tử và nghiên cứu ảnh hưởng của một số điều kiện công nghệ
lên tính chất cấu trúc của vật liệu.


2

Chương 1 - Tổng quan về vật liệu sắt điện, sắt từ và multiferroics
1.1. Tổng quan về vật liệu sắt điện
1.1.1. Vật liệu sắt điện
Sắt điện là hiện tượng xảy ra ở một số chất điện môi có độ phân cực điện tự phát
ngay cả khi không có điện trường ngoài, và trở nên hưởng ứng mạnh dưới tác dụng
của điện trường ngoài. Mômen lưỡng cực điện trong vật liệu sắt điện có có tương tác
với nhau, nên tạo sự khác biệt so với các chất điện môi khác. Độ phân cực điện tồn tại
ngay cả khi không có điện trường ngoài, nhưng trên toàn vật liệu, mômen lưỡng cực
điện tổng cộng có giá trị bằng 0, do các mômen lưỡng cực điện định hướng hỗn loạn.
Ở nhiệt độ 0K các mômen lưỡng cực điện song song với nhau, tạo nên độ phân cực tự
phát. Tính chất sắt điện là một thuộc tính vật lý của vật liệu có sự phân cực điện tự
phát. Tính chất sắt điện được nhà khoa học Valasek phát hiện ra lần đầu tiên vào năm
1920 trên muối Rochelle.
Đại lượng đặc trưng cho mức độ phân cực của vật liệu sắt điện là vectơ phân cực
điện P , còn gọi là độ phân cực điện. Độ phân cực điện là tổng các vector mômen
lưỡng cực của các phân tử trong một đơn vị thể tích của khối điện môi.

p

P là vectơ phân


đầu. Khi cường độ điện trường ngoài bằng 0 thì độ phân cực không về giá trị 0 mà tồn
tại một độ phân cực nhất định gọi là độ phân cực dư P r (điểm D). Để triệt tiêu hoàn
toàn độ phân cực dư này, cần tăng cường độ điện trường theo hướng ngược lại đến giá
trị điện trường gọi là điện trường khử phân cực hay lực kháng điện E c (điểm F). Tiếp
tục tăng cường độ điện trường theo chiều này (đoạn FG), độ phân cực điện đảo chiều
và cũng tăng dần cho đến giá trị Ps. Giảm dần cường độ điện trường và tăng theo
hướng ngược lại, ta sẽ thu được đường cong khép kín gọi là đường cong điện trễ.

Hình 1.1. Đường cong điện trễ của vật liệu sắt điện
1.1.2. Vật liệu có cấu trúc perovskite
Trong số các vật liệu có cả tính sắt điện và áp điện, các oxit có cấu trúc
perovskite chiếm một số lượng lớn và đã thu hút được nhiều sự quan tâm nghiên cứu
của các nhà khoa học trên thế giới. Perovskite là tên gọi chung của các vật liệu có cấu
trúc tinh thể giống với cấu trúc của CaTiO 3, với công thức cấu tạo chung là ABO3,
trong đó A, B là các ion dương có bán kính khác nhau, nhưng thông thường bán kính
ion dương A lớn hơn so với ion dương B. Cấu trúc của perovskite là biến thể của cấu
trúc lập phương với các ion dương A nằm ở đỉnh của hình lập phương, có tâm là ion
2-

2-

dương B. Ion dương B đồng thời cũng là tâm bát diện tạo bởi các ion âm O . Ion O
nằm ở trung tâm các mặt của ô đơn vị (xem hình 1.2). Cấu trúc tinh thể có thể thay đổi
từ lập phương sang dạng khác như hệ trực giao, trực thoi khi các ion A, B bị thay thể
bởi các nguyên tố khác. Tùy thuộc nguyên tố B là chất nào mà sẽ có những họ khác
nhau, như họ manganite khi B = Mn, họ titanate khi B = Ti hay họ cobaltite khi B =
Co. Còn A thường là các nguyên tố như Bi, Pb, ...

Hình 1.2. Cấu trúc tinh thể của họ perovskite ABO3


và Zr đóng vai trò là cation B
trình bày ở hình 1.3.

4+

4+

một cách ngẫu nhiên. Giản đồ pha của PZT được

Biên pha hình thái học là đường phân chia vùng sắt điện thành hai miền: pha sắt
điện có cấu trúc mặt thoi (phía giàu Zr) và pha sắt điện có cấu trúc tứ giác (phía giàu
Ti). Một số nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng tại biên pha hình thái học tồn tại đồng thời
cả ba pha là tứ giác, mặt thoi và đơn tà. Do pha đơn tà không tồn tại trục đối xứng mà
chỉ tồn tại mặt đối xứng nên nó cho phép vectơ phân cực điện quay dễ dàng trên mặt
này, giữa các trục cực của các pha tứ giác và mặt thoi. Trên giản đồ ta thấy, biên pha
hình thái học không phải là biên giữa hai pha tứ giác và mặt thoi, thay vào đó là biên
giữa pha tứ giác và pha đơn tà với 0.43 ≤ x ≤ 0.57. Kết quả này đã giải thích mối liên
hệ giữa pha đơn tà và tính chất áp điện nổi bật của PZT. Các kết quả nghiên cứu các


5
mẫu đã phân cực cho thấy biến dạng đơn tà là nguồn gốc của tính chất áp điện cao bất
thường của PZT. Những nghiên cứu mới đây về cấu trúc cho thấy tại lân cận biên pha
hình thái học có sự thay đổi đột ngột hằng số mạng, chính vì vậy mà tại vùng này các
tính chất vật lý như hằng số điện môi, hệ số liên kết điện cơ cũng có những biến đổi dị
thường.

Hình 1.3. Giản đồ pha của vật liệu PZT
Hình 1.4 mô tả ảnh hưởng của tỷ lệ Zr/Ti lên hằng số điện môi (ε) và hệ số áp
điện (K) của PZT. Từ hình này ta có thể thấy các tính chất vật lý của vật liệu như hằng

+

PZT “cứng” và “mềm”. PZT cứng được pha tạp với ion acceptor như K , Na cho vị
3+

3+

3+

trí của A và Fe , Al , Mn cho vị trí của B, gây ra sự thiếu oxi trong mạng tinh thể.
PZT cứng thường có hằng số điện môi thấp hơn, sự mất mát điện thấp hơn và hệ số áp
điện thấp hơn, vật liệu này khó phân cực. Bên cạnh đó, PZT mềm được pha tạp các ion
3+

5+

5+

donor như La cho vị trí A và Nb , Sb cho vị trí B dẫn đến sự thiếu hụt của A trong
mạng tinh thể. PZT mềm có hằng số điện môi cao hơn, sự mất mát về điện lớn hơn, hệ
số áp điện cao hơn và dễ dàng phân cực. Do đó chúng có thể được sử dụng trong các
ứng dụng đòi hỏi tính áp điện rất cao [3].
So với các vật liệu sắt điện khác, ví dụ như BaTiO 3, gốm PZT thể hiện tính áp
điện và sắt điện mạnh hơn (hằng số điện môi, hằng số áp điện thuận - nghịch, độ phân
cực dư,… lớn hơn). Do vậy, vật liệu PZT được nghiên cứu rộng rãi với các khả năng
ứng dụng phong phú trong nhiều lĩnh vực.
1.1.5. Ứng dụng của vật liệu PZT
Tuỳ vào mục đích ứng dụng mà người ta sẽ chọn các thành phần gốm PZT với tỷ
lệ Zr/Ti phù hợp. Nếu cần vật liệu có hệ số liên kết điện cơ, độ thẩm điện môi cao thì
nên chọn vật liệu có thành phần nằm lân cận biên pha hình thái học. Trong khi đó, nếu

truy cập ngẫu nhiên tĩnh (SRAM) đang được sử dụng phổ biến trên thị trường hiện
nay. Tuy nhiên các bộ nhớ này có nhược điểm là bị mất thông tin lưu khi tắt nguồn
nuôi. Một số bộ nhớ không tự xóa như các CMOS có hỗ trợ pin và các bộ nhớ chỉ đọc
có khả năng xóa bằng điện (EEPROM). Nhưng nói chung các bộ nhớ không tự xóa
này rất đắt. Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên sắt điện (FRAM) có nhiều ưu điểm như:
không tự xóa, tương thích với mạch CMOS và GaAs, tốc độ đọc, ghi cao khoảng 30 ns
2

và mật độ thông tin lớn (kích thước ô nhớ 4 µm ). Hình 1.6 cho thấy cấu trúc thông
thường của bộ nhớ flash và bộ nhớ FRAM.
Vật liệu sắt điện có độ phân cực tự phát ở nhiệt độ thấp hơn T C nên độ lớn và
hướng của độ phân cực có thể được đảo chiều dưới tác dụng của điện trường ngoài. Do
đó, FRAM chế tạo từ màng mỏng sắt điện có thể được sử dụng để lưu trữ dữ liệu.
FRAM là bộ nhớ không tự xóa, trạng thái vẫn được duy trì khi tắt nguồn nuôi. Bộ nhớ
FRAM có thể sử dụng được trong môi trường khắc nghiệt như ngoài không gian [23,
36].


8

Hình 1.6. Cấu trúc của (a) bộ nhớ Flash và (b) bộ nhớ FRAM [12]

Thông qua thay đổi thành phần cấu tạo và phương pháp lắng đọng, màng mỏng
PZT được sử dụng để chế tạo FRAM có đặc tính chuyển mạch trong phạm vi rộng. Do
đó, tùy thuộc vào mục đích ứng dụng, các quy trình, công nghệ chế tạo được chọn phù
hợp. Chiều dày màng mỏng nhỏ sẽ cực tiểu hóa năng lượng trong quá trình chuyển
mạch. Màng mỏng PZT với chiều dày ~ 200-300 nm có thế chuyển mạch chỉ xấp xỉ
5V. Phần tiếp giáp giữa đế và màng mỏng PZT rất nhỏ nên giảm sự hình thành vùng
không sắt điện ở phần giáp ranh. Mặt khác, vật liệu dùng để chế tạo điện cực dưới
không được phản ứng với màng PZT ở nhiệt độ cao trong quá trình chế tạo.

liệu áp điện bằng cách sử dụng các cặp điện cực răng lược đặt trên đế áp điện (hình
1.8). Một sóng đàn hồi được tạo ra ở lối vào của cặp điện cực răng lược đầu vào sẽ lan
truyền dọc theo bề mặt của đế áp điện và được thu bởi cặp điện cực đầu ra.

Hình 1.8. Cặp điện cực răng lược của SAW trên đế PZT
Các điện cực răng lược được sắp xếp xen kẽ nhau, khoảng cách giữa các điện
cực thông thường bằng bề rộng của các điện cực. Hai cặp điện cực răng lược được chế
tạo trên đế áp điện trong cấu trúc cảm biến SAW được đặt cách nhau một khoảng L.
Để làm việc ở một tần số cao thì khoảng cách giữa các điện cực và bề rộng của chúng
phải nhỏ cỡ vài chục µm. Tần số của sóng phụ thuộc vào bề rộng của các điện cực. Khi
thay đổi khoảng cách bề rộng của điện cực thì tần số làm việc thiết bị SAW có thể thay
đổi, thông thường nằm trong dải vài Hz đến GHz.
d. Chế tạo ống dẫn sóng
Ống dẫn sóng quang điều khiển sự truyền ánh sáng trong vật liệu trong suốt ví
dụ như màng mỏng sắt điện theo một hướng nhất định.

Hình 1.9. Ống dẫn sóng được chế tạo từ màng mỏng sắt điện


10
Để ống dẫn sóng hoạt động, hệ số phản xạ của màng mỏng cần cao hơn hệ số
phản xạ của đế. Để ánh sáng có thể lan truyền trong ống dẫn sóng, màng mỏng cần
trong suốt về mặt quang học. Điều này có thể đạt được bằng cách chế tạo màng mỏng
dưới các điều kiện sạch để đạt được kích thước hạt tốt với mật độ cao và độ sạch siêu
cao. Ống dẫn sóng dạng màng mỏng sắt điện từ LiNbO 3 và Li(Nb,Ta)O3 (hình 1.9) đã
được chế tạo bằng phương pháp epitaxy chùm phân tử (MBE). Màng mỏng PZT và
PLZT có thể được sử dụng để chế tạo ống dẫn sóng tốt hơn các vật liệu trên do hệ số
quang điện của các vật liệu này lớn [5, 37].

1.2. Vật liệu sắt từ

2

3

kháng từ HC lớn cỡ 10 ÷ 10 kA/m, năng lượng (BH)max lớn, đường cong từ trễ rộng
và cao. Một số vật liệu từ cứng tiêu biểu: NdFeB, FePt, CoPt, AlNiCo...

1.3. Vật liệu đa pha sắt (multiferroics)
Trong thời gian gần đây, vật liệu đa pha sắt, còn gọi là multiferroics được xem
như một đối tượng vật liệu mới được các nhà khoa học trên thế giới quan tâm nghiên
cứu [20, 24] do các tính chất đa dạng cũng như khả năng ứng dụng trong nhiều thiết bị
lưu trữ thông tin, các cảm biến, các bộ chuyển đổi, … Thuật ngữ multiferroics được
dùng để đề cập tới loại vật liệu có ít nhất hai trong số các tính chất sau: tính áp điện/sắt
điện và tính từ giảo/sắt từ. Với vật liệu multiferroics điện – từ, nhờ tương tác qua lại
giữa các thông số trật tự ở mức vĩ mô/vi mô nên người ta có thể thay đổi các tính chất
về điện nhờ một từ trường ngoài cũng như có thể thay đổi từ tính nhờ một điện trường
ngoài.
Những vật liệu thể hiện tính multiferroics được phát hiện đầu tiên là các vật liệu
đơn pha như Cr2O3, yttrium – iron – garnets YIG [14]. Tuy nhiên số lượng các vật liệu
loại này là không nhiều, bên cạnh đó dải nhiệt độ hoạt động thường thấp nên không
được quan tâm nghiên cứu. Cùng với sự phát triển của các công nghệ mới, sự phát
hiện ra tính chất đa pha ở các vật liệu có cấu trúc perovskite; các vật liệu tổ hợp dạng
khối, tấm, màng đa lớp, …; các vật liệu có cấu trúc nhân tạo với độ dày cỡ lớp nguyên
tử dựa trên các cấu trúc oxide, … đã cho thấy đây là một hướng nghiên cứu rất lý thú
về khoa học và công nghệ nano.
1.3.1. Vật liệu multiferroics đơn pha
Vật liệu multiferroics đơn pha là loại vật liệu đồng nhất về thành phần nhưng thể
hiện đồng thời các tính chất của các pha điện và từ khác nhau. Về cơ bản có thể chia
thành một số nhóm chính dựa trên cấu trúc tinh thể như sau [17]:
- Vật liệu có cấu trúc perovskite ABO 3 trong đó các ion từ chiếm một phần hay



12

Hình 1.11. Cấu trúc perovskite
Hợp chất manganit đất hiếm cấu trúc lục giác với công thức tổng quát ReMnO3
với Re = Y, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Sc. Cấu trúc tinh thể của chúng chứa đựng hình chóp
tam diện nối với các đỉnh để hình thành những lớp vuông góc với trục bậc sáu.

Hình 1.12. Cấu trúc perovskite của YMnO3
Nguyên tử Mn nằm bên trong khối tam diện, trong khi những nguyên tử đất hiếm
nằm giữa các lớp của hình chóp. Các vật liệu này thể hiện tính phản sắt từ hoặc sắt từ
yếu [12, 39, 21].
-

Hợp chất chứa nguyên tố Bo với công thức tổng quát M3B7O13X trong đó M =

Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Ni, và X = Cl, Br, I. Bên cạnh đặc tính sắt điện, các hợp chất này
còn là phản sắt từ hoặc sắt từ yếu. Nhiệt độ chuyển pha trật tự sắt điện – thuận điện của
các vật liệu này thấp hơn nhiệt độ phòng.
-

Hợp chất BaMF4 với M = Hn, Fe, Co, Ni, có cấu trúc tinh thể dạng trực thoi ở

nhiệt độ cao. Hợp chất này có tính sắt điện hoặc hỏa điện. Nhiệt độ chuyển pha điện
rất gần với nhiệt độ nóng chảy. Ở nhiệt độ đủ cao, cấu trúc phản sắt từ hay sắt từ yếu
xuất hiện cùng với các tính chất từ đàn hồi [13, 29, 30, 31].
Trên bảng 1.1 dưới đây đưa ra một số vật liệu multiferroics đơn pha cùng với các
nhiệt độ chuyển pha điện và từ tương ứng.


β-NaFeO
Co1.75Mn1.2
Sự xuất hiện đồng thời của các tính chất điện và từ trong các vật liệu đơn pha là
do về mặt nguyên lý, trật tự từ chịu sự điều khiển của tương tác trao đổi giữa các spin
của điện tử, trong khi đó trật tự điện chịu tác động của sự tái phân phối mật độ điện
tích trong mạng tinh thể.
1.3.2. Vật liệu tổ hợp đa pha
Các vật liệu tổ hợp có thể có các dạng khác nhau với số lượng phong phú hơn vật
liệu đơn pha, từ dạng composite khối, các tấm xen kẽ đến dạng màng đa lớp, … Vật
liệu multiferroics tổ hợp thường chứa hai pha: pha áp điện/sắt điện và pha từ giảo/sắt
từ. Nhìn chung trong nhiều trường hợp các pha này tương tác qua lại với nhau thông
qua ứng suất sinh bởi điện trường hoặc từ trường ngoài. Trong các vật liệu dạng này,
hiệu ứng điện – từ (magnetoelectric effect) là một hiệu ứng hay và được nghiên cứu
nhiều nhờ khả năng ứng dụng của nó trong các bộ chuyển đổi năng lượng, các bộ
chuyển mạch hay lưu trữ thông tin. Một số loại vật liệu tổ hợp đa pha và các phương
pháp chế tạo được tổng kết trên bảng 1.2.


Bảng 1.2 Một số vật liệu multiferroics tổ hợp đa pha.
Vật liệu tổ hợp
BaTiO3-CoFe2O4
BaTiO3-NiFe2O4
BaTiO3-Ni(Co, Mn)Fe2O4
Bi4Ti3O12-CoFe2O4
BaPbTiO3-CuFeCrO4
PZT-NiFe2O4

PZT-CoFe2O4
PZT-Terfenol D
Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-Terfenol-D

keo epoxy trung gian để gắn kết hai pha sẽ khó xử lý về mặt độ dày, ảnh hưởng của
lớp trung gian này. Vì vậy các nghiên cứu vật liệu tổ hợp với hợp kim từ có giá thành
thấp như các kim loại chuyển tiếp, với H bias thấp, hiệu ứng điện-từ lớn và có thể chế
tạo vật liệu tổ hợp không dùng lớp gắn kết là mục tiêu được luận văn hướng đến.
Trong luận văn này, các vật liệu tổ hợp được chế tạo sử dụng phương pháp phún xạ,
phương pháp bốc bay bằng laser xung/xung điện tử.
1.3.3. Vật liệu có cấu trúc nhân tạo
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, các thiết bị hiện đại đã
cho phép con người quan sát được các kích thước nhỏ cỡ nguyên tử và thậm chí điều
khiển và sắp xếp chúng thành các cấu trúc mong muốn với kích thước nanomet hoặc
nhỏ hơn. Có thể kể đến các ví dụ điển hình sau:
-

Cấu trúc siêu mạng (La,Ca)MnO3 – BaTiO3 bao gồm từng lớp các pha thành

phần sắt từ (La,Ca)MnO3 và áp điện BaTiO3 độ dày mỗi lớp cỡ vài lớp nguyên tử, xen
kẽ nhau. Nhờ cấu trúc siêu mỏng như vậy, các đối xứng tại các vùng tiếp xúc giữa các
pha bị phá vỡ, dẫn đến sự thay đổi về quỹ đạo của các điện tử, sự phân bố của các spin
và điện tích, đồng thời ảnh hưởng mạnh đến các tính chất điện và từ của vật liệu (hình
1.13a).
-

Cấu trúc nano với các ống CoFe2O4 có đường kính vài chục nanomet nằm trên

nền áp điện BaTiO3. Nhờ việc xen kẽ đều giữa cac pha điện và từ, tương tác giữa các
vật liệu này được tăng cường mạnh dẫn đến các dị thường trên đường cong từ nhiệt.

Hình 1.13. Các vật liệu tổ hợp từ – điện – (a) Dạng màng đa lớp, (b) Dạng cấu trúc
cột
Nhìn chung, với các vật liệu tổ hợp đa pha và nhân tạo, tính chất của hệ có thể