Bài giảng Vật lí chất rắn - Chương 6: Tính chất từ của vật liệu (Phần 3) - Phạm Đỗ Chung

Nội dung text: Bài giảng Vật lí chất rắn - Chương 6: Tính chất từ của vật liệu (Phần 3) - Phạm Đỗ Chung

1. VẬT LÍ CHẤT RẮN Phạm Đỗ Chung Bộ môn Vật lí chất rắn – Điện tử Khoa Vật lí, ĐH Sư Phạm Hà Nội 136 Xuân Thủy, Cầu Giấy, Hà Nội PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018 Lớp Y19 – Sư phạm Vật lí
2. Chương 6 • Tính chất từ của vật liệu 1. Moment từ của electron 2. Moment từ nguyên tử, quy tắc Hund 3. Phân loại vật liệu từ 4. Nghịch từ 5. Thuận từ 6. Sắt từ 7. Cấu trúc domain và sự từ hoá của vật liệu PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018 2
3. 6. Sắt từ Vật liệu sắt từ 1 a) b) • Trên TC thuận từ • Dưới TC (nhiệt độ Curie) là sắt từ Tồn tại độ từ hóa tự phát ngay cả khi B=0. PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018 3
4. 6. Sắt từ • Trong sắt từ có các miền (domain) từ hóa tự phát. Các domain định hướng hỗn độn nên không xuất hiện moment từ. • Tính chất của sắt từ là đóng góp của moment từ spin của các electron lớp vỏ chưa đầy và moment từ của các electron của phân lớp s. • Tương tác trao đổi giữa các electron ở lớp vỏ chưa đầy dẫn tới moment từ spin của các electron định hướng song song. • Sự tương tác này tương tự như tương tác của moment từ spin với một trường nội, trường phân tử Weiss: Bi (λ là hằng số trường phân tử). Bi=μoλM PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018 4
5. 6. Sắt từ Lí thuyết trường phân tử ! ! BI = µ0λM B = B0 + BI = B0 + µ0λM • Làm tương tự trường hợp thuận từ: gµ j M = ngµ jB(a) a = B B' B kT ở đây chỉ cần thay giá trị: J = S và B’ = B0 + BI Tại sao lại thay J = S è Thuận từ vs Sắt từ? PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018 5
6. 6. Sắt từ Lí thuyết trường phân tử gµ S gµ S a = B (B + B )= B (B + µ λM ) kT 0 I kT 0 0 M = ngµB SB(a) 2S +1 ⎛ 2S +1 ⎞ 1 ⎛ a ⎞ B(a)= cth⎜ a⎟ − cth⎜ ⎟ 2S ⎝ 2S ⎠ 2S ⎝ 2S ⎠ a→∞ (khi T →0 hoặc B →∞ ) ta có B(a) →1: M(T → 0) = M(0) = ngµB S (S +1) (S +1)gµ a<<1 B(a) ≈ a = B (µ λM + B ) 3S 3kT 0 0 nS (S +1)g 2 µ 2 M = ngµ SB(a) ≈ B (µ λM + B ) B 3kT 0 0 PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018 6
7. 6. Sắt từ Lí thuyết trường phân tử � � M = ngµ SB a = � � B ( ) � 0 • Nếu không có từ trường ngoài: Bo= 0 T g�� g�� ��� a = � = ��� ⇒ � = �� �� g���� PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018 7
8. 6. Sắt từ Lí thuyết trường phân tử PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018 8
9. 6. Sắt từ Mối liên hệ giữa trường phân tử và moment từ tự phát (S +1) (S +1)gµ a<<1 B(a) ≈ a = B (µ λM + B ) 3S 3kT 0 0 nS (S +1)g 2 µ 2 M = ngµ SB(a) ≈ B (µ λM + B ) B 3kT 0 0 Bo =0, TèTc 3�� � = ��(S + 1)�� � Đo Tc (vĩ mô) è Tính được λ (vi mô) PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018 9
10. 7. Cấu trúc domain và sự từ hoá của vật liệu • Nếu chỉ tính đến tương tác trao đổi: mọi moment từ đều song song • Trong vật liệu từ còn nhiều loại năng lượng khác (năng lượng dị hướng từ tinh thể, năng lượng từ đàn hồi, năng lượng trường khử từ, ) Năng lượng cực tiểu khi vật liệu sắt từ tạo thành các cấu trúc domain Domain = miền từ hóa tự phát vĩ mô PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018 10
11. 7. Cấu trúc domain và sự từ hoá của vật liệu N S N N N N N N N N PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018 11
12. 7. Cấu trúc domain và sự từ hoá của vật liệu Đường cong từ trễ Hai quá trình từ hóa a) 1. Dịch vách a) Dịch vách thuận H = 0 nghịch b) Dịch vách không b) thuận nghịch (bước nhảy H Barkhausen) c) 2. Quay domain H PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018 12
13. 7. Cấu trúc domain và sự từ hoá của vật liệu Đường cong từ trễ a) • Dịch vách thuận nghịch (O đến A) • Dịch vách không thuận nghịch b) Nếu B đủ lớn để vách dịch chuyển qua điểm A vách có thể tự động dịch đến điểm C có giá trị tương đương mà không cần phải có từ trường c) ngoài. AC = bước nhảy Barkhausen (Barkhausen discontinuity). PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018 13