Nghiên cứu tính chất từ, từ trở của các mảng mỏng dạng băng FeCu PHA Co

ĐẠI HỌC QUÓC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN
TÊN ĐÈ TÀI:
NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT TỪ, TỪ TRỞ CỦA
CÁC MẢNG MỎNG DẠNG BẢNG FeCu PHA Co
M Ả SÓ: Q T - 04 - 07
C H Ủ TRÌ ĐÈ TÀI: TS. H O À N G N G Ọ C T H À N H
ĐAI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRUNG TÁM THÕNG TIN THU VIẸN
D ĩ / / / / ỗ
HÀ NỘI - 2005
ĐẠI HỌ C Q Ư ÓC G IA HÀ NỘI
TRƯ Ờ N G ĐẠI H Ọ C K H OA H ỌC T ự N H IÊN
T Ê N Đ È TÀI:
NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT TỪ, TỪ TRỞ CỦA
CÁC MẢNG MỎNG DẠNG BĂNG FeCu PHA Co
M Ã SÓ: Q T - 04 - 07
C H Ủ TRÌ ĐÈ TÀI: TS. H O À N G N G Ọ C T H À N H
CÁC CÁN BỌ THAM GỈA:
HVCH: Vù Nguyên Thức
GS. TS. Nguyễn Hữu Đức
HÀ NỘI - 2005
MỤC LỤC
Phần chính báo cáo
Báo cáo tóm tắ t
B rie f report o f project
M ục lụ c
M ớ đầu
N ội dung chính
Phần 1. Tông quan về tinh hình nghiên cứu các màng mong dạng băng
Phân 2. K.V thuật thực nghiệm

Phần 3. K ết qua nghiên cứu
Kết luận
Tài liệu tham kh ao
6
M Ở Đ Ầ U
H iệu ứng từ trơ không lồ (G M R ) thường quan sát được trong các vật liệu co cấu
trúc đa lớp gôm các lớp kim loại sắt từ xen kẽ với các lớp kim loại khòna từ tính
(F M /N M ) [1]. Ngoài các màng đa lớp. các vật liệu có cấu trúc dị thẻ eôm các hạt săt từ
kích thước nanỏ được phân bô trên nên phi từ cũng có hiệu ứne G M R , Ban chàt cua
hiệu ứng G M R được khăng định là do sự tán xạ phụ thuộc spin cua các điện tư dẫn.
Đây chính la cơ chế tán xạ s- d. Dưới tác động cua từ trườne ngoài các mô men từ
trong các lớp hoặc trone các hạt sẩt từ thay đôi định hướng sẽ làm thay đôi sự tán xạ
cua các điện tư dần có spin khác nhau.
Trong những năm gần đây nhiều công trình khoa học công bố về hiệu ứng G M R
trong hệ hạt chê tạo bãng phương pháp nguội nhanh với xứ lý nhiệt thích hợp tạo nên
cấu trúc với các hạt sẳt từ kích thước nanô trên nền không sắt từ. Sự phản bố và kích
thước cua các hạt sắt từ. nông độ các nguyên tô 3d cũna đã được nghiên cứu [2. 3].ơ
nhiệt độ phòng, hệ C u - Co với nông độ Co không lớn cho ty sô từ trơ cỡ 5 - 6 %
Ị4 ].V a i trò cua Fe trong hệ CuCo liên quan tới hiệu ứng G M R cùne đang được quan
tâm nhiều [5].
Đ ê tìm hiêu vai trò cua Fe. chúne tôi đã tiến hành khao sát hệ hợp kim
C u-Fe-C o với hàm lượne Fe thay đôi từ 2 - 10 % nguyên từ. Hệ hợp kim C u-F e-C o đã
được nghiên cứu ca lý thuyết lẫn thực nghiệm.
7
NỘI DUNG CHÍNH
PHẢN 1: MỎ HÌN H LÝ THUYẾT XÁC ĐINH GMR
M ô hình lý thuyết đê tính toán tý số G M R được xây dựng dựa trẽn cơ sơ mô
hinh hai dòng cua M o tt. Theo mô hình này các điện tư dẫn trong vật liệu tạo thành hai
kênh dần riêng biệt. Kênh thứ nhất được tạo thành do sự chuvên động cua các điện tư
có spin thuận (cùng chiêu với từ độ tự phát)., kênh thứ hai được tạo thành do sự chuyên

động cua các điện tư có spin nghịch (ngược chiêu với từ độ tự phát).
Dựa trên cơ chế tán xạ s - d giữa các điện tư 4s cua nền kim loại phi từ với các
trạng thái 3d cua các hạt săt từ. chi có các trạng thái 3d còn trông ơ 2 ản lân cận mức
Fécmi mới tham gia vào quá trình tán xạ và chi có các điện tư 4s mới tham eia vào quá
trình dẫn điện. K hi đó điện trơ suất sẽ ty lệ với mật độ trạng thái ơ mức Fécmi
p - N(Ef).
Như vậy điện trơ suất cua hai kênh thuận và nghịch tương ứng sẽ là pt và Pị có
thể biêu diễn dưới dạng sau:
p~ - N-iE/.) và P ị - N ị(E F).
Khi không có từ trường ngoài các m ô men từ cua các hạt trong vật liệu ơ trạna
thái không cộng tuyên, có thê xem trạng thái này tươne dương với trạng thái phan săt
từ trong các màng mong đa lớp.Kh i đó điện trơ suât cua vật liệu được tính theo công
p.V + p
thức sau: Pxc = ^ •
Khi có từ trườna naoài. các mô men từ cua các hạt trong vật liệu ơ trạng thái săt
í , . _ 2A P .
từ cộne tuyên và điện trơ suảt dược tính theo công thức: P(
-

.
p*+p,
T ý số G M R được xác định như sau:
G M R
>
1
1
' pỊ-p„'
Ịn .(E, )-n j e , )]
ó.
1

vP'+P J
XAE, ) + NJEi )j
(1)
Khi khône có tách vùng nàng lượna thì N t(E f ) - N „(E ị.) và G M R = 0.
Khi xay ra sự tách mức cua vùng nãne lượna. tức là có mặt cua các spin thuận
và nghịch tại mức Féc m i sẽ được biẻu diễn theo công thức sau:
8
Trff
10
NJE, ) = ■ - (£ / - A£): + V£, - AE
7ĩW "
Tông so điện tư m ỗi kênh sẽ là:
m — —~T f : -¡w- -ErdE + f yjE-WdE
n W - ^ J-H-
(2)
(3)
(4)
10
"ị =
(5 )
ơ ¿/ây vùng năng lượng 3 d được chọn là:
A! ,(E) = — — yjw2 - f 2 ( w là độ rộng vùng năng lượng)
7T^
và vùng năng lượng cua các điện tử dần 4s cua kim loại 3d ơ trạng thái 4s được chọn
là: NS(E)*JẼ
Khi đó mật độ trạng thái tông cộng cua kim loại 3d sẽ là:
10 -Viv '- - e '-+JẼN{E) =
7tW
Tích phàn hai phương trình (4 ) và (5) ta thu được số điện tư tống cộng cua hai kênh là:
25n

+
n - nr +11, — ——
E, ^25 - E ,: + 725 -A EỶ(E,
■ A E)
5 n
arcsin
+ -
arcsin
E, - AE
n
E,y : +{E, + A£)-5 : ]-^ A £ 3 2
(6)
Từ phươne trình (6 ) nhận thấy tông số điện tư dần n là hàm cua mức năng lượng
Fecm i (E f). Vớ i các kim loại cho trước, tông số điện tư (3d và 4d) đã được xác định.
Vớ i giá trị n và AE cho trước, theo phương trinh (6 ) ta tính được năng lượng Ef. và
theo các côna thức (2 ) và (3) xác định được mật độ trạne thái N A(E F).N ^ (E f:).
Thay các giá trị trên vào phươna trình (1) ta thu được ty sô G M R .
9
PHẢN II: KỸ THUẢT THƯC NGHIÊM
Các băng từ C u90F ei0_xC ov ( X = 2. 4. 8. 10) được chế tạo băne phươne pháp
nguội nhanh. Các mẫu được làm sạch bề mặt và u nhiệt trong chân khôns cao tại nhiệt
độ 400. 500 và 5 50° c trong thời gian 1 giờ.
Nghiên cứu các tính chât cua hệ băng từ qua các phép đo như: phản tích nhiều
xạ tia X . Đ o từ trơ bằng phương pháp đo 4 mũi dò tại nhiệt độ phòng.
T y số G M R được tính theo công thức:
AR R(H)~ R{0)
R{ o f R{ 0)
V ới R (H ) là điện trơ cua mẫu trong từ trường và R (0 ) là điện trơ m ẫu tại H = 0.
10
PHẢN III: KÉT QUẢ NGHIÊN c ử u

3.1 Nẹhiên cứu cấu trúc
K ẽt qua phân tích phô nhiễu xạ tia X cua các mẫu C u9()Fe]().NC < \ với các thành
phẩn X khác nhau được trình bàv trẽn hình 3. I
Hình 3.1 Phô nhiễu xạ tia X của các máu CihMJFeU).xCox chưa ú nhiệt iíi)
và lí ở 500 "C trong vòng lli (b).
Hình 3.1 a là phô nhiều xạ tia X cua các mau chưa u nhiệt, nhặn thây neoài sự hình
thành cua các hạt Cu còn có mặt cua các hạt Co (Fe. C oFe) chưa được rõ nét trên phô
nhiều xạ. Đ iều này có thê do nguyên nhân cường độ nhiều xạ đặc trưng cho các hạt Co.
Fe. CoFe vếu nèn bị đinh nhiễu xạ đặc trưng cho các hạt Co bao phu.
Phô nhiễu xạ cua các mầu u ơ 500° c được Trình bày trên hình 3.1 b. Từ anh
* phô nhiều xạ nhận thấy sau khi u nhiệt sự hình thành cua pha « - Fe đã rõ nét với các
mầu nồna độ Fe cao như X - 2. 4. Sự hinh thành cua các hạt Co với X = 10 và 8 sau khi
u nhiệt cũne chưa thè hiện rỏ nét.
Các kết qua ty số G M R cua hệ mẫu Cug0Fe|0.xC ov đo ơ nhiệt độ phòng được
trình bày trên hình 3.2. Do từ trường chưa đu lớn nên G M R chưa hoàn toàn bão hòa.
Tuy nhiên khi nồng độ Co thay thế tăng nhận thấy tỳ số G M R cũng tăna lên.
3.2 H iệ u ứ ng G M R
ế*
0
-0.2
-0.4
-0.6
-0.8
-1
X = 8
= 1 0
-0.9 0
H„H (T )
0.9
Hình 3.2. T ỉ sô GMR của hệ mẩu CulJ0Fell).xC oị cliưa ti nhiệt.

Sự phụ thuộc cua ty số G M R tại từ trườne |i<)H = 0.9 T vào nông độ Co được
trình bày trên hình 3. 2
2 4 6 8 10
nồng độ C o (X)
Hình 3.3. Sự phụ thuộc của ti SÕGMR cùa hệ CumFe in.yCo, vào X.
\2
Nhận thấy rằng sự có mặt cua Fe đã làm giam ty số G M R . Đê so sánh giữa thực
nghiệm và m ô hình lý thuyết đã trình bàv ơ trên, sự phụ thuộc cua ty số G M R vào tông
sô điện tư (n ) được trình bày trẽn hình 3.4. Quá trình tính toán thực nehiệm độ tách
vùng năng lượng AE = 1 eV.
Tông số điện tư í rì)
Hình 3.4 Sự phụ thuộc cua ty sô G MR vào tông sô điện tư
Có thè nhận thấy ty số từ điện trơ G M R giam do nông độ Fe thay thê tăng còn
do anh hương cua các yếu tố khác như mật độ trạng thái, cấu trúc vùng năng lượne
KÉT LUẬN
Được sự giúp đỡ cua đề tài Q T 04 - 07 trong quá trình nghiên cứu đã thu được
một số kết qua sau:
1) Đã chê tạo được hệ vật liệu CugoFeio-xC ox với thành phân X = 2. 4 .8, 10 băng
phương pháp nguội nhanh.
2) Khao sát cáu trúc, tỵ sô từ điện trơ <GMR) cua hệ màu cho thày mau có cáu
trúc nanô dị thè, tỷ sô GMR giam khi nóng độ Fe tảng.
3) Mô hình lý thuvẻt đưa ra áp dụng với độ tách vùng năng lượng AE = I eV lù phù
hợp với két qua thực nghiệm thu được.
4) Sự thav đỏi cua tỵ sô từ điện trơ GMR không những chi phụ thuộc vào nông độ
Fe thay thẻ mà còn phụ thuộc vào mật độ trạng thái, cáu trúc vùng năng lượng
và cáu trúc giữa các lớp interfaces
14
TÀI LIÊU THAM KHẢO
[1]. A B athelem y. A. Fert and F. Prtroff. Handbook o f M agnetic M aterials. K .H .J
Buschow. ed N orth - Holland. A msterdam , vol. 12 (1 99 9) chapter 3 p .l

[2]. R .H .Y u . X . X Zhang. J. Tejada. M . Knobel. P.Tiberto and P. A llia . Magnetic
properties and giant magnetoresistance in m elt - spun Co - Cu alloys. Appl. Phys 78
(1 99 5) p. 392.
[3]. E.F. Ferrari. F. C. S da Silva and M . knobel. Influence o f the distribution o f
magnetic moments on the m agnetization and magnetoresistance in granular alloys.
Phys. Rev. B 56 (1 99 7). p. 6086.
[4], N .H .N g h i. N .D . Nhan. C .V.T ha ng. N .X.P hu c. N .M .H o n g. N .H .D u e. N.A .T ua n. B.
X . Chien and L .M .H o a . G M R effect o f rapidly solidified Co - Cu alloys. Procced. o f
the fifth Vietnam ese - G erman Seminar on Physics and Engineering. H ue 25 Ferb - 02
M arch. 2002.
[5]. F. W ang. Z .D . Zhang. T. Zhao. M .G . W ang. D .K . Xion g, X .M . Jin. D .Y . Geng.

X .G . Zhao. W . L iu and M .H . Yu. Giant magnetoresistance in C o-Fe-C u granular
ribbons. J.Phys.: Condens. M atter 12 (2 00 0) 4829.
15