Cấu trúc tinh thể và tính chất từ của hạt nano pherit spinen niy0,1fe1,9o4 chế tạo bằng phương pháp sol gel

 
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI 
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN 

---------- 

Nguyễn Thị Ly

CẤU TRÚC TINH THỂ VÀ TÍNH CHẤT TỪ CỦA HẠT
NANO PHERIT SPINEN NiY0,1Fe1,9O4 CHẾ TẠO BẰNG
PHƯƠNG PHÁP SOL - GEL

 
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC 

Hà Nội - 2014 

Nguyễn Thị Ly


 
 

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI 
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN 

---------- 

Nguyễn Thị Ly

CẤU TRÚC TINH THỂ VÀ TÍNH CHẤT TỪ CỦA HẠT

NANO PHERIT SPINEN NiY0,1Fe1,9O4 CHẾ TẠO BẰNG
PHƯƠNG PHÁP SOL – GEL

Chuyên ngành: Vật lý Nhiệt 
Mã số: Đào tạo thí điểm 
 
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC 
 
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:   
PGS. TS Nguyễn Phúc Dương
Hà Nội - 2014 

Nguyễn Thị Ly


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến PGS. TS.   
Nguyễn  Phúc  Dương-  người  thầy  đã  hướng  dẫn,  giúp  đỡ  tôi  hoàn  thành  luận  văn 
này. Trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn, tôi đã nhận được sự hướng 
dẫn, chỉ bảo tận tình của thầy. Thầy không chỉ truyền thụ cho tôi những kiến thức 
khoa học quý giá mà còn là tấm gương sáng về tinh thần nghiên cứu khoa học hăng 
say, nghiêm túc để tôi noi theo. 
Tôi  xin  cảm  ơn  Viện  ITIMS  -Trường  Đại  học  Bách  Khoa  Hà  Nội  đã  tạo 
những điều kiện thuận lợi nhất để tôi có thể hoàn thành luận văn. Đặc biệt xin được 
gửi lời cảm ơn sâu sắc tới NCS. Lương Ngọc Anh cùng các anh chị trong nhóm Vật 
liệu Từ - Viện ITIMS đã nhiệt tình hỗ trợ và đóng góp những ý kiến hết sức chân 
thành và quý giá cho luận văn của tôi. 
Tôi cũng muốn gửi lời cảm ơn đến GS. TS Lưu Tuấn Tài cùng các thầy, cô 
trong  khoa  Vật  lý  nói  chung  và  trong  chuyên  ngành  Vật  lý  Nhiệt  nói  riêng  của 
trường Đại học Khoa học tự Nhiên đã truyền thụ cho tôi những kiến thức quý báu 

để tôi có đủ khả năng hoàn thành luận văn này. 
Cuối cùng, tôi không quên gửi lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè của 
tôi-  những  người  đã  luôn  động  viên,  giúp  đỡ  và  chia  sẻ  những  khó  khăn  với  tôi 
trong suốt thời gian qua. 
Tôi xin chân thành cảm ơn và xin chúc tất cả mọi người sức khỏe, luôn vui 
vẻ và thành đạt trong cuộc sống. 

 

 

 

 

 

 

 

Hà Nội, tháng 11  năm 2014 
Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Ly
 

 

Nguyễn Thị Ly

 


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1 
CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU PHERIT SPINEN ..................... 3

1.1.Tính chất cơ bản của pherit spinen dạng khối. ................................................... 3 
1.1.1.Cấu trúc tinh thể của pherit spinen. ........................................................... 3 
1.1.2.Tính chất từ trong pherit spinen. ............................................................... 7 
1.1.2.1.Tương tác trao đổi trong pherit spinen ............................................... 8 
1.1.3.Lý thuyết trường phân tử đối với pherit spinen có hai phân mạng từ....... 10 
1.2.Hạt pherit spinen có kích thước nanomet. ........................................................ 15 
1.2.1.Các tính chất đặc trưng trong hạt nano pherit spinen............................... 15 
1.2.1.1. Mô hình lõi vỏ. ............................................................................... 15 
1.2.1.2. Dị hướng từ bề mặt. ....................................................................... 16 
1.2.1.3. Sự suy giảm mômen từ theo hàm Bloch. ........................................ 16 
1.2.1.4. Hình thành cấu trúc đơn đômen. ..................................................... 17 
1.2.1.5. Sự thay đổi nhiệt độ chuyển pha Curie. .......................................... 18 
1.2.1.6. Hiện tượng siêu thuận từ. ............................................................... 19 
1.2.2.Một số ứng dụng của hạt nano pherit spinen. .......................................... 22 
1.2.3. Những nghiên cứu về hạt nano pherit niken có sự pha tạp. .................... 25 
CHƯƠNG 2:

THỰC NGHIỆM ....................................................................... 29

2.1.Phương pháp chế tạo hạt nano. ........................................................................ 29 

2.1.1.Giới thiệu về phương pháp sol- gel. ........................................................ 29 
2.1.2.Quy trình tổng hợp và chế tạo mẫu bằng phương pháp sol- gel. .............. 34 
2.2.Các phương pháp khảo sát và đo lường tính chất của mẫu. .............................. 36 
2.2.1.Phương pháp nhiễu xạ tia X. ................................................................... 36 
2.2.2.Phương pháp phân tích phổ hồng ngoại. ................................................. 39 
2.2.3.Phương pháp kính hiển vi điện tử quét.................................................... 40 
2.2.4.Máy quang phổ phát xạ liên kết cảm ứng plasma. ................................... 42 
2.2.5.Từ kế mẫu rung. ..................................................................................... 43 

Nguyễn Thị Ly


CHƯƠNG 3:

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................... 44

3.1.Cấu trúc của hạt nano NiFe2O4 và NiY0,1Fe1,9O4. ............................................. 44 
3.1.1.  Kết quả đo nhiễu xạ tia X. .................................................................. 44 
3.1.2.  Kết quả phân tích phổ hồng ngoại- IR. ............................................... 48 
3.1.3.  Kết quả phân tích ảnh SEM. ............................................................... 49 
3.2.Tính chất từ của hạt nano NiFe2O4 và NiY0,1Fe1,9O4. ........................................ 50 
3.2.1.  Quá trình từ hóa .................................................................................. 50 
3.2.2.  Mômen từ tự phát phụ thuộc vào nhiệt độ- nhiệt độ Curie. ................. 54 
3.2.3.  Nhiệt độ khóa. .................................................................................... 56 
KẾT LUẬN .......................................................................................................... 59
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 60
 

 
 

 
 
 

Nguyễn Thị Ly


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1. 1: Cấu trúc tinh thể của pherit spinen. ........................................................ 5 
Hình 1. 2: Các kiểu tương tác trao đổi trong vật liệu từ. .......................................... 9 
Hình 1. 3: Một vài dạng cấu hình sắp xếp iôn trong mạng spinen ........................... 9 
Hình 1. 4: Mômen từ phụ thuộc vào nhiệt độ của pherit spinen ............................. 12 
Hình 1. 5:Từ độ bão hòa  phụ thuộc vào nhiệt độ của pherit spinen ...................... 12 
Hình 1. 6: Momen từ bão hòa ở 0 K của các pherit spinen. ................................... 14 
Hình 1. 7: Mô hình lõi vỏ ..................................................................................... 15 
Hình 1. 8: Cấu trúc đa đômen và đơn đômen trong hạt từ. .................................... 17 
Hình 1. 9: Đường cong từ hóa của các vật liệu từ. ................................................. 20 
Hình 1. 10: Momen từ hướng theo trục dễ : T>TB, momen từ hướng theo từ trường 
ngoài TBHình 1. 11: Một số ứng dụng vật lý của pherit spinen. .......................................... 24 
Hình 1. 12: Một số ứng dụng y- sinh học của pherit spinen. .................................. 24 
Hình 1. 13: Sự phụ thuộc của hằng số mạng a vào nồng độ pha tạp kẽm. .............. 26 
Hình 1. 14: Sự phụ thuộc của mômen từ tự phát vào nồng độ pha tạp kẽm. .......... 27 
Hình 2. 1: Sơ đồ tổng hợp các loại vật liệu bằng phương pháp Sol gel…………...31 
Hình 2. 2: Phân tử citric. ....................................................................................... 31 
Hình 2. 3:  Phức citrate trong phản ứng tạo càng. .................................................. 32 
Hình 2. 4: Ảnh hưởng của chất xúc tác axit, bazơ đến sự gel hóa. ......................... 34 
Hình 2. 5: Sơ đồ chế tạo hạt pherit nano bằng phương pháp sol- gel. .................... 36 
Hình 2. 6: Máy đo nhiễu xạ tia X. ......................................................................... 38 
Hình 2. 7: Máy đo phổ hồng ngoại- IR.................................................................. 40 

Hình 2. 8: Kính hiển vi điện tử quét SEM. ............................................................ 41 
Hình 2. 9: Máy quang phổ phát xạ. ....................................................................... 42 
Hình 2. 10: Thiết bị từ kế mẫu rung. ..................................................................... 43 
Hình 3. 1: Giản đồ nhiễu xạ tia X của hệ mẫu NiFe2O4 và NiY0,1Fe1,9O4  ủ nhiệt tại 
600oC trong 5 giờ…………………………………………………………………..44 

Nguyễn Thị Ly


Hình 3. 2: Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu NiY0,1Fe1,9O4  ủ nhiệt tại 800oC trong 5 
giờ. ........................................................................................................................ 45 
Hình 3. 3: Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu NiLa0,1Fe1,9O4  ủ nhiệt tại các nhiệt độ 
600oC,800oC và 1100oC trong 5 giờ....................................................................... 46 
Hình 3. 4:  Phổ  hồng  ngoại  của  hai  mẫu  NiFe2O4  và  NiY0,1Fe1,9O4  ủ  ở  nhiệt  độ 
600oC trong 5 giờ. ................................................................................................. 48 
Hình 3. 5:  Ảnh SEM của  hệ mẫu  NiFe2O4  và NiY0,1Fe1,9O4  chế  tạo  bằng  phương 
pháp sol- gel ủ nhiệt tại 600oC trong 5 giờ. ............................................................ 49 
Hình 3. 6: Các đường từ độ của hệ mẫu NiFe2O4 và NiY0,1Fe1,9O4 ở vùng trên nhiệt 
độ phòng (từ 290 K đến 870 K). ............................................................................ 50 
Hình 3. 7: Các  đường  từ  độ  của  hệ  mẫu  NiFe2O4  và  NiY0,1Fe1,9O4  ở  vùng  dưới 
nhiệt độ phòng (từ 87 K đến 283 K). ..................................................................... 51 
Hình 3. 8: So sánh các đường từ độ của hai mẫu hạt nano NiFe2O4 và NiY0,1Fe1,9O4 
ở 88 K và 300 K. ................................................................................................... 52 
Hình 3. 9:  Sự  phụ  thuộc  của  từ  độ  tự  phát  vào  nhiệt  độ  của  hệ  mẫu  NiFe2O4  và 
NiY0,1Fe1,9O4 và ngoại suy theo hàm Bloch về 0 K. ............................................... 54 
Hình 3. 10: Đường  ZFC-  FC  của  hệ mẫu  NiFe2O4  và NiY0,1Fe1,9O4  được đo  ở  từ 
trường 100 Oe. ...................................................................................................... 57 

Nguyễn Thị Ly

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1. 1: Hằng số mạng của một số pherit spinen ................................................. 5
Bảng 1. 2: Bán kính một số ion. .............................................................................. 7
Bảng 1. 3: Tích phân trao đổi của một số vật liệu pherit spinen. ........................... .10
Bảng 1. 4:Từ độ bão hòa của một số pherit spinen ở 0 K và 293 K ....................... 14
Bảng 1. 5: Nhiệt độ Curie và môn từ của một số pherit spinen tính theo mẫu Néel 
và số đo mô men từ ở 0 K… ....... …………………………………………………..13 
Bảng 3. 1: Hằng  số  mạng  a  và  kích  thước  tinh  thể  trung  bình  dXRD  của  hạt  nano  
NiFe2O4 và NiY0,1Fe1,9O4 tính từ giản đồ XRD. ..................................................... 47 
Bảng 3. 2: Mômen từ tự phát MS của các hạt nan đo tại88 K và 300 K, so sánh với 
mẫu khối ở 300 K  ................................................................................................. 54 
Bảng 3. 3: Bề dày lớp mất trật tự t và mômen từ tự phát ở 0 K của các mẫu hạt nano 
NiFe2O4 và NiY0,1Fe1,9O4 tính theo mẫu Néel và ngoại suy theo hàm Bloch từ các 
giá trị thực nghiệm................................................................................................. 55 
Bảng 3. 4: Nhiệt  độ  Curie,  nhiệt  độ  khóa  của  các  mẫu  hạt  nano  NiFe2O4  và 
NiY0,1Fe1,9O4, so sánh với mẫu khối. ..................................................................... 58 

Nguyễn Thị Ly


Luận văn thạc sĩ khoa học

MỞ ĐẦU
 
Khoa học nano đã bắt đầu từ thập kỷ 60 của thế kỉ trước và trong nhiều năm 
qua  khoa  học  và  công  nghệ  nano  vẫn  là  một  trong  những  lĩnh  vực  được  ưu  tiên 
nghiên cứu. Rất nhiều phương pháp nghiên cứu hiện đại ra đời để phục vụ cho lĩnh 
vực này như: phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD), kính hiển vi điện tử quét (SEM), 
kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM),…. Điều này đã và đang tạo tiền đề cho sự 

phát triển mạnh mẽ của công nghệ nano và đưa hướng nghiên cứu vật liệu nano trở 
thành nhiệm vụ hàng đầu. 
Các loại vật liệu hạt nano như kim loại (Fe, Co, Ni), kim loại hợp kim (Fe- 
Cu) và oxit kim loại (Fe3O4, MnFe2O3, CoFe2O4, NiFe2O4) hiện đang được nghiên 
cứu  nhiều  nhất.  Trong  khi  hạt  nano  kim  loại  không  ổn  định  trong  điều  kiện  khí 
quyển  thì  các  oxit  kim  loại  có  tính  ổn  đinh  cao  trong  điều  kiện  môi  trường  xung 
quanh được sử dụng rất nhiều trong lĩnh vực như điện tử, quang điện tử, công nghệ 
thông tin  và  truyền  thông  cũng  như  y-  sinh  học  và  môi trường.  Phần  lớn  các  ứng 
dụng đều khai thác ưu điểm kích thước hạt nhỏ, có tính chất siêu thuận từ và độ ổn 
định hóa học. 
Pherit niken (NiFe2O4) là vật liệu từ mềm có điện trở cao, tổn thất điện môi 
và dòng dò thấp, độ ổn định hóa học cao. Vật liệu này được biết đến với nhiều ứng 
dụng trong thực tế như dẫn truyền thuốc để điều trị ung thư, ứng dụng để tổng hợp 
ra  chất  lỏng  từ  và  sử  dụng  rộng  rãi  trong  công  nghệ  ghi  từ  mật  độ  cao.  Ngoài  ra 
pherit niken còn có từ giảo tương đối lớn nên thường được sử dụng để thu phát siêu 
âm,  làm  các  biến  tử  từ  giảo.  Mỗi  ứng  dụng  yêu  cầu  các  hạt  nano  từ  tính  phải  có 
những tính chất khác nhau. Để thay đổi các tính chất điện, tính chất từ và cấu trúc 
của  mẫu  pherit  niken  nguyên  chất  người  ta  có  thể  đi  theo  hai  hướng.  Hướng  thứ 
nhất  là  lựa  chọn  công  nghệ  chế  tạo  mẫu  phù  hợp.  Hướng  thứ  hai  được  áp  dụng 
nhiều hơn và hiệu quả hơn đó là bằng cách pha tạp, thêm các ion phi từ tính hay có 
từ tính vào trong pherit niken ta có thể chế tạo được các vật liệu pherit có tính chất 
như mong muốn. 

Nguyễn Thị Ly

1


Luận văn thạc sĩ khoa học

 
Sự pha tạp đất hiếm vào pherit niken có thể ảnh hưởng cấu trúc, tính chất từ 
và tính chất điện của vật liệu. Chẳng hạn như trở kháng, độ cứng cơ học và độ ổn 
định  hóa  học…của  vật  liệu.  Những  thay  đổi  này  có  triển  vọng  ứng  dụng  trong 
truyền sóng điện từ cao tần và trong các thiết bị ghi quang từ. 
Trong  khuôn  khổ  của  luận  văn  này,  tôi  tiến  hành  tổng  hợp  hạt  nano  pherit 
spinen  NiY0,1Fe1,9O4  bằng  phương  pháp  sol-  gel,  nghiên  cứu  cấu  trúc  tinh  thể  và 
tính chất từ của vật liệu. 
Đối tượng nghiên cứu của luận văn:  Mẫu  hạt  nano  pherit  spinen 
NiY0,1Fe1,9O4. 
Mục tiêu nghiên cứu của luận văn:Nghiên cứu cấu trúc tinh thể và tính 
chất từ của hạt nano pherit spinen NiY0,1Fe1,9O4 chế tạo bằng phương pháp sol- gel.
Phương pháp nghiên cứu:Luận văn được tiến hành bằng phương pháp thực 
nghiệm kết hợp với phân tích số liệu dựa trên các mô hình lý thuyết và kết quả thực 
nghiệm đã công bố. Các mẫu nghiên cứu được chế tạo bằng phương pháp sol-gel tại 
viện ITIMS, Trường đại học Bách Khoa Hà Nội.
Bố cục của luận văn: Luận văn được trình bày trong 3 chương, 64 trang bao 
gồm phần mở đầu, 3 chương nội dung, kết luận, cuối cùng là tài liệu tham khảo. Cụ 
thể cấu trúc của luận văn như sau:
Mở đầu: Mục đích và lý do chọn đề tài. 
Chương  1:Tổng quan về vật liệu pherit spinen.  Trong chương  này  tôi  đã 
trình bày tổng quan về cấu trúc và tính chất từ của pherit spinen dạng khối, nêu lên 
các tính chất đặc trưng của vật liệu khi có kích thước nanomet và một số ứng dụng 
điển hình của hạt nano pherit spinen.  
Chương  2:  Thực nghiệm. Chương  này giới  thiệu về  phương  pháp  Sol-  gel 
chế tạo vật liệu có kích thước nanomet và các phương pháp thực nghiệm sử dụng để 
nghiên cứu cấu trúc và tính chất từ của các mẫu hạt nano chế tạo được. 
 Chương 3:Kết quả và thảo luận. 

Nguyễn Thị Ly

2


Chương 1: Tổng quan về vật liệu pherit spinen

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU PHERIT SPINEN
 
1.1. Tính chất cơ bản của pherit spinen dạng khối.
Pherit spinen là vật liệu có mômen từ tự phát ở dưới nhiệt độ Curie (TC) giống 
như các chất sắt từ. Tuy nhiên khác với sắt  từ, mômen từ  trong  đômen của  pherit 
spinen không song song mà đối song song nhưng không bù trừ nhau. Người ta quy 
ước, pherit spinen là chất phản sắt từ không bù trừ. 

 

Pherit spinen thường được cấu tạo bởi các iôn kim loại 3d, 4f liên kết với iôn 
ôxy bằng liên kết đồng hoá trị . Trong đó các iôn kim loại có bán kính từ 0,6 ÷ 0,8 
Å được ngăn cách bởi iôn ôxy lớn gấp hai lần (1,32 Å). 
Các iôn từ tính trong pherit spinen tương tác với nhauthông qua iôn ôxy (quỹ 
đạo  2p),  đó  là  các  trao  đổi  gián  tiếp  (còn  gọi  là  siêu  tương  tác).  Năm  1948,  Luis 
Néel đã đề xuất lý thuyết làm sáng tỏ cơ chế vi mô về tương tác trong pherit [6]. 
1.1.1. Cấu trúc tinh thể của pherit spinen.
Pherit  spinen  có  cấu  trúc  tinh  thể  của  khoáng  spinen  MgO.Al2O3.  Trong 
trường hợp đơn giản nhất công thức hóa học của pherit spinen có thể viết dưới dạng 
MeFe2O4  hay  Me2+O2-Fe3+O32-  với  Me  là  một  trong  những  ion  hóa  trị  II  của  các 
nguyên  tố  Mn,  Fe,  Co,  Ni,  Cu,  Zn,  hoặc  Mg  hay  Cd.  Bán  kính  các  ion  trên  nằm 
trong khoảng  từ 0,6- 0,8  Å. Tên gọi của pherit mang tên ion kim loại hóa trị II. Ví 
dụ: NiFe2O4- pherit niken, MnOFe2O3- pherit mangan [22]. 

 Ngoài  dạng  pherit  spinen  đơn  giản  còn  có  các  pherit  hỗn  hợp,  trong  đó  các 
ion hóa trị +2, +3 được thay thế bằng tổ hợp các ion khác nhau với điều kiện cân 
bằng hóa trị trong biểu thức hóa học pherit và tinh thể hóa cho phép [6]. Kí hiệu Me 
có thể là sự kết hợp giữa các ion mà có hóa trị trung bình là II. Ví dụ như Li1+ và 
Fe3+trong hợp chất Li0,5Fe2,5O4. Ion kim loại hóa trị III (ferric ion) trong MeFe2O4 
có thể bị thay thể một phần hoặc toàn bộ bằng ion hóa trị III nào đó ví dụ như Al3+, 
Cr3+tạo thành những tinh thể hỗn hợp aluminates và cromites. Những hợp chất này 
cũng có tính chất từ ở nhiệt độ phòng nếu như các ion phi từ chiếm tỉ lệ không quá  

Nguyễn Thị Ly

3


Chương 1: Tổng quan về vật liệu pherit spinen

lớn trong công thức. Như vậy có rất nhiều hợp chất hóa học được tạo nên bởi oxit 
pherit từ với cấu trúc spinen [22].  
Với bán kính ion ôxi là 1,32  Å lớn hơn nhiều so với bán kính ion kim loại do 
đó các ion O2- trong mạng hầu như nằm sát nhau tạo thành một mạng lập phương 
tâm mặt xếp chặt với các lỗ trống tứ diện và bát diện được lấp đầy bởi các ion kim 
loại hóa trị II và III. Mỗi ô cơ bản của pherit spinen chứa tám biểu thức MeFe2O4, 
32 ion ôxi tạo nên 64 lỗ trống tứ diện và 32 lỗ trống bát diện. Tuy nhiên chỉ có 8 lỗ 
trống bốn mặt và 16 lỗ trống tám mặt có các ion kim loại chiếm chỗ. Các lỗ trống 
được chiếm chỗ trên chia thành 2 nhóm: 
 Nhóm A: Nhóm các vị trí tứ diện, với mỗi ion kim loại được bao quanh 
bởi 4 ion ôxi. 
 Nhóm B: Nhóm các vị trí bát diện, ở vị trí này mỗi ion kim loại được 
bao quanh bởi 6 ion ôxi. 
Như vậy chỉ có 1/4 vị trí đã được lấp đầy bởi các ion kim loại, 3/4 vị trí còn 

lại vẫn để trống. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Nguyễn Thị Ly

4


Chương 1: Tổng quan về vật liệu pherit spinen

 
 

 
 
Hình 1. 1: Cấu trúc tinh thể của pherit spinen. 
 
Bảng 1. 1: Hằng số mạng của một số pherit spinen [22]. 
Pherit 

MnFe2O4 

Fe3O4 

CoFe2O4 

NiFe2O4 

MgFe2O4 

Hằng số 

8,50 

8,39 

8,38 

8,34 

8,36 

mạng a (Å) 
 

Nguyễn Thị Ly

5


Chương 1: Tổng quan về vật liệu pherit spinen

Tùy thuộc vào sự phân bố cation, có ba dạng cấu trúc spinen:  
Trong trường hợp 8 ion hóa trị II nằm ở vị trí tứ diện còn 16 ion hóa trị III 
nằm ở vị trí bát diện. Ta gọi pherit spinen này là spinen thường.Thông  thường, các 
pherit  này  được  viết  dưới  dạng:  Me2+[Fe23+]O42–.  Đó  là  các  pherit  như  ZnFe2O4  , 
CdFe2O4…. 
Bằng nhiễu xạ tia X trên một lượng lớn spinen mà hai loại ion kim loại cho 
sự khác biệt lớn về năng lượng tán xạ Barth và Posnjak [22] có thể chứng minh rằng 
spinen cũng có thể xuất hiện với 8 ion kim loại hóa trị II ở vị trí bát diện và cùng 
với 16 ion hóa trị III phân bố không đều trong các mặt còn lại. Tám ion hóa trị II và 
tám ion hóa trị III trong trường hợp này được phân bố ngẫu nhiên trên các mặt bát 
diện, spinen có sự phân bố ion như vậy được gọi là spinen đảo. Dạng cấu trúc của 
pherit spinen đảo là Fe3+[Me2+Fe3+]O42–. Ví dụ như pherit niken, pherit côban… 
Nếu các cation kim loại hóa trị II và III có thể đồng thời phân bố ở vị trí A và 
B  thì  ta  có  spinen  hỗn  hợp.  Sự  phân  bố  của  các  cation  được  mô  tả  bởi  công 
thức:(Mex2+Fe1–x3+)(Fe1+x3+Me1–x2+)O4. Với 0spinen và cho biết lượng Menằm ở vị trí tứ diện.  
Việc xác định phân bố cation trong pherit spinen có một tầm quan trọng đặc 
biệt để có thể tiên đoán trước tính chất từ của pherit ở vùng nhiệt độ thấp. Một số 
yếu tố có thể ảnh hưởng đến sự phân bố của ion kim loại vào các vị trí A và B là 
[22]: 
a. Độ lớn của bán kính ion: 
Vị  trí  tứ  diện  có  thể  tích  nhỏ  hơn  vị  trí  bát  diện  do  đó  các  cation  có  kích 
thước nhỏ hơn thường phân bố vào vị trí tứ diện. Thông thường bán kính của các 
ion hóa trị II lớn hơn các ion hóa trị III (bảng 1.2) nghĩa là xu thế chủ yếu tạo thành 
spinen đảo. 
b. Cấu hình electron: 
Tùy thuộc vào cấu hình điện tử của cation mà chúng thích hợp với một kiểu 
phối trí nhất định. Ví dụ Zn2+, Cd2+có cấu hình 3d10 và 5d10 chủ yếu chiếm các vị trí 

Nguyễn Thị Ly

6


Chương 1: Tổng quan về vật liệu pherit spinen

tứ diện tạo nên spinen thuận, còn Fe2+và Ni2+có cấu hình 3d6 và 3d8 lại chiếm vị trí 
bát diện và tạo thành spinen đảo. 
c. Năng lượng tĩnh điện: 
Sự phân bố ion phụ thuộc vào nhiệt độ nung mẫu, môi trường tạo mẫu và chế 
độ hạ nhiệt độ mẫu. Độ đảo (x) của pherit phụ thuộc vào nhiệt độ theo biểu thức:  
x(1  x)
 e  E / kT  
2
(1  x)

 

  (1.1) 

Với kB là hằng số Boltzmann, T: nhiệt độ (K), E: năng lượng cần thiết để tái 
phân bố cation giữa hai vị trí A và B. Thông thường xcó giá trị cao nhất khi tôi mẫu 
từ nhiệt độ cao khi chế tạo mẫu. Nhưng khi làm nguội chậm mẫu từ nhiệt độ cao, 
tốc độ khuếch tán các ion tương đương với tốc độ làm nguội, tạo nên trạng thái cân 
bằng năng lượng, và do đó, giá trịx nhỏ [22].  
 
Bảng 1. 2: Bán kính một số ion [22]. 
Ion 

Bán kính (Å) 

O2- 

1,32 

Fe2+ 

0,74 

Fe3+

0,67

2+ 

0,72 

Zn2+ 

0,82 

Ni2+

0,78

Y3+

0,892

Co

1.1.2. Tính chất từ trong pherit spinen.
Pherit spinen là pherit hai phân mạng từ có mômen từ tự phát ở dưới nhiệt độ 
Curie. Các mômen từ trong đômen của pherit spinen đối song song và không bù trừ 
nhau.  Tính  chất  từ  đặc  trưng  của  pherit  spinen  giống  như  chất  sắt  từ:  từ  độ  phụ 
thuộc phi tuyến vào từ trường ngoài, có hiện tượng trễ từ, độ cảm từ dưới nhiệt độ 
Curie là dương và có giá trị tương đối lớn. Pherit spinen thường được cấu tạo bởi 

Nguyễn Thị Ly

7


Chương 1: Tổng quan về vật liệu pherit spinen

các iôn  kim  loại  3d  liên  kết  với  iônôxy  bằng  các  liên  kết  đồng hóa  trị.  Tương tác 
giữa các iôn từ tính trong pherit là tương tác trao đổi gián tiếp thông qua iônôxy hay 
còn gọi là tương tác siêu trao đổi. 
Các iôn từ tính trong pherit bị ngăn cách bởi các iôn ôxy có đường kính lớn, 
trật tự từ trong các pherit là do tương tác trao đổi gián tiếp (siêu tương tác) giữa các 
iôn từ tính. Mômen từ của pherit được tính theo mẫu Neél [6]. 
1.1.2.1.

Tương tác trao đổi trong pherit spinen

Tương  tác  trao  đổi  là  hiệu  ứng  lượng  tử  xảy  ra  khi  hàm  sóng  của  hai  hay 
nhiều điện tử phủ nhau. Hiệu ứng này được phát hiện một cách độc lập bởi Werner 
Heisenberg và Paul Dirac vào  năm  1926. Giá trị của nhiệt độ trật  tự từ (TC) được 
quyết định bởi loại tương tác này.  

Tương  tác  trao  đổi  phụ  thuộc  vào  môi  trường  không  gian  xung  quanh  các 
nguyên tử và chỉ tồn tại trong một khoảng cách ngắn; cường độ của tương tác trao 
đổi giảm nhanh khi khoảng cách tăng. Năng lượng tương tác trao đổi Eex được tính 
theo công thức 1.2 trong đó J là tích phân trao đổi, S là spin của điện tử. 

Eex    2Jij  Si  S j    

 

 

                           (1.2) 

Trong các vật liệu từ, có hai kiểu tương tác trao đổi cơ bản sau (hình 1.2): 
-  Tương  tác  trao  đổi  trực  tiếp  (direct  exchange  interaction):  xảy  ra  khi  các 
hàm sóng của các điện tử của hai nguyên tử lân cận phủ nhau.  
- Tương tác trao đổi gián tiếp (indirect exchange interaction): xảy ra giữa hai 
iôn  từ không  có  sự  phủ  nhau  của  các  hàm  sóng.  Tương  tác được  thực  hiện  thông 
qua sự phân cực của các điện tử dẫn. 
Trong trường hợp tương tác thực hiện thông qua sự phủ nhau với hàm sóng 
của iôn phi từ trung gian (đối với vật liệu pherit thì đó là các iônôxy) được gọi là 
tương tác siêu trao đổi. Trong trường hợp này, tương tác trao đổi trực tiếp giữa các 
iôn đó rất yếu, sự sắp xếp trật tự của các mômen từ được quyết định bởi tương tác 
trao đổi mạnh thông qua quỹ đạo p của iônôxy. 

Nguyễn Thị Ly

8

Chương 1: Tổng quan về vật liệu pherit spinen

 
 

Hình 1. 2: Các kiểu tương tác trao đổi trong vật liệu từ. 

 
Trong  vật  liệu  pherit  spinen,  có  3  tương  tác  trao  đổi  A-A,  A-B  và  B-B 
tươngứng với hai vị trí A, B trong cấu trúc tinh thể [11]. Tích phân trao đổi JAA, JAB, 
JBB của cả ba tương tác thường có giá trị âm, các spin có định hướng đối song song 
ở các vị trí và sự định hướng này không thay đổi. Tương tác siêu trao đổi phụ thuộc 
vào sự đối xứng của các quỹ đạo điện tử, sự định hướng không gian của chúng và 
khoảng cách giữa các iôn với nhau. 
AB

α 

BB

α 

AA

α  p 

p 

q 

b 

s 

r  α 

r 

 
=129o9’  =154o34’ 

=90o 

=125o2’ 

=79o38’ 

Hình 1. 3:Một vài dạng cấu hình sắp xếp iôn trong mạng spinen. 
Hình 1.3 cho biết các dạng liên kết có thể cho đóng góp lớn nhất vào năng 
lượng trao đổi. Iôn A và B là các iôn kim loại tương ứng với vị trí tứ diện và bát 
diện.  Vòng  tròn  lớn  là  iôn  ôxy,  α  là  góc  giữa  iôn  A  và  B,  q  và  p  tương  ứng  là 

Nguyễn Thị Ly

9


Chương 1: Tổng quan về vật liệu pherit spinen

khoảng cách giữa iôn ôxy và iôn A, B khi tiếp xúc nhau, r và s là khoảng cách giữa 

iôn ôxy và iôn A, B khi không tiếp xúc nhau. 
Khi so sánh các tương tác trao đổi khác nhau, người ta thấy tương tác A-B 
cho giá trị vượt trội. Trong cấu hình A-B đầu tiên, khoảng cách p, q nhỏ, đồng thời 
góc α khá lớn (α ≈ 130o), năng lượng trao đổi khi đó là lớn nhất. Đối với tương tác 
B-B,năng  lượng  cực  đại  ứng  với  cấu  hình  đầu  tiên,  tuy  góc  α  chỉ  là  90o  nhưng 
khoảng cách giữa các iôn nhỏ. Tương tác trao đổi là yếu nhất trong tương tác A-A, 
vì khoảng cách r tương đối lớn (r≈ 3,3 Å) và góc α khoảng 80o. Độ lớn tương tác 
trao  đổi  cũng  bị  ảnh  hưởng  bởi  sự  sai  lệch  của  tham  số  ôxy  (u)  khỏi  giá  trị  3/8. 
Tham số ôxy u là một đại lượng để xác định độ dịch chuyển của các iôn ôxy khỏi vị 
trí của mạng lý tưởng. Nếu u> 3/8 (điều này có ở hầu hết các pherit) thì iôn O2- phải 
thay đổi sao cho trong liên kết A-B, khoảng cách A-O tăng lên còn khoảng cách BO giảm đi. Từ đây cho thấy tương tác A-B là lớn nhất. Giá trị tích phân tương tác 
trao đổi JAA, JAB, JBB của các pherit spinen được tính toán và đưa ra trong bảng 1.5. 
Bảng 1. 3:Tích phân trao đổi của một số vật liệu pherit spinen [6]: 
Pherit 

JAA  (K) 

JBB (K) 

JAB (K) 

MgFe2O4 

-38 

-34,6 

-42 

Fe3O4 

-18 

+3 

-28 

Li0,5Fe2,5O4 

-7,5 

-2,7 

-29 

 
1.1.3. Lý thuyết trường phân tử đối với pherit spinen có hai phân mạng từ.
Nhà vật lý học người Pháp, L. Néel (1904- 2000) là người tiên phong trong 
việc nghiên cứu các tính chất từ của chất rắn nói chung và pherit nói riêng. Ông cho 
rằng, mômen từ của pherit là tổng mômen từ trong hai phân mạng A và B. 
Theo Néel, trường phân tử tác dụng lên các phân mạng A và B (khi H = 0) 
của vật liệu pherit spinen được viết dưới dạng [6]:  
 




HA  aa M A  ab MB  

Nguyễn Thị Ly

10

 

 

                           (1.3) 


Chương 1: Tổng quan về vật liệu pherit spinen




HB  ba M A  bb MB  

 

 

                           (1.4) 

Trong đó HA, HB là trường phân tử tác dụng lên phân mạng A và B; λij (i, j = 
a hoặc b) là hằng số trường phân tử trong cùng một phân mạng λij (i = a, j = b) là 
hằng số trường phân tử giữa hai phân mạng A và B.  MAvà MB  là từ độ tự phát của 
hai phân mạng A và B. Vì phân mạng A khác phân mạng B nên λaa ≠ λbb  nhưng có 
thể coiλab = λba. 
Từ độ tự phát của từng phân mạng thay đổi theo nhiệt độ có thể mô tả theo 
hàm Brillouin, cụ thể là [6]:  

 
M A (T )  M A0 BJ A

( gJ AB H A )
 
kBT

 

(1.5) 

M B (T )  M B0 BJ A

( gJ BB H B )
  
kBT

 

(1.6) 

Với  M A  và  M B  là tự độ tự phát của hai phân mạng A và B ở nhiệt độ 0oK, 
0

0

BJ là hàm Brillouin. Mômen từ của pherit bằng tổng vectơ từ độ hai phân mạng: 
 

 

  
M  MA  MB  

 

 





 

(1.7) 

Tuỳ thuộc vào sự phụ thuộc của  M A và  M B  vào nhiệt độ, nồng độ các iôn 
trong hai phân mạng và độ lớn tương tác giữa các phân mạng A-A, B-B, A-B ta có 
thể tìm được sự phụ thuộc của từ độ pherit vào nhiệt độ. 
Có 3 dạng đường cong M(T) thường thấy của pherit spinen được ký hiệu là 
Q, P và N (hình 1.4). 

 

- Khi  MB  MA  và tương tác trao đổi JAB> JAAvà JBB, tương tác trao đổi trong 
các phân mạng JAA JBB, mômen từ phụ thuộc nhiệt độ có dạng Q (hình 1.4a)  

 

-  Khi  MB  MA ,  JAB>  JAA  và  JBB;  JAA>JBB,  M  phụ  thuộc  vào  T  có  dạng  P 

(hình 1.4b). 

 

-  Khi  MB  MA ,  JAB>  JAA  và  JBB;  JBB>JAA,  M  phụ  thuộc  vào  T  có  dạng  N 
nghĩa là pherit có nhiệt độ bù trừ (TK) (hình 1.4c). 

Nguyễn Thị Ly

11


Chương 1: Tổng quan về vật liệu pherit spinen

Hầu hết các pherit spinen M(T) có dạng Q như pherit Mn-Zn, Ni-Zn, pherit 
coban. Các pherit Ni-Mn-Ti, Ni-Al, Mn-Fe-Cr có đường cong M(T) dạng P. Pherit 
Li-Cr: Li0,5Fe25-xCrxO4, Ni-Cr có dạng N [6]. 
 
  M 
 

M 

MB 

MB 
N

To 
 M = MB-MA 

 M = MB-MA 

 

TC 
-M 

- M 

 M= MB-MA 

 TC 

MA 

TC 

 TK 

 T 

   T 

 

 

M 

P

Q

 

 

MB 

- M 

MA 

MA 

c) 

b) 

a) 

Hình 1. 4:Mômen từ phụ thuộc vào nhiệt độ của pherit spinen [6]. 
a) dạng Q 
b) dạng P có cực đại dị thường tại nhiệt độ To 
c) dạng N có nhiệt độ bù trừ (TK) 
 

 
 
Hình 1. 5: Từ độ bão hòa  phụ thuộc vào nhiệt độ của pherit spinen[22].

Bảng 1. 4: Từ độ bão hòa của một số pherit spinen ở 0 K và 293 K[22].
 

Nguyễn Thị Ly

12

 T 


Chương 1: Tổng quan về vật liệu pherit spinen

MnFe2O4 

Fe3O4 

CoFe2O4 

MgFe2O4 

NiFe2O4 

0 K (emu/g) 

112 

98 

90 

31 

56 

293 K 

80 

92 

80 

27 

50 

 Pherit 

(emu/g) 
 
Bảng 1.4 liệt kê giá trị của từ độ bão hòa của một số ferit spinen. Quan hệ 
giữa  mômen  từ  bão  hòaMS  (emu/g)  và  số  magnetons  BohrnB(μB)  trên  mỗi  mol 
MeFe2O4 được tính theo công thức: 
 

nB 

M
.M S (1.8) 
5585

Với M là khối lượng phân tử của MeFe2O4. 
Bảng 1. 5: Nhiệt độ Curie, mômen từ của một số pherit spinen tính theo mẫu Néel 
và số đo mômen từ ở 0 K [6]. 
Các pherit spinen 

Mn 

Fe 

Co 

Ni 

Cu 

Zn 

Loại 

80% thuận 

Đảo 

Đảo 

Đảo 

Đảo 

Thuận 

5 

4 

3 

2 

1 

0 

M(thựcnghiệm) ( B ) 

4.6 

4.1 

3.7 

2.3 

1.3 

0 

TC (K) 

573 

858 

793 

858 

728 

TN  9K  

M(lý thuyết) ( B ) 

 
Tại  không  độ tuyệt  đối,  biết  được sự  phân  bố của  các ion  có thể  tính  được 
momen từ bảo hòa của các pherit spinen. Chẳng  hạn  như  trong  trường  hợp  của 
pherit spinen đảo ta có: 

A
3+

B 
3+

2+

Fe . (Fe . Me ).

2O  

 

Nguyễn Thị Ly

13


Chương 1: Tổng quan về vật liệu pherit spinen

Momen từ của Fe3+  (3d5) là 5μB, momen từ của ion Me2+, giả sử bằng m μB. 
Momen từ tính trên một phân tử từ ở 0 K là: 
M   (5  m)B  5B   mB                                    (1.9) 

 

Hình 1. 6.Momen từ bão hòa ở 0 K của các pherit spinen. 
Như vậy, trong pherit đảo, momen từ tổng cộng bằng momen từ của ion kim 
loại hóa trị II. Hình 1.6 là đồ thị biểu diễn các kết quả thu được ở bảng 1.5, ta thấy 
pherit kẽm là pherit thuận, ở phân mạng A không có momen từ, không có tương tác 
A- B, chỉ có tương tác giữa các ion trong cùng phân mạng B (tương tác B- B). Thực 
nghiệm chứng tỏ ZnFe2O4 là chất phản sắt từ dưới nhiệt độ  TN  9K [6].  
Các kết quả trong bảng 1.5 ta thấy số liệu thực nghiệm và tính toán lý thuyết 
về momen từ của pherit spinen tương đối phù hợp nhau. Sự sai khác  10  20%  có thể 
lý giải như sau [6]: 
- Các momen từ quỹ đạo của các ion 3dchỉ đóng băng một phần, có đóng góp 
vào momen từ của ion, đặc biệt đối với ion Coban. 
- Sự phân bố các ion theo vị trí A và B ảnh hưởng rất mạnh tới việc xác định 
M (theo (1.9)). Momen từ bão hòa của pherit spinen rất nhạy với sự phân bố của ion 
trong pherit. 

Nguyễn Thị Ly

14


Chương 1: Tổng quan về vật liệu pherit spinen

1.2. Hạt pherit spinen có kích thước nanomet.
1.2.1. Các tính chất đặc trưng trong hạt nano pherit spinen.
Vật  liệu  nano  là  cầu  nối  giữavậtliệukhốivàvậtliệucócấutrúc  nguyêntửhoặc 
phân  tử  hiện  đang  được  các  nhà  khoa  học  rất  quan  tâm.  Nếu  như  vật  liệu  khối 
thường  có  các  tính  chất  vật  lý  ổn  định  thì  khi  kích  thước  hạt  giảm  xuống  thang 
nanomet tính chất của vật liệu có nhiều thay đổi. Một số tính chất bất thường của 
các hạt nano pheri từ tính như: xuất hiện dị hướng từ bề mặt, giảm từ độ bão hòa, 
nhiệt độ Curie và có hiện tượng siêu thuận từ đã được làm sáng tỏ về mặt lý thuyết 
cho thấy có sự ảnh hưởng của hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng kích thước hữu hạn tới 
tính chất của chúng. 
1.2.1.1. Mô hình lõi vỏ. 

Trên  bề  mặt  hạt nano  từ, spin sắp  xếp  hỗn  loạn  gây  nên  tương tác trao  đổi 
giữa  bề  mặt  và  lõi  làm  cho  phân  bố  spin  bên  trong 
hạt  có  kích  thước  đơn  đômen  trở  nên  phức  tạp. 
Mômen  từ  nguyên  tử  bề  mặt  có  đóng  góp  không 
đáng kể vào mômen từ chung của hạt. Ta gọi lớp bề 
mặt mất trật tựnày là lớp vỏ, có bề dày là t (hình 1.7). 
Do có ảnh hưởng của lớp vỏ này nên mômen từ của 
hạt nano thấp hơn mômen từ của vật liệukhối.Sự phụ 
thuộc của mômen từ tự phátMS vào giá trị của lớp vỏ 
tđược biểu diễn theo công thức [7]: 

 6t 
M S  M S 0 . 1      
 d

Hình 1. 7: Mô hình lõi vỏ 
(1.10) 

trong hạt nano từ. 

MS0 là từ độ tự phát của vật liệu khối, d là đường kính hạt. 
Ta thấy thể tích lớp vỏ phụ thuộc vào kích thước của hạt từ, hạt càng lớn thì 
tỉ lệ của thể tích lớp vỏ so với toàn bộ hạt càng giảm. Mômen từ bão hòa giảm khi 
kích  thước  hạt  giảm  do  hiệu  ứng  spin  bề  mặt  được  giải  thích  bởi  Kodama  và 
Berkowitz [34]. Mô hình đề xuất bao gồm lõi sắt từ (gồm các spin liên kết) và một 

Nguyễn Thị Ly

15


Chương 1: Tổng quan về vật liệu pherit spinen
 
 
lớp thủy tinh  spin (spin-glass) bề mặt. Mô hình lõi vỏ (hình 2.1) được áp dụng để 
giải thích hiện tượng suy giảm của giá trị MS trong hạt nano.  
1.2.1.2. Dị hướng từ bề mặt. 
Dị hướng từ bề mặt xuất hiện khi kích thước hạt bị thu nhỏ. Lúc này tính đối 
xứng trong tinh thể bị phá vỡ và dị hướng từ bề mặt chiếm ưu thế so với dị hướng 
từ tinh thể. Sự mất trật tự của cấu trúc từ tại bề mặt dẫn đến dị hướng từ bề mặt có 
độ lớn và tính đối xứng khác nhau tại các vị trí bề mặt khác nhau. Hiệu ứng bề mặt 

phụ thuộc vào kích thước và hình dạng hạt. Để tính toán và giải thích hiệu ứng bề 
mặt, Néel lần đầu tiên đề xuất khái niệm dị hướng từ bề mặt [28], sau đó được phát 
triển  và  xây  dựng  thành  một  mô  hình  riêng  (Mô  hình  Monte  Carlo)  để  giải  thích 
hiện tượng này. 
Dị hướng từ bề mặt thường dẫn tới bề mặt được từ hóa khó khăn hơn so với 
lõi của hạt[33,36].Khi dị hướng từ bề mặt tăng sẽ có xu hướng ép các spin bề mặt 
định hướng xuyên tâm. Xu hướng này truyền vào trong lõi thông qua tương tác và 
cạnh tranh với dị hướng từ tinh thể. Dị hướng từ bề mặt trong trường hợp này có thể 
ảnh hưởng đến mômen từ và lực kháng từ. Các kết quả tương tự cũng đã được tìm 
thấy trong nghiên cứu của J. Restrepo và cộng sự [21]. 
1.2.1.3. Sự suy giảm mômen từ theo hàm Bloch. 
Theo  lí  thuyết sóng  spin,  sự phụ thuộc  nhiệt độ  của  mômen từ  tự  phát  của 
một chất sắt từ hoặc feri từ ở nhiệt độ thấp (T  T 3/2 
M (T )  M (0). 1        
  Tc  

 

              (1.11) 

Hay còn có thể viết là: M (T )  M (0).1  BT 3/2   
Ở đây M(0) là mômen từ tự phát ở 0K, B là hằng số Bloch. Khi T → TC thì 


M (T )  T  TC   với α là số mũ tới hạn, phụ thuộc vào cấu tạo hạt, nó có thể giảm 

hoặc tăng so với giá trị 3/2. Nghiên cứu sự thay đổi của B và α là một bài toán trong 
khi nghiên cứu tính chất của hạt nano từ. Đối với vật liệu dạng khối mômen từ M tỉ 

Nguyễn Thị Ly

16


Chương 1: Tổng
ng quan vvề vật liệu pherit spinen
 
 
lệ với T3/2 nhưng khi kích thư
nhưng khi kích thước hạt giảm xuống thang nanomet thì s
ng thang nanomet thì số mũ tăng lên 
α>3/2. Alves và các cộng s
ng sự [13] đã tìm thấy α gần bằng 2,0 đối với h
i hạt NiFe2O4. 
Tính toán lí thuyếết về  vật liệu sắt từ đã chỉ ra rằng sự thay đ
thay đổi của spin bề 
mặt lớn hơn bên trong. Do v
n hơn bên trong. Do vậy, hằng số Bloch của các mẫu tăng khi nhi
khi nhiệt độ tăng 
thì  mômen  từ tự  phát  trong 
trong các h
các  hạt  kích thước  nhỏ  sẽ  giảm 
m  nhanh 
nhanh hơn 
hơn so v
so  với  vật 
liệu khối. Điều này có th
u này có thể do các spin trong hạt nhỏ không ổn định so v
nh so với trong vật 

liệu khối dẫn đến sự giảm nhi
m nhiệt độ Curie tương đối so với các vật liệu kh
u khối. 
1.2.1.4. Hình thành cấu
u trúc đơn đômen. 
đômen.
Khi kích thước củ
ủa hạt giảm xuống dưới một giới hạn nhất đ
t định thì sự hình 
thành các đômen không c
thành các đômen không còn được ưu tiên nữa, lúc này hạt sẽ tồn tại như nh
i như những đơn 
đômen (single domain).  
Trong  vật  liệu 
u  kh
khối,  đômen  là  một  miền  từ  tính  của  vật  liệu. 
u.  Tính  ch
chất  từ 
trong mỗi đômen là thống nh
ng nhất, giữa các đômen được ngăn cách với nhau b
i nhau bởi vách 
đômen. Khi kích thước c
c của hạt giảm xuống, kích thước các đômen c
các đômen cũng giảm dẫn 
tới  sự  thay  đổi  về  bề  rộ
ộng  và  vách  của  đômen.  Theo  nguyên  tắc 
c  cực 
c tiểu  năng 
lượng, khi đạt đến một kích thư
t kích thước tới hạn, các hạt có xu hướng tồn t

n tại ở dạng đơn 
đômen (hình 1.8). Năng lư
). Năng lượng để hình thành và duy trì các vách đômen cao hơn so 
đômen cao hơn so 
với năng lượng khi các h
ng khi các hạt tồn tại ở dạng đơn đômen [21]. 
 
D > Dc 
Đa đômen 

D < Dc 
Đơn đômen 


M
 


M
 
 

 
Hình 1. 8: C
Cấu trúc đa đômen và đơn đômen trong hạt t
t từ. 
Tuy nhiên, không ph
Tuy nhiên, không phải hạt có kích thước nanomet đều là hạt đơn đômen. S
t đơn đômen. Sự 
tồn tại hạt đa đômen vẫn có th

n có thể xảy ra khi kích thước hạt nằm trong kho
m trong khoảng d>DC. 

Nguyễn Thị Ly