Chế tạo và nghiên cứu một số tính chất đặc trưng của vật liệu tổ hợp cấu trúc micronano trên nền sắt điện định hướng ứng dụng trong lưu trữ thông tin

MỞ ĐẦU
V

ắ

ắ

ắ

ế

q

.C

t sắ
ơ

t tố
hợp v t li

ứu cho th y v t li

ều so với v t li

ể t o ra v t li
â

ắt tổ hợ

ự

li u bị

y ổi t

ộ

dụng của t

ư

ảo t truyền thống, trong v t li u
q

v
ườ
ư

ì

ữ

ể

ảo t

ô

, ố
ây ả

ữ

ô

ơ

ô

ô

ườ

y ì
ọc bởi

.K
ế

ớ

ơ

dướ

dụng củ

ớx

ă

q

n

ường

yền thống: ă
,

ế

n t giữ

ế ảo t bằ

ươ

ế

ứu về khả

ủ

ể ược thực hi

ộ ghi bộ nhớ
ưở

ược l i, v t

n thế/

y, nhờ

ượt trội so vớ

ô

ượng v t
y

â

. Bộ nhớ MERAM ứng dụ

nhiều ư

ắt
ườ

ược sự q

ô

ổ
giảo tốt

ường. Hướng n
ú

ứng dụ

. Bằ

ểm của cả hai pha v t li u.

t t của v t li u bằn

ường

sử dụng t
khả ă

ư

ặ

ều khiể

ơ

t li

dướ

sắt tổ hợp

t li u sắt t

i n t xảy

li u bị
ă

ắ

n phẩm ch t cao vớ

Hi u ứ

ô

ượ

ộ
,

d

ă

ế giới, trong lu

y,

ộ bền

ớ.
Bắt kịp xu thế
ứ

tiế
ỏng sắt t

nt

ú

ế t o v t li u tổ hợp giữa v t li
t t giả , ớ

ch t của v t li u tổ hợ
hi u ứ

ứ

ả ă

ụ

ảo t cảm ứ

ược.

1

ứ
ường dự

ô

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Vật liệu đa pha sắt
ắt (multiferroics) lầ

V t li
ế

c
ô

ă
ì

1994

y, H

ơ

ô

S

ố

ượ H

S

ĩ

ư

ng thời hai hoặ

ferroelectricity - sắ

n, sắt t

d ề

Ferroelectrics [58]. Trong

d ã ị

ư

ầ

ột v t li u
t ferroic:

ắ

-

i -

ferroelasticity.
Nế xé

q

ểm về

ượ

ần v t li u, v t li
: ơ

ơ

1.2). Trong v t li
ò

â

ể

ổ hợp [24, 82]

,

ì

u ứng thể

t li u tổ hợ , ươ

ù

[99, 103]

ắ

ữ

ượ x

,
ịnh

ới.
Vật liệu đơn pha

Vật
liệu tổ hợp
Vật liệu tổ hợp

Vật liệu đơn pha

Hình 1.2: Vật liệu đa pha sắt loại đơn pha và tổ hợp.
1.1.1 V t li

ơ
ắ

V t li

li

ơ
ô

c) Hợp ch t chứ

t li u t n t

ù

t li u. Dự

ể

một số

ú
ớ

ơ

ú

ức tổ

q
y

ư

[38]:

V t li u

t hiếm c

ú

ục

ReMnO3 với Re = Y, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Sc,
ố Bo vớ ô

ú

t

ể, về ơ ản v t

ABO3, b) Hợp ch

M=C,M ,F ,C ,C ,N,
H ,F ,C ,N,

ng thờ

ức tổ

q

M3B7O13X

X = Cl, Br, I, d) Hợp ch t BaMF4 với M =
ể d ng trực thoi ở nhi

2

ộ cao. Nế

â


ơ

lo

ế v t li u sắ

â

n, v t li

ắ

ắ

I

: V t li

Hi u ứ

ô

n t nhỏ

ường xảy ra ở nhi

ưởng sắ

ù ợp với

ược Khomskii
i 2 [30].

t li u ơ

n t trong c
ường cao, cộ

th

ơ

ơ

ộ

ắt t th p, h số ươ
ứng dụng thực tế.

1.1.2 V t li u tổ hợp
K

ới v t li

ượ

d

ơ

ắ

ẽ

ưởng qua l i củ

li . N

ề

ô

ộ

q

â

ơ

ặ

ô

ờ sự t n t i của v t li u sắ

thể chế t

ố tr t tự

ô

q

ộ

ò

ết

ực t của v t
ư

t li u

ến d ng/ứng su t. Do

ắt t ở nhi

t li u tổ hợp t i nhi

.L
â

ô

ực tiế

ầ

ế

ự

ể bắt ngu n trực tiếp t
ắ

,

ắt t

ô ảả

ắ

t li u tổ hợp, tr t tự

ự kết hợp giữa hai pha v t li

họ
y

,

ộ

ò

ườ

ực tự

P

.

1.2 Hiệu ứng điện từ
Hi u ứ
ộng t
ộ

uứ

nt

ều khiể

ường (H) hoặ

ườ

E

ô

ộ

ều khiển t

â

ộ tự

M

ằng

ằ

ự biến d ng ().

q

1.2.1 Hiệu ứng áp điện
Hi u ứ
C

,J q

dụng của lự
vớ

ộ lớ

P

C

,

ể bị

n thế

â

n thu . S

ứ

ượ

ướng của lự

sinh ra mộ

sự

ầ

n lầ

,
â

y nế

n sẽ xu t hi n mộ

ườ

â

ỉ l thu n vớ

ực củ
ặ

ườ
ư

ằ

ự

ược tỉ l với lự
q

ô

1880 ởi anh

ể
â

ộ

ủ

3

ã

ự

ịu
y ỉl
ể

ặ

. Đây

u ứng

ặt mộ

n thế

ể

ểd
ức:

.K

n, sự

dụ . Độ é

ự
ũ

ă

ộ lớn củ

ặc co ngắn theo
ường. Hi u


= -k.
:

tr
 < 0 nế

số ặ

ứng su

(1.1)
t li u,  > 0 nế

ư

ứng su

é ,

é .

1.2.2 Hiệu ứng từ giảo
ượ

T giả

y ổ

y ổi. Hi

t củ
ầ

hi n lầ
ượ

d

ự

y ổ

1842. Sự

y ổi nhi

giả J
sự

ượng t giả
ă

ây

ước của v t li u t khi tr

y ò

y ược James Prescott Joule
y ổi tr

của v t li

ể

ặc do t

ường

ộ (t giảo thể

ọ

. Về c

giảo tuyế

ước của v t li

ươ

ú

ể,

ứng với sự biến d ng của m ng

tinh thể.
1.2.3 Hiệu ứng điện từ
Hi u ứ

i: hi u ứ

nt

ược. Hi n nay, số ượ

t

ù

triể

ứ

sắ ă

t li

ý
ắ

giữa pha sắt t - t giả
ươ

vị do t n t

ô

ữ

yết. Trong số

,

t li u tổ hợp

ộ d

ự

nt

chế t o v t li

nâ

n

ố về hi u ứ

ể nhờ ô

ới sự hỗ trợ củ

uứ

n t thu

â

ứ

ú

ực t .

1.3 Cơ chế điều khiển tính chất từ bằng điện trƣờng trong vật liệu đa
pha sắt
ướ

Một trong nhữ
q

ế

ươ

ều khiể

ơ

ượ
ế t bằ

n t giữa pha sắt t
é

ều khiể
thể ượ x

nt

ơ

ô

ế

ắ
t t bằ

i giữa pha sắt t

4

â
ắ

ò

ường trong v t li
ươ

yq

ường. V t li

ều khiể

bằ
ịnh bằ

ứu hi

t li u nền

ường. Q

ì

ắt tổ hợ
ế

n/sắt


. Dưới ả

ưởng của ứng su
d

bị biến d

ộ sẽ

ơ ọ

y,

ũ

t li u sắt t - t giả

y ổi (về ộ lớ

ị

ướng).

1.4 Khả năng ứng dụng của vật liệu đa pha sắt trong công nghệ lƣu trữ
thông tin
C

ơ

ế ảo t bằ

ã ược ứng dụ

ể chế t

ươ

dụ

ư:

ộ

ườ

ướ ô

ô

ú

n t tổ hợp

ộ nhớ MERAM. Bộ nhớ MERAM sử

ảo t bằ

thế h MRAM
tố

ườ
ữ

ư

ớ ược thu nhỏ

,

ă

ểm so vớ
ô

bị giới h n,

ượng th p.

Kết luận chƣơng 1
C ươ

ứ

1 ì
ả ă

nt
ô

ã ượ

ư

ộ

y ổng quan về v t li

ơ

ắ

ứng dụng của v t li

ì

y. Cơ

â

y

ô

ế ảo t bằ

ườ

ế ghi t mới thay thế cho ghi t bằng t
ượ

n, khắc phụ

ộ nhớ t

n chế củ

i; hi u
ư

ược ứng dụng
ườ

ướ

ữ

y dò

ây.

CHƢƠNG 2: CHẾ TẠO MẪU VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP KHẢO SÁT

TÍNH CHẤT
2.1 Phƣơng pháp chế tạo vật liệu đa pha sắt loại tổ hợp
2.1.1 V t li u
2.1.1.1 V t li u sắ
V t li

n

PZT-APC 855

d ng t m mỏ

Piezoceramics Inc. (PA, USA). C
:

số

P Z

n sử dụng trong lu n

ộ d y 500 m) củ
ô

ố ặ

n d31 = -276 pC/N, h số chuyể

o

200 C. Đế PZT c
ề d y ủ

i ươ
ế

0.48Ti0.52)O3

ứng vớ

ướ

ề mặ

ế.

5

ư

ã
ủ

ổ ơ
â

u

A
ế

n

n k33 = 0.76, TC =
ự

: dọ


2.1.1.2 V t li u sắt t
ược lựa chọn g

V t li u sắt t
ể

ă

ế d

ữ
ộ

,

ứ

2.1.2 C

ươ

ể

ượ

ươ
ẻ ơ

t t tố
ược sử dụng trong một số

t hiế

ắt tổ hợp d ng lớ

cứu v t li

ộng; Co50Fe50

t tố

y

t li

so với những hợ

t t mề ,

ớp, nh y với ứng su

số t giả dươ
n t lớ [136]. C

N 80Fe20

ướ

ây [128, 134, 138].

ế t o v t li

ắt tổ hợp

2.1.2.1 V t li u tổ hợp PZT/CoCr
ắt tổ hợ

V t li
kế d

PZT/C C

ược chế t o bằ

ử dụng keo epoxy ể gắn kết t

CoCr/PVDF. Đây

ươ

ớ

v t li

d

ú

n PZT với c

ết
ă

ươ

ơ

ản

y

ữ

ớp

ỏ

ớp

.

2.1.2.2 V t li u tổ hợp PZT/NiFe/CoFe
T
hi

ươ
y,

ươ

ược sử dụ
ú x

ế tố d

y

ề ư
ử lắ

ộ g ghề bề mặt th

t
ều khiể

ể chế t
ể

ọ

ư: ộ

ộ

d

ă

ợp thức gần vớ

ủa
,

, ộd y

ược.

Bảng 2.2: Các thông số chế tạo các lớp màng mỏng NiFe, CoFe
Đ ều ki n chế t o
Cô
C â

ô

Á

50 W

50 W

ơ ở

2 10-7 Torr

2 10-7 Torr

2.210-3 Torr

2.210-3 Torr

A
ộ lắ

CoFe

ú x

Thời gian chế t o
Nhi

NiFe

ọng

10, 20, 40, 60
o

27 C

6

ú

10, 30, 60
o

27 C

ú

ể


ú

Trong c
30

60

ổ hợ

y,

ú,

40, 60

90

ú

ô

ố chế t

ể

ờ

ú x lớ C F

ờ

ú x lớ N F

mẫu vớ

ộd y

ớ

y ổ
y ổ

10,
10, 20,

ớp sắt t

ược li

.C

ết trong Bảng 2.2.

2.2 Các phƣơng pháp khảo sát cấu trúc tinh thể và hình thái học
ú

2.2.1 Khả
N

ứu c

ể
ú tinh thể

ần bằ

tia X (XRD, D8 Advance, B

ổ

x

ết bị nhiễu x
ă

ượng EDS (JSM-

7600F, JEOL).
ú

2.2.2 Khảo c
N

ứ

ô
ì

ọc bề mặ

ú

n tử q é SEM, S-3400N, Hitachi),
giải cao (FESEM, S-4800, Hitachi)
2.2.3 X

ị

C

ể

ển

n tử q é

ộ

â

(FESEM - ZEISS Ultra+).

ần v t li u
é

ề phổ

n tử q é

hiể

ô ằ

ắ

với phổ kế

ắ

x
ă

ă

ượ

ược thực hi

ết bị

ường (FE-SEM, JSM-7600F, JEOL)

ượ

X EDS

ầu dò

ỳ

q

ợp
ô

(CL).
2.3 Các phƣơng pháp đo tính chất điện, từ
2.3.1 N

ứ

tt

2.3.2 Khả
2.3.2.1 P é

n
ộ

â

Khả

ự
t sắ

n
n sử dụng

n (LC10, Radiant).

7

thiết bị

t sắt


2.3.2.2 P é
Dò

dò

ò

ò ủa một ch

ô

ượ x

ị

q

ặ

ư

J-V, sử

dụng thiết bị (LC10, Radiant).
2.3.2.3 X

ịnh hằng số

Hằ

ố

ủ

ẫ

d

ô

ô

ủ

ụ
ị ầ

ể ượ

ố

q

ị ủ

, ử dụ

y

LCR PM-

6303, Tegam).
2.3.2.4 Độ dịch chuyển của v t li
Khả

n

ch t của v t li

n sử dụng thiết bị Photonic

Sensor (MTI200, Radiant Technologies Inc.).

2.4 Phƣơng pháp khảo sát sự thay đổi tính chất từ dƣới tác dụng của
điện thế
2.4.1 N

y

ý

é

2.4.2 Sơ

m

C ú

ô

y ổi t

ế

p thế

n cực của mẫu với dả

-400V ến 400V. Sử dụng thiết bị VSM,

ượ

ường M(U) biểu diễn sự phụ thuộc của t

ú

n thế

ô

ộM

ể thu
n thế

dụng U.
2.4.3 C

é

q
ết l

Dựa t

mở

ường M(U) t

ú

ô

ế

ường Hbias

ướng
o

ủa t

ả

ường so với mặt phẳng mẫu α = 0 , α = 45

o

α = 90o .

Kết luận chƣơng 2
Chương 2 giới thi
ã ử dụ ,

hợ
cứu c
v t li

ú

ô,

ế t o v t li

phươ
ú

ươ

â

ể

ú ,
n, t

ắt.

8

ắt tổ

nt

của


CHƢƠNG 3: CÁC HỆ VẬT LIỆU ĐA PHA SẮT TỔ HỢP CHẾ TẠO
TRÊN ĐẾ PZT PHÂN CỰC DỌC
3.1 PZT/CoCr
Hì

ọc bề mặt củ
ươ

C C

ố
ả

ô

10

.B
ỉ

o

26.2 , ươ
ặ

ướng t

ư

ủ C

ộ ỉnh nhiễu x lớn nh
ứng vớ

ư

tinh thể ư

ặ

â
.C

ô ủa

ổ EDS

t
ú

C . Tỷ phần củ
ễu x X-ray củ

ượ q

yt

ỉnh nhiễu x (111) củ C C . Đỉnh nhiễu x

ố ngẫ

ẫu tổ hợ

ươ

ú
ước củ

kết quả khả

Co35.6Cr64.4. Kết quả

CoCr cho th y ườ
111

,

y

ố

2

ị ,

ng nh t với bề mặ

ểq
y

C C cho th y c

ủ

,

ề

ô

t t mề

ặt phẳ

ị
ặ

ư

ướng
dị

.

0.004

P2
2000 Oe
200 Oe
25 Oe
0 Oe
-25 Oe
-30 Oe
-200 Oe
-2000 Oe

M (emu)

0.002
Ud

0.000

-0.002

-0.004
-400

-200

0

200

400

U(V)

Hình 3.4: Sự phụ thuộc từ độ vào điện thế tác động tại các từ trường ngoài
khác nhau đối với mẫu P2
Sự phụ thuộc của t
dầ
M0,

ă

ộ

n thế ượ
MU

n thế M(U) của mẫ
ì

ộ

y

ì

y ổ dướ

9

ểu P2 giảm

3.4. Ở ây M = M(U) dụng củ

n thế U

M0


ộ

n thế. M

ô

t 840 emu trong khoảng thế t

ể

-400V ến +400V.
Kết lu n
C ế
ế

ô
ợ ,

ứ

ổ ợ PZT/CoCr. Bằ

ộ ủ

ị

ướ

ắ
ứ

ể ượ

dụ

ề

ư

ữ dữ

ế PZT

â

ử dụ
ể ,

ế

ơ ở
ớ.

3.2 PZT/NiFe/CoFe
C

ẫ

ì

ược chế t

y ết quả

ươ

ẫ

(ứng vớ

ờ

ú x lớ N F
ú

3.2.1 C
Giả

y ổ 10, 20, 40
ô

ể
3.2.2 T

ị

ư

ướ

D1, D2, D3

60

60

D4

ú,

ời

ú .

ặ

ư

D1

ú
ư

111

y mẫ D1

ủ
ủ

ế PZT

ú

ắt t NiFe/CoFe.

tt

T

t t của h v t li u tổ hợp PZT/N F /C F
ường cong t

0o, t o mộ

MH

 = 45o

ướng t
 = 90º

ô

quả chỉ ra dị ướng t mặt phẳng chiế

ư

ược khả

ược li

bằng

ường song song  =
ới mặt phẳng mẫu. Kết

ế

ẫu do sự

dị ướng t mặt phẳng của lớp sắt t NiFe/CoFe. C
ư

ể

ần

nhiễu x tia X của một mẫ
ặ

ượ

u lầ

ược lựa chọ

ú x lớp CoFe cố ị

ể,

ỉnh nhiễu x

é

3

ực dọ

ô

ốt

Bảng 3.2

Bảng 3.2: Các thông số từ đặc trưng của các mẫu D1, D2, D3 và D4

D1

MS (μemu)

HC (Oe)

Mẫu

o

//

45

75

97

90

o

122

//

45o

90o

1458

1360

1340

10

ặc


D2

100

120

163

1859

1662

1500

D3

108

145

190

2175

1944

1758

D4

116

152

197

2366

2093

1867

3.2.3 Ả

ưởng củ

C

n thế ế

tt

ứu ảnh ưởng củ

n thế

ú v t li u tổ hợ , ươ

hợp PZT/NiFe/CoFe cho th y trong c
ô

t

ỉ phụ thuộ

ò

t

ô

ụ thuộ

ề

ườ
,

ố v t li u, mặ

ướng củ

cực trong lớ PZT. K

ớ

ướng vớ

ẽ t o ra một ứng su

dươ

ơ
ă

â

â

ặ

n

ới sắ

ộng so vớ

n thế

n thế ặ
ù

t t của v t li u tổ

n/sắt

ướ

â

ặ â , ức

ực của PZT hoặc phản

é .

600

d

U (V)

300

0
D1
D2
D3
D4

-300

-600
-500

0

500

Hbias(Oe)

Hình 3.11: Giá trị Uđ của các mẫu Di đo tại các từ trường khác nhau
Một kết quả ý
ảo t t

ị
ị của U

chỉ ra. T i t

y

it

y, thế U

ơ ở

ường Hbias

265 V ầ
y ă

sự xu t hi n củ q

ợp U . T

n thế

ường Hbias = 5 O , q

U = 40, 102, 234
N ư

ú ượ q

ượ

ết quả

ủ
ì
ối vớ

dần khi chiề d y ớ

11

MU,

ẫu tổ hợ

ảo t xảy ra t

ị

ẫ D1, D2, D3
NF

ì

ă .Q

ược
n thế

D4.
ì


ảo t trong v t li u tổ hợp xảy ra do sự c nh tranh giữ
ườ

ă

3.2.4 Ả

ượ
ươ

giảm tuyế
ự

tt

α # 0o

ịt

ộ

ế

ộ M

y ổi của t

ướng t

ướng t

ứng vớ α = 90o. Nế

y ộ dốc củ

ườ

ô

ường M(U))

ươ

α = 90

ì

trị t

ới mặt phẳng mẫu
α=0

ô

ướng

. Đặc bi

ươ
ươ

x

n PZT x

ết quả

ế ảo t

ảo t

ộ M vẫ

ường l ch khỏi mặt phẳ

y ổi r t nhỏ
ì

ế

n thế

giảm dầ
ộM

ườ

y rằng t

3.13). T y

ượng t

ường.

ưởng củ

C ú

ă

o

o

ườ
ớn nh , ò

ế

ỏ nh t.

3000

M (emu)

2000G
1000G
200G
50G
0G
-50G
-75G
-200G

D1

2000
1000

D1

0
-1000
 = 90o

 = 45o

-2000
-400

-200

0

400-400

200

-200

0

200

400

U(V)

U(V)

Hình 3.13: ự phụ thuộc từ độ của các mẫu D1 vào điện thế tác dụng l n
hai cực lớp áp điện P

khi đo theo các g c

khác nhau

Kết lu n
ô

Chế t

ú x trực tiế
hợ

ều thể hi

thế. C
hi

ượ

ả

v t li u tổ hợp PZT/NiFe/CoFe bằ

ươ

ớp sắt t N F /C F

ẫu tổ

ặ

mề
ết về ả

ảo t cảm ứ

ư

ế PZT. C

dị ướng mặt phẳng chiế

ưởng củ
ườ

n thế/

12

n thế ế
ũ

ượ

tt
ì

y

ư


ươ

y. T

ết quả chỉ ra rằng ể ứng dụ
ường Hbias phải nhỏ ơ

vi c sử dụng t
ường Hbias

ế dù

ược trong thực tế,

ị lự

ể ảo t phả

HC , ì

ỏ

yt

ốt.

CHƢƠNG 4: HỆ VẬT LIỆU ĐA PHA SẮT TỔ HỢP PZT/NiFe/CoFe
CHẾ TẠO TRÊN ĐẾ PZT PHÂN CỰC NGANG
Tươ

ự

ể ì

ẫu chế t

y ết quả

ươ

ẫ

N4 (ứng vớ

4

ờ

ú x lớ N F

g

ế PZT

â

ý

ự

ược lựa chọn
ượ

u lầ

N1, N2, N3

ú x lớp CoFe cố ị

y ổ 10, 20, 40

60

10

ú,

ời

ú .

4.1 Cấu trúc tinh thể, vi mô và thành phần
S

ới giả

N1

ỉnh nhiễu x

ặ

ư

â

ực ngang, ta th y mẫu

ú

ủ

o

ỉnh nhiễu x lớn nh t t
S

ế PZT

nhiễu x củ

2 = 31.2 ươ

ứng vớ

ị

ế PZT với
ướng (110).

ới phổ nhiễu x chuẩn (t thẻ chuẩn JCPDS #23-297 , ỉnh nhiễu

x t i 2 = 44o chứng tỏ sự t n t i của lớp sắt t N F /C F . C ú ý ằng lớp
NF

C F

ỏ

,d

ườ

ộ củ

ỉ

ô

õ é.

4.2 Tính chất từ
Trong cả 3
ô

ường hợp t

ườ

ới mặt phẳng mẫ ,

ă

ă

ề d y ớ

ịt

ươ

ô

ộ ã

MS, Mr

NF .T

chiều giảm dần khi chiều lớ

45o

,
, ự

NF

ă

. C

M, M45o nhỏ ơ

ướng

HC l
ị t

ươ

x
ộ

M//

4.3 Ảnh hƣởng của điện thế đến tính chất từ
4.3.1 Sự
N ư
PZT, t

y ổi của t
ú

ã

ộ dướ
y,

ộ M của v t li u tổ hợ

dụng củ

n thế

n thế U

dụ

y ổi gầ

ư

13

n cực của
yế

n thế


y ổi của M ũ

U. Sự

530 

mẫu N2 lớn nh
470 

nhỏ nh

ư M/U dướ

tt ở

1.33, ò

1.20. Đ ề

ối với mẫu N4 sự

y

ù ợp với kết quả ã

y ổ

y

ả

ề

ả

Đối với h v t li u tổ hợ
y, ế PZT
,

phẳ
N F /C F

â

n t PZT/NiFe/CoFe khả

ự

ướng [100] ứng với biến d ng 1. Mặ

=0

với trục ứng su t, tứ
N

ư ã

giả dươ

>0

ướ

o

ú

ảo lu n ở phầ

, lớp sắt t

ô

song song

ể khẳ

ịnh K > 0.

, ớp sắt t N F /C F

ị  > 0, chứng tỏ rằng ứng su t củ

é .Đề
ộ

n

ướng ứng su t sẽ nằm trong mặt

dị ướng mặt phẳng. D

sự ă

n thế ối với

.

4.3.2 Mô ì

ứng su

dụng củ

y
ă

ù ợp với kết quả ã
n thế

số t
ế PZT

ảo lu n ở

ề

dụng.

Hình 4.11: a) Màng từ dưới tác dụng của ứng suất b) Mô hình dị hướng từ
cảm ứng suất trong trường hợp đế áp điện phân cực ngang
4.3.3 Q

ì

C ú
y ổ

ảo t dướ

dụng củ

ểq
ị

ướng t

y hi
ị

n thế
ượ

n thế U x

14

ô

của NiFe/CoFe
ị .G

ị thế ảo t


y

ới t

mẫ

ườ

X

ướ

ă

ế ảo t

ũ

ă

ườ

ường Hbias = -500, 50, 200

ường Hbias = -100 Oe hoặc Hbias = -50 O ,
dươ

ỳ t ng mẫu. Kết quả
ă

t
dụ

y ổ

ị thế ảo U = 270, -200, -250

ứng vớ

ượ

y

q
ườ

n thế/

ị
ĩ

nhớ

ữ

-300 V lầ

ượt

ảo t ,

ă

ổ

ị

ặc
ượng

é

ng thờ
y

â

ể sử
ướng của

ị thế ảo r t nhỏ

ường Hbias = -50 Oe, U = 15 V (mẫu N2)
ường Hbias = -100 Oe. Khả ă
ư

n thế nhỏ

ự ư

dụ

y ổ

moment t trong v t li u t . Kết quả cho th y nhữ

t t

dụng. L y
500 O . K

ịU

ể thực hi n vi

U = 25 V (mẫu N3) t i t

.

y sự c nh tranh giữ

ì

U = 1 V ối với mẫu N4 t i t

ặt

. Kết quả chỉ ra rằ
ì

ế ả

ối với mẫ N2,
ươ

ường Hbias

ô

y

ý

ĩ

ể ảo

ể ứng dụ

ộ

.

600
N1
N2
N3
N4

400

Ud

200
0
-200
-400
-600

-400

-200

0

200

400

Hbias (Oe)

Hình 4.13: Giá trị Uđ của các mẫu Ni đo tại các từ trường khác nhau
4.4 Ảnh hƣởng của phƣơng từ trƣờng đến tính chất từ
S

thị M α

khi U = -200, 100 V, ta th y
ổ

d

x

ì

U = 0 V ủa mẫu N1 vớ
ườ

,

ị cự

15

ặ

,d
i, cực tiể

thị M α
ì

ến
y ổ

è


ổi về

theo sự biế
ổ õ

,

y

. Xé
ộ

Dướ

dụng củ

hi

ự

ố ị ,

i mộ
y ổ

ườ

ô

ịt

ối với t t cả

ng nh

, ườ

Mα

ộ của mẫu thay

ế

ổi d

.

ườ

x t

ực tiểu mới.
Hbias=50 Oe

400

M (emu)

200
U=0V
U=100V
U=-200V

0

-200

-400

0

60

120

180





240

300

360



Hình 4.17: Sự phụ thuộc của từ độ vào hướng của từ trường M( ) của mẫu
N1 đo tại Hbias = 50 Oe trong trường hợp: a) U = -200, 0, 100 V
4.5 Ảnh hƣởng của chiều dày lớp sắt từ đến tính chất từ
N

ắt tổ hợ

c chế t o v t li

y ổ

ư ã

ảo lu n ở

,

ú

ô

ũ

ã chế t

ắt tổ hợp chiề d y ớp NiFe cố ị
C F

y ổi t 190, 225, 320
S

10

, ượ

ế ảo t U củ

ề d y ớp NiFe
,

ề d y ớ C F

trị t

ường Hbias

ườ

ể

Hì

ề d y ớp

u M1, P1.

ẫ N1, M1

P1

ường Hbias = 50 Oe, kết quả chỉ ra rằng, U = -165, -300
ă

v t li u

4.18 . Kết quả
. Với mẫ N1, q

ược khi U = -150 V

ô

16

ù
-250 V ă

ươ

ự

ì

ảo t cảm ứ

ần t

ịt

ường Hbias.

n


600
N1
M1
P1

400

Ud(V)

200
0
-200
-400
-600

-800
-200

-100

0

100

200

Hbias (Oe)

Hình 4.18: Giá trị Uđ của các mẫu c chiều dày lớp CoFe thay đổi
đo tại các từ trường Hbias khác nhau
Kết luận chƣơng 4
ô

Chế t
ú x

ỏng t

d y ớp CoFe cố ị
ến 90 nm. C
lớp sắt t

ũ

ả

ượ

ắt tổ hợp PZT/NiFe/CoFe bằng

v t li
ế

PZT

190

â

ề d y ớ

ưởng củ

ươ

ứ

ực ngang, với chiều
NF

ườ

ả

y ổi t 10
ề d y ủa

ết.

CHƢƠNG 5: TÍNH TOÁN LÝ THUYẾT
5.1 Ảnh hƣởng của điện trƣờng đến tính chất từ của vật liệu đa pha sắt
cấu trúc micro-nano
5.1.1 Lý

yết Landau về hi u ứ

n t trong v t li

ắ

pha

Cô
òq

ứ

y ộ thẩ

ô

ọng trong vi c t o ra hi u ứ

ặ

ộ thẩm t

n t lớn. H số thế

17

nt

ơ


ô

ỏ ơ

ặc bằ

1

ụ thuộ

ộ t thẩ

n thẩm của

t ng pha v t li u.
5.1.2 Lý

yế

uứ

5.1.2.1 Cơ ở ý
dụng của t
ộ

ết c u

yết
ắt tổ hợ

Khi một v t li
d

ì

ắt tổ hợp

trong v t li

dướ

ươ

n t dựa

ơ ọ

ặt trong t

ường, lớp v t li u sắt t

ược truyền trong v t li
d

sang lớp v t li
ơ ọc giữ

ự

giảo sẽ biến d ng,
y

ìd

ược l ,

ư

ần số d

ứ

xây dự

ũ

yền

ớp. Nế

ết

ng thờ

ết bề mặt giữ

ớp v t li

lớ

ường xoay chiều,

ộ
ộ

ược truyền giữ
ì ẫ

ôn bằng tần số

ường xoay chiều.

của t

5.1.2.2 Xây dự

ô ì

Vi c tiế
ươ

ì

ết c u với mụ

ỉ phần thể

nt
ự

ư

ề hi u ứ

ú

ý

yế

ơ ở

ự phụ thuộc của h số
ũ

ầy ủ ơ

cứu. Kết quả

ô ì

ườ

dụ , q

n t xảy ra trong v t li

ược biểu thứ

số

ường hợp

nt

tần số th p:

E  

s11(1  v)  pd 31 m q11
2
( p s11 (1  v)   m s11.v) p  33 p s11  p s11 (1  v). pd 31
p



Sử dụ
ược biểu thứ

E  

ô

ứ
số

ã
n t trong t



(5.19)

ở trong phần phụ lục, ta thu
ường tần số

p
d 31 m q11 tan m kL
 (1  v)v
p
m
s11 (1  v)   m s11v p  33 a
kL

18

ư

:

(5.20)

5.1.3 Mô ì

ý

yế ươ

T

ô ì

y

ướng t

ô

nt
ú

ô

q

ến d ng

ổng hợp t t cả

dị

ư dị ướng t tinh thể, dị ướng t

dị ướng t bề

y ổi của tổng dị ướng t củ

mặt, sự
ướng t

ượ x

ịnh

ư

ă

. Tổ

ượng dị

[54, 150]:

Ftotal(V)= Fmc + Fshape + Fme(V ) + FS(V )
y ổi tổng dị ướng t dướ

Sự

chiề d y ớ

ô

(5.21)

dụng củ

ường dọc theo

ể ược biểu diễn theo tham số ộ d y d

ức:

OP
H eff

  2c 
K S (V ) 
2  B1 1  12   p (V ) 

c11 
d 
 
OP
OP
H eff
(V )  H eff
(0)
MS



OP
OP
H eff (0)
H eff

(5.26)

5.1.4 Kết quả
ươ

Sử dụ
[67, 76],

ú

Đối với c

ô

ì

5.26

ã

ượ

ô

H effOP

ị

ú ổ hợ PZT/N F /C F
1.95

h n dcr

. Độ d y

ế

ế PZT

ằ

ã

ố

ư ược chỉ
â

yển pha dtr ối vớ
ơ

t

ố v t li

ì

5.7.

ực dọ , ộ d y ới
ơ

ế ươ

n

, ượ ướ

ảng 0.2

nm.
N ư
V

ỉ

ượ q

ổ
bởi sự

ược nhau của

ì

5.7, sự b

ối với c

H effOP

ú

ối xứ

ơ

u của

ổ hợ PZT/N F /C F . X

(U) t thế â

ược d u củ εp. Hơ

ả

ế dươ

ữa, nếu l y phần thế dươ

19

H effOP

ướng thay

ược quyế
, ứng su t t

ịnh
ế


PZT

ứng su

é

h số t giả dươ

ả

ở

ươ

ữ cho trục dễ t

H effOP

, ự giảm của
M(U), phản ả
ư ự

ư

ươ

ươ

ự
nt

y ổi dị ướng t

N F /C F

ằ

ươ

ặt phẳng. Do

ư ự

y ổi của t

ô

biến d ng chiế

q

ể ượ

ú ổ hợ PZT/N F /C F

3.2

ộ

ều khiển bở

n thế
ư

ế, ũ

n thế trong c u

y.

U(V)

Hình 5.7: Sự thay đổi cảm ứng điện trường của

H effOP

trong vật liệu

đa pha sắt tổ hợp PZT/NiFe/CoFe với các chiều dày lớp FM khác nhau
5.1.5 Kết lu n
N ư

ả

y, bằ

minh rằng trong c
PZT ây
d ng chiế

ư

ú

ự giảm t
ế,

ị

ịn

ượ

,

ổ hợp PZT/NiFe/CoFe, ứng su
ộ

ơ

ến sự

ế ươ

nt

ú

ô
é d

ô

q

y ổi dị ướng t cảm ứng bở

ứng
ế
ến
n

thế.
5.2 Ảnh hƣởng của các yếu tố dị hƣớng lên quá trình tái định hƣớng
spin của vật liệu đa pha sắt tổ hợp cấu trúc micro-nano
5.2.1 Mô ì

20


a)

b)

Hình 5.8: a) Cấu trúc vật liệu PZT/NiFe/CoFe với đế P

phân cực ngang

b) Quá trình thay đổi định hướng mômen từ 90o trong lớp sắt từ tự do
T

ì

5.8

dù

cự
ô

ứ

ơ

ú

c

ể

t li

. Bằ

,

ể ì

ượ

PZT/N F /C F

ế PZT

ối thiể

ượng trong

ă

ường giới h n (phụ thuộ

â

1

2)

E crfsw  

ườ

cr
bsw

E

ườ

C k  d

 0 M s H ex 
W
d
2 B1  d33  d31 

2 K1  0 M s2

ể



y ổ

ướng t

q

ì

,

C k  d

 0 M s H ex 
W
d
2 B1  d31  d33 

2 K1  0 M s2

ể

y ổ

Trong phần kết quả, ể ti
ường tới h

ộ

(5.41a)

q

ì

ướng t

ộ

ề ộ lớ ,

ú

ị

ị tuy

5.2.2 Kết quả

21

(5.41b)

q
ô
ối.

ẽ

ì

nghịch.
ị củ

n


C ú

ô

ị

, ý

d . Khả

d yd

ô

cho th y ă

xé ới sự xu t hi n củ

t tự d ,

ă

d y d. Đ ề

Hì
nghịch

cr
Ebsw

Rõ

,

ô

ướng t

d≤2

yế

ộ thu

xé

y ổ

ớ

ộ d y ủa lớp sắt

ă

ị d lớ ,

Vớ
ă

thuộ

ô

ằ

ị

(E< E

ô

ỉ

ị
ứ

ịd=2
y

,

ị

300V ươ
ườ

ở

ươ

ứng vớ

.T

ường sẽ

3.2 ở
ườ

ô

ến d ng truyề
ô

ầ 1 V/

y.

22

ò

ụ

ượ

ớp sắt t

ể quay. Kết quả

V/
,

ộ
ể ghi t .

ườ

y nế

ì ục t dễ

ột
y

ể ược sử dụ

ường nằm trong dả

ực nghi

ến sự biến

.Đề

ườ

ườ

ể ây

cr

ộ d y d ủa lớp tự

ộ

dụ d > 4
ủ lớ

ượng bề mặt.

ượng bề mặt dẫ

ượng bề mặ . Đ ề

ớ
x y

ă

E crfsw

ường giới h n Ecr. Đặc bi ,

ô

ộ

ối với hai

ến sự xu t hi n củ

ị

nhớ MERAM thực tế,

ớ

ường thu n

ường cong t

ướ

ộ

ịch.

ủ

ủ

ý

ượng bề mặt. Kết quả

n ường Ecr

.Đ

yế

ể

ị

ă

y sự phụ thuộc củ

ểm giao nhau giữ

dụ

ị

ộd yd

ù

ắt t
ường Ecr

ường giới h n Ecr phụ thuộc m

d
ổ

,

5.10

5.41 ,

ượng giới h n (nghịch) giảm tuyế

ĩ
y ổ

ị

ă

ứ

ủ

ự phụ thuộc củ

ượng giới h n (thu

ường hợ

ô

ị ộd y

Ecr, t
ộd y

hi

ườ

.S
ả

ới kết quả
ị

,

n thế ử
ù ợp với


Hình 5.10: Sự phụ thuộc của điện trường thuận
vào

chiều

dày

d

của

lớp

23

E crfsw

sắt

và nghịch
từ

tự

cr
Ebsw

do


KẾT LUẬN

-

ô

Chế t
ế d

mẫu v t li

PZT/C C

ế

ú x trực tiế

n (PZT/NiFe-C F . C

ỏng sắt t

ết quả khả

ú

ượng tố

th y h mẫ

ươ

sắt tổ hợp bằ

ặ

ô,

ư

ủa t ng

pha v t li u.
-

N

ứ

khả

ặ

t mề

ư

ủ
-

dị ướng mặt phẳng chiế
ổ

ô

dụng củ

ườ

ườ

ị thế ảo t phụ thuộ

ường quyế
Bằ

ị

q

ả

HeffOP(U)

phả

ơ

ự

ế

ế ươ

ến sự
ú ổ hợ PZT

ườ
ườ

ổi t

ộ

ị

ượ

ường dị

ư ự

ướng t

ượ

ị

ươ

ườ ,

ướ

ă

ì

minh rằng sự giảm của



ộ

dụng so vớ

ộng. Sự c nh tranh giữ

-

n thế cho th y sự

ỉ phụ thuộ

ướng củ
,

ế, chứng tỏ sự
ắt tổ hợp PZT-

t t của v t li

N F /C F dướ
mẫ

ư

t

ớp sắt t mềm.

ự biế

Khả

mẫu cho th y

t t củ

,

ụ thuộc

ườ

B

ột

ườ

ă
ứ

q

ộ

ực dọc)/NiFe/CoFe.

24

nh

ượng t
ã

ứng
n thế

n thế M U
ến d ng chiế

y ổi dị ướng t cảm ứng bở
â

ò

ướng hi u dụ
ô

ộ của

dị ướng của v t li u t .

y ổi của t
nt

y ổi t

ư

ế

n thế trong c u


DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ
LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN

[1] N.T. Minh Hong, P.D. Thang, N.H. Tiep, L.V. Cuong and N.H. Duc
2011 , “V
-controllable magnetic behavior in PZT/NiFe/CoFe
”, Adv. Nat. Sci: Nanosci. Nanotechnol. 2, 015015.
[2] N.T. Minh Hong, P.D. T
, N.H D
2011 , “C
PZT/N F /C F
”, Proceeding of
The 3rd International Workshop on Nanotechnology and Application IWNA, 869-873.
[3] L.V. Cuong, N.T. Minh Hong, P.D. T
2011 , “T
d NF yC
y ”, Proceeding of The
3rdInternational Workshop on Nanotechnology and Application – IWNA,
874-877.
[4] N.T.M. Hong, N.H. Duc and P.D. Thang (2013), “C
magnetoelectri
PZT/N F /C F
”, Int. J. of
Nanotechnology 10 (3/4), 206 - 213.
[5] N.T.M. Hong, P.T. Ha, B.N.Q. Trinh, P.H. Cong, N.D. Duc, D.D. Long,
P.D. Thang 2013 , “S z d
d
d
d d
d
y”, Proceeding of The 4rd
International Workshop on Nanotechnology and Application - IWNA, 359364.
[6] N.T. Minh Hong, N.B. Doan, N.H. Tiep, L.V. Cuong, B.N.Q. Trinh,

P.D. Thang and D.H. Kim (2013),“Switchable voltage control of the
magnetic
anisotropy
in
heterostructured
nanocomposites
of
CoFe/NiFe/PZT”, Journal of the Korean Physical Society 63 (3), 812-816.
[6] N.T. Minh Hong, P.D. Thang, D.D. Long, P.T. Ha, N.N. Trung, P.H.
C
, N.D. D
2014 , “T
-sensitivity of a critical electric
field induced magnetic easy-axis reorientation ferromagnetic/ferroelectric
y d
”, Communications in Physics 24 (3S1), 71-79.
[7] N.T. Minh Hong, P.T. Ha, L.V. Cuong, P.T. Long, P.D. Thang (2014),
“E
d
d d
z
w
C F /N F /PZT
”, IEEE Transactions on Magnetics 50 (6), 2005204.
[6] N.T. Minh Hong, P.T. H , P.D. T
2014 , “S
d
PZT/C C
”, Communications in Physics 24
(3S1), 99.

Danh mụ

y

09 ô

ì

25