Nghiên cứu và chế tạo dây hai lớp hệ thuỷ tinh CoP có hiệu ứng từ tổng trở khổng lồ (Giant Magneto Impedance - GMI) bằng phương pháp mạ hoá học

tạo

Bộ giáo dục và đào

Trờng đại học s phạm hà
nội 2
phạm văn hào

Nghiên cứu và chế
tạo dây hai lớp hệ
Thủy tinh/cop
Có hiệu ứng từ tổng trở
khổng lồ (giant magneto
impedance - gmi) Bằng phơng pháp mạ hóa học

Luận văn thạc sĩ
vật lý
hà nội,
2009


phạm văn hào

Nghiên cứu và chế
tạo dây hai lớp hệ
Thủy tinh/cop
Có hiệu ứng từ tổng trở
khổng lồ (giant magneto
impedance - gmi) Bằng phơng pháp mạ hóa học
Chuyên ngành Vật lý
chất rắn Mã số: 60.44.07

Luận văn thạc sĩ vật lý

Ngời hớng dẫn khoa học:
TS. Mai Thanh Tùng
GS. TS. Nguyễn Hoàng
Nghị


Lời cảm ơn
Luận văn này đợc hoàn thành tại Phòng thí nghiệm Vật liệu
từ và nanô tinh thể, Viện Vật lý Kỹ thuật, trờng Đại học Bách Khoa
Hà Nội, Phòng thí nghiệm của Bộ môn Ăn mòn và Bảo vệ Kim
lọai, trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội dới sự hớng dẫn khoa học và
giúp đỡ tận tình cả về tinh thần và vật chất của GS. TS.
Nguyễn Hoàng Nghị, của TS. Mai Thanh Tùng. Trớc hết tôi xin bày
tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến GS. TS. Nguyễn
Hoàng Nghị, TS. Mai Thanh Tùng và tập thể các cán bộ, giáo viên
Bộ môn và Phòng thí nghiệm Vật liệu từ và nanô tinh thể, Phòng
thí nghiệm Ăn mòn và Bảo vệ Kim loại đã tạo mọi điều kiện
thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu tại các
phòng thí nghiệm.
Tôi xin bày tỏ lòng cám ơn sâu sắc tới các đồng nghiệp
trong nhóm nghiên cứu: ThS. Nguyễn Văn Dũng, NCS. Nguyễn
Văn Dũng, KS. Nguyễn Ngọc Phách, Trịnh Thị Thanh Nga, Lê Cao
Cờng đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong thời gian
nghiên cứu tại phòng thí nghiệm Vật liệu từ và nanô tinh thể,
phòng thí nghiệm Ăn mòn và Bảo vệ Kim loại.
Xin cám ơn Viện Khoa học Vật liệu ITIMS Đại học Bách khoa
Hà Nội, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá nghiên cứu,

đo đạc mẫu tại viện và cho tôi những góp ý và thảo luận quí báu.
Tôi xin chân thành cám ơn các lãnh đạo, các đồng
nghiệp nơi công tác Trờng THPT Nam Duyên Hà - Thái Bình,
Trung tâm Hỗ trợ NCKH & CGCN, Trờng Đại học S Phạm Hà Nội 2
đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, động viên giúp
đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận văn.
Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến tới bố, mẹ, và tất
cả những ngời thân yêu trong gia đình cùng bạn bè đã cổ vũ,
động viên tôi rất nhiều về vật chất và tinh thần trong thời gian
thực hiện luận văn.
Tác giả luận văn


Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng
tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là của riêng tôi. Các kết
quả nêu trong luận văn là trung thực.

Tác giả luận văn

Phạm Văn Hào


Mục lục
Mở đầu.......................................................................................... 7
Chơng I - Tổng quan................................................................ 8

1.1.......Vật liệu có hiệu ứng từ tổng trở khổng lồ (GMI)
8

1.1.1..............................Hiệu ứng từ trổng trở khổng lồ GMI
..........................................................................................................8
1.1.2..................................Lý thuyết từ học về hiện tợng GMI
8
1.1.2.1...............Cấu trúc domain của dây vô định hình
9
1.1.2.2.......................................Chiều sâu thấm từ
11
1.1.2.3........................Hiện tợng tách đỉnh của đờng GMI
13
1.1.3................................................Vật liệu có hiệu ứng GMI
........................................................................................................14
1.1.3.1.................................Băng vô định hình (ribbons)
14
1.1.3.2..............................................................Dây (wires)
15
1.2...........................................................Mạ hóa học CoP
17
1.2.1......................................................................Mạ hoá học
17
1.2.1.1..............................................................Định nghĩa
17
1.2.1.2.....................................Các đặc điểm mạ hoá học
18
1.2.1.2.1............................Cơ chế phản ứng mạ hoá học
18

1

1.2.1.2.2Các yếu tố ảnh hởng đến phản ứng mạ hoá học
20
1.2.2...............................................................Mạ hóa học CoP
21
1.2.2.1 Cơ chế mạ........................................................................21
1.2.2.2. Các yếu tố ảnh hởng đến lớp mạ CoP...................23
1.2.2.3............Cấu trúc và tính chất vật lý của lớp mạ CoP
26
1.2.2.3.1......................................Cấu trúc của lớp mạ CoP
26
1.2.2.3.2.........................Tính chất vật lý của lớp mạ CoP
28
Chơng 2 - Thực nghiệm...............................................................35

2.1.............................................................Chuẩn bị mẫu
35
2.1.1........................................................................Chuẩn bị
........................................................................................................35
2.1.2. Thành phần dung dịch và chế độ mạ...........................36
2.2................................Các phơng pháp phân tích mẫu
36
2.2.1........................Phơng pháp hiển vi điện tử quét (SEM)
........................................................................................................36
2.2.2.......................Phơng pháp nhiễu xạ tia Rơnghen (XRD)
........................................................................................................36
2.2.3......................................Thiết bị từ kế mẫu rung (VSM)
........................................................................................................38
2.2.4. Đo hiệu ứng GMI.....................................................................39
Chơng 3 - kết qủa và thảo luận..............................41

3.1.................................ảnh hởng của nồng độ NaH2PO2
42

2


3.1.1........................................................................ảnh SEM
42
3.1.2.ảnh hởng của nồng độ NaH2PO2 tới thành phần hợp kim
CoP................................................................................................43
3.1.3.ảnh hởng của nồng độ NaH2PO2 tới cấu trúc hợp kim CoP
.......................................................................................................45
3.1.4ảnh hởng của nồng độ NaH2PO2 tới tính chất từ của hợp
kim CoP.........................................................................................46
3.1.5...ảnh hởng của nồng độ NaH2PO2 tới tỷ số GMI của hợp
kim CoP.........................................................................................48
3.2.ảnh hởng của thời gian mạ tới tính chất từ và tỷ số
GMI...............................................................................................50
3.3.So sánh các kết quả thu đợc với hệ dây Cu/FeNi có
hiệu ứng GMI
đợc chế tạo bằng phơng pháp điện kết tủa..................55
Chơng 4 - Kết luận........................................................... 57
Tài liệu tham khảo....................................................... 58

3


Danh mục các chữ viết
tắt và ký hiệu sử
dụng trong luận văn

Chữ viết
Chữ tiếng Anh đầy đủ
tắt
GMI
Giant Magneto Impedance

Nghĩa tiếng Việt
Từ tổng trở khổng lồ

SEM

Scanning Electron Microscope

Hiển vi điện tử quét

TEM

Hiển vi điện tử
truyền qua
Từ kế mẫu rung

VĐH

Transmission Electron
Microscope
Vibrating Sample
Magnetometer
Amorphous

XRD

X-ray Diffraction

Nhiễu xạ tia X

VSM

Vô định hình

3


Danh mục các bảng trong luận
văn

Bảng 1.1. Tổng kết một số vật liệu dây và các thông số vật lý
của dây vô định hình. Bảng 1.2. Độ hoà tan của photphit phụ
thuộc pH
Bảng 3.1: Nồng độ NaH2PO2 trong dung dịch và tốc độ mạ

4


Danh mục các hình vẽ, đồ thị trong
luận văn

Hình 1.1 Cấu trúc domain của dây vô định hình bao gồm lớp vỏ
và lõi
Hình 1.2 Hiện tợng tách đỉnh đờng MI trong vật liệu finemet

Fe73.5Cu1Nb3B9Si13.5 Hình 1.3 Mô tả dị hớng từ giải thích hiện tợng
tách đỉnh của đờng cong GMI Hình 1.4: Một số phơng pháp
chế tạo vật liệu dới dạng băng mỏng từ thể lỏng bằng phơng
pháp nguội nhanh
Hình 1.5: Tỷ số MIr của màng FeNi/Cu đợc chế tạo bằng phơng pháp
điên kết tủa Hình 1.6. Đồ thị điện cực thể tổng hợp (Trong đó
i: dòng điện thực; ia: dòng điện anot; ic: dòng điện catot; ipl:
dòng điện mạ hoá học tại thể hỗn hợp Epl)
Hình 1.7. Điện thế phản ứng khử hydro trên các xúc tác kim loại
khác nhau trong
trờng hợp chất khử là NaH2PO2, HCHO, NaBH4, DMAB,
NH2NH2 Hình 1.8. Giản đồ pha của hợp kim CoP
Hình 1.9. ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
Hình 1.10. ảnh hởng của một giờ đốt nóng lên suất điện trở
của hợp kim CoP kết tủa bằng điện chứa 1.3% P
Hình 1.11: Trạng thái ferro từ của các nguyên tử Co
Hình 1.12. Sự xuất hiện và xắp sếp các đômen cơ bản
Hình 1.13. ảnh hởng của một giờ đốt nóng lên độ cứng của hợp
kim photpho kết tủa điện hóa.
Hình 1.14. Độ cứng của hợp kim và kim loại kết tủa điện hóa
Hình 2.1 Quy trình chế tạo dây

5


Hình 2.2. Sơ đồ mô tả nguyên lý hoạt động của phơng pháp
nhiễu xạ tia X Hình 3.1. ảnh SEM các dây CoP kết tủa hóa
học trong các dung dịch
có nồng độ NaH2PO2 khác nhau.
Hình 3.2 Phổ EDS các màng kết tủa trong dung dịch có nồng

độ NaH2PO2 khác nhau khác nhau.
Hình 3.3. ảnh hởng nồng độ NaH2PO2 tới hàm lợng P

6


Hình 3.4. Phổ nhiễu xạ tia X của dây hai lớp hệ thủy tinh CoP từ
các dung dịch có hàm lợng NaH2PO2 khác nhau
Hình 3.5. Đờng cong từ trễ VSM của các dây hai lớp CoP hệ thủy
tinh có nồng độ
NaH2PO2 khác nhau
Hình 3.6. ảnh hởng của hàm lợng P tới lực kháng từ Hc
Hình 3.7. Tỷ số MIr của hợp kim CoP với các dung dịch có hàm lợng NaH2PO2 khác nhau
Hình 3.8. ảnh hởng của nồng độ H2PO2 đến tỷ số GMI
Hình 3.9. Tỷ số từ tổng trở MIr của các dây hai lớp CoP hệ thủy
tinh với các thời gian mạ và tốc độ mạ khác nhau
Hình 3.10 Sự phụ thuộc của tỷ số MIr vào chiều dày của màng
Hình 3.11. ảnh hởng của thời gian mạ đến tỷ số MIr của dây
hai lớp hệ thủy tinh CoP
Hình 3.12. Tỷ số MIr của hệ dây Cu/ FeNi đợc chế tạo bằng phơng
pháp điện kết tủa

6


Mở đầu
Hiệu ứng từ tổng trở khổng lồ (Giant Magneto Impedance GMI) tuy mới đợc phát hiện trong vòng hơn một thập kỷ nhng nó
đã cho thấy tiềm năng ứng dụng rất lớn, đặc biệt trong lĩnh vực
sensor từ. Dạng vật liệu có hiệu ứng GMI thờng đợc nhắc tới nhất
là vật liệu từ vô định hình - nano tinh thể chế tạo bằng phơng

pháp nguội nhanh (Rapid Solidification). Vật liệu dạng này có khả
năng đạt đợc hiệu ứng từ tổng trở MIr rất lớn (lên đến trên 500%),
tuy nhiên, công nghệ chế tạo tồn tại nhiều hạn chế nh: kỹ thuật
phức tạp, khó ổn định hiệu ứng, vật liệu chế tạo ở dạng băng
không thích hợp cho chế tạo sensor từ, Trong 5 năm trở lại đây,
đã xuất hiện dạng vật liệu dây micro có hiệu ứng GMI chế tạo
bằng phơng pháp mạ hóa học.
Các dây này có cấu tạo gồm một dây mang
cỡ 50 - 500 m

và lớp phủ vật
liệu từ

mềm bằng phơng pháp kết tủa điện hóa hoặc mạ hóa học. Một số
nghiên cứu trớc
đã tập trung vào hệ dây dẫn/ vật liệu từ mềm (Cu/FeNi). Trong
luận văn này, chúng tôi sẽ tập trung vào hệ dây cách điện/ vật
liệu từ mềm có sử dụng phơng pháp mạ hóa học.
Mục đích nghiên cứu:
1. Chế tạo dây hai lớp hệ thủy tinh/ CoP có hiệu ứng GMI

bằng phơng pháp mạ hóa học
2. Nghiên cứu ảnh hởng các yếu tố tới cấu trúc, tính chất từ và
tỷ số MIr
3. So sánh kết quả thu đợc với hệ dây Cu/ FeNi có hiệu ứng

GMI đợc chế tạo bằng phơng pháp điện kết tủa.
Phơng pháp nghiên cứu:
1. Phân tích bề mặt: SEM, AFM
2. Phân tích thành phần, cấu trúc: EDS, AAS, XRD

3. Đo từ: VSM
4. Đo hiệu ứng GMI
7


Néi dung cña luËn v¨n: 4
ch¬ng Ch¬ng 1. Tæng
quan
Ch¬ng 2. Thùc nghiÖm
Ch¬ng 3. KÕt qu¶ vµ th¶o luËn
Ch¬ng 4. KÕt luËn

8


Chơng I - Tổng quan
1.1. Vật liệu có
khổng lồ (GMI)

hiệu

ứng

từ

tổng

trở

1.1.1. Hiệu ứng từ trổng trở khổng lồ GMI

Nhiều hiện tợng vật lí đã đợc quan sát trong vật liệu từ mềm,
đặc biệt là vật liệu từ vô định hình và nanô tinh thể. Một
trong những hiện tợng vật lí, đó là sự thay đổi mạnh tổng trở
cao tần Z của dây dẫn từ tính khi có dòng xoay chiều đi qua và
đặt trong từ trờng một chiều ngoài yếu (vài Oe; 1Oe 80A/m).
Hiện tợng này
đợc gọi là hiệu ứng từ tổng trở khổng lồ GMI (Giant Magneto
Impedance). Hiệu ứng GMI tuy mới đợc phát hiện vào khoảng năm
1994 nhng nó đã mở ra một tiềm năng ứng dụng rất lớn.
Đại lợng đặc trng cho sự thay đổi tổng trở là tỷ số từ tổng
trở MIr (Magneto Impedance Ratio):

Z ( H ) Z (
H
)

MIr

(PT 1.1)

x100%

MAX

Z( H

MAX )

Z ( H ) là tổng trở của vật liệu tại từ
trờng H ,

từ trờng

Z(
H

MAX

)

là trổng trở của vật
liệu tại

H MAX .

Ngời ta đã quan sát thấy hiệu ứng GMI trong các vật liệu từ
mềm nh băng vô
định hình và nanô tinh thể (ribbon), dây vô định hình
(amorphous wire) với tỷ số MIr lớn hơn 300% ở nhiệt độ phòng.
Kết quả này cho thấy tiềm năng ứng dụng vật liệu có hiệu ứng
từ tổng trở trong các thiết bị nhạy từ trờng và các sensor đo từ
trờng với độ nhạy cao Trong luận văn này, vật liệu từ dây hai
8


lớp hệ thủy tinh/ CoP là đối tợng để nghiên cứu hiệu ứng từ tổng
trở trong dải tần MHz.
1.1.2. Lý thuyết từ học về hiện tợng GMI
Hiệu ứng từ tổng trở khổng lồ (GMI) là một dạng khác của hiệu
ứng cảm ứng từ và đợc biết đến nh là sự thay đổi mạnh tổng

trở Z của vật dẫn có từ tính dới tác dụng của từ trờng ngoài H và
dòng điện tần số cao. Cơ chế hiệu ứng GMI mang bản chất
điện từ và có thể đợc giải thích bằng lý thuyết động lực học cổ
điển. Theo
L. V. Panima, bản chất điện từ của hiệu ứng MI là sự kết hợp giữa
hiệu ứng bề mặt

9


và sự phụ thuộc của độ thẩm từ hiệu dụng ( eff ) của dây dẫn và
từ trờng tơng ứng với sự chuyển động vòng của các momen từ
trong cấu trúc domain đặc biệt.
Tổng trở cao tần Z của dây dẫn từ tính dới tác động của từ
trờng ngoài ( H )
đợc xác định bởi hai thông số đặc trng cơ bản là độ
thẩm từ hiệu dụng số của dòng điện ( f ), đợc tính theo

và
eff

tần

biểu thức sau:

Z
A.

f .eff ( f ,
H)

Với A là hệ số tỷ Z
lệ,

(PT 1.2)

, và X là phần ảo, R là phần thực.
X2R2

Nh vậy khi làm việc ở một tần số nhất định
thì Z tỷ lệ với

1 / 2 . Còn khi
làm
ef

việc ở một từ trờng nhất
định, do

thờng giảm khi tần số tăng, sự
eff

giảm này

nhanh hơn so với sự tăng của tần số f nên nói chung Z giảm khi
tần số tăng. Tuy nhiên cần chú ý là tuy Z giảm theo tần số nhng R
lại tăng theo tần số do hiệu ứng bề mặt.
Nh chúng ta đã biết đối với vật là hàm của từ trờng và tần
liệu từ,
số, và

eff
giảm đáng kể khi từ trờng và tần số tăng tuy vậy tổng trở Z của
dây dẫn từ tính thay đổi khi nó đặt trong từ trờng. Tuy nhiên
tổng trở Z không chỉ cơ bản phụ thuộc tính chất từ của vật
liệu mà nó còn phụ thuộc vào quá trình từ hóa động của các
domain (dịch vách và quay vectơ từ độ) ở tần số cao.
1.1.2.1.

Cấu trúc domain của dây vô định hình

Dòng xoay chiều
lõi

Domain

9

Domain lớp vỏ


iac

HDC

H×nh 1.1 CÊu tróc domain cña d©y v« ®Þnh h×nh bao gåm líp
vá vµ lâi

1
0

Nh vậy độ thẩm từ
hiệu dụng



bao gồm hai phần:

eff

eff ( f , H ) dw ( f , H ) rot ( f , H )

(PT 1.3)

Trong đó:

dw : Là độ từ thẩm do quá trình dịch
vách (domain wall)

rot : Là độ từ thẩm do quá trình quay
vectơ từ độ
Khi từ trờng tăng
thì

dw
(H )

giảm do thành phần từ độ trong
mỗi domain

giảm khi moment từ hớng theo từ trờng ngoài.
Ngợc lại

rot
(H )

tăng cùng
với

từ trờng sau đó giảm nếu từ trờng tăng nữa vì momen từ đợc
ghim theo hớng từ trờng ngoài.
ở vùng tần số thấp, quá trình dịch vách domain ở lớp vỏ
chiếm u thế hơn so với quá trình quay vectơ từ độ ở domain lõi.
ở tần số cao, quá trình dịch vách không
còn nữa bởi dòng xoáy (dòng Fuco), khi đó đóng góp vào độ
thẩm từ hiệu dụng

eff

chỉ do quá trình quay vectơ từ độ trong domain lõi của dây dẫn
dới tác dụng của từ trờng ngoài một chiều.
Có thể tính toán sự thay
đổi của t

dới tác dụng của từ trờng
ngoài

H ext

bằng việc xem xét mô hình giản đơn domain. Trong hệ trục tọa

độ vuông góc cho ta
thấy quá trình quay vectơ từ độ đợc
dùng để miêu tả

t t (Hext ) . Từ trờng
ngoài

Heff và dòng điện i tác dụng dọc theo trục của dây. Trục dễ từ

hóa là với phơng
10


ngang một góc
bằng k

và
Ht

là từ trờng ngang sinh ra bởi dòng điện.
Năng lợng tự

do để làm vectơ từ độ quay đi một góc từ trục dễ từ hóa đợc
cho bởi biểu thức sau:
E K.sin S
.sin( ) S cos(
M
H ext
Ht
k M

k )
2

(PT 1.4)

( K : hằng số dị hớng từ)
Sau một số phép biến đổi và lấy giá trị gần
đúng khi giá trị
ngan
g t

H t nhỏ, độ từ

thẩm

có thể viết:
M S .Sin (
)
k
2

t


H k .h.Sin(2( ))
k
Cos(2)
1

11

(PT 1.5)


(Trong
đó

Hk
2K

M S và h Hext H k )

Công thức (1.5) cho
thấy t

phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố nh: từ
trờng một

chiều, từ trờng xoay chiều do dòng điện sinh ra, dị hớng từ, ...
Nh vậy ta thấy ở tần số thấp sự thay đổi tổng trở Z của dây
dẫn vô định hình chủ yếu là do quá trình dịch vách domain
của lớp vỏ, còn ở tần số cao, quá trình quay vectơ từ độ ở lõi
dây chiếm u thế.
Chiều sâu thấm từ

Đối với dòng điện một chiều, mật độ dòng điện đồng đều
trên toàn bộ tiết diện của dây. Trong khi đó, dòng điện xoay
chiều tần số cao phân bố không đồng đều trên toàn bộ tiết
diện của dây, nó chủ yếu tập trung ở gần bề mặt của dây dẫn.
Mật

độ dòng điện giảm theo hàm số mũ từ bề mặt vật liệu vào
lõi của vật dẫn. Hiện tợng này đợc gọi là hiệu ứng bề mặt.

2 / 0

PT(1.6)

là chiều sâu thấm từ của vật liệu (đi sâu vào vật liệu
một lớp thì mật độ dòng điện giảm đi e lần ( e 3) nên
có thể coi dòng điện chỉ thấm vào vật liệu một lớp thấm

).
Từ công thức (1.6) có thể thấy chiều sâu thấm từ phụ
thuộc vào tần số góc

của dòng xoay chiều, điện trở

suất và độ thẩm từ . Trong vật liệu phi từ, độ thẩm từ

không phụ thuộc vào tần số dòng xoay chiều và từ trờng
ngoài một
chiều, nó tiến gần tới độ thẩm từ của
chân không
11

4..107 H / m .
Ngợc lại,


0

trong vật liệu sắt từ, phụ thuộc vào tần số dòng xoay chiều,
độ lớn của từ trờng xoay chiều, biến dạng cơ học và nhiệt độ...
Trong dây từ, hiệu ứng GMI xảy ra ở tần số cao khi trong mẫu
cóa dòng điện
xoay
chiều:

i

I

j.t

.e
, từ trờng một chiều tác dụng theo chiều dọc
của dây. ở tần
0

số mà chiều dày của lớp từ trở nên có thể so sánh đợc với chiều
sâu lớp thấm từ
thì tổng trở của dây dẫn tỷ lệ với tần số dòng xoay chiều và
độ thẩm từ ngang
(transverse permeability) dây từ.
Hiệu ứng GMI ở tần số cao có thể giải thích thông qua sự phụ
thuộc từ trờng của độ từ thẩm ngang tơng ứng với hớng của dòng
xoay chiều trong mẫu và hiệu

12

ứng bề mặt. Bởi vì dòng xoay chiều có xu hớng tập trung ở
gần bề mặt vật dẫn, tổng trở Z thay đổi theo sự phân bố của
dòng và hình dạng vật dẫn.
Đối với vật liệu từ, độ từ thẩm ảnh hởng tới chiều sâu thấm
từ theo
ngang t
công thức:

/()1 / 2
m

(PT 1.7)

t

Trong đó là chiều sâu thấm từ của vật
liệu không sắt từ:

c /(2...)

1/ 2

(PT 1.8)

Với c là vận tốc ánh sáng trong chân không. Từ công thức trên
tổng trở phụ
thuộc
vào t

do đó nó phụ thuộc vào độ m .
thấm sâu

Tóm lại ta thấy trong dây và băng vô định hình, hiếu ứng
từ tổng trở có nguồn gốc từ sự kết hợp hiệu ứng bề mặt và sự
phụ thuộc từ trờng của độ từ thẩm .
ý nghĩa của
Khi đi sâu vào trong vật liệu một lớp thì mật độ dòng
giảm đi

e lần và có thể coi dòng điện chỉ tập trung ở chiều

dày trên bề mặt vật dẫn. Khi thay đổi thì khả năng cản
trở dòng (tổng trở) của dây dẫn thay đổi, càng nhỏ thì cờng độ dòng điện chỉ phân bố trên lớp rất mỏng bề mặt dây
dẫn và dòng điện càng bị cản trở mạnh (tổng trở lớn).
Từ công thức (1.8) ta thấy phụ thuộc vào tần số dòng điện
và tính chất từ của
vật liệu. Đối với vật liệu phi từ, độ
1 do đó gần nh không
từ thẩm
phụ thuộc

12


vào vật liệu mà chỉ phụ thuộc vào điện trở suất của vật
liệu và từ trờng ngoài ảnh hởng rất ít đến vật liệu. Nh vậy
tổng trở luôn luôn tăng khi tăng tần số của dòng
điện, ở đây không xuất hiện hiệu ứng MI. Ngợc lại, đối với dây
dẫn là vật liệu từ

mềm tốt (vô định hình nền Co và nano tinh thể nền Fe) có
độ từ thẩm rất lớn

100000 , lực
kháng từ

H C 1
5 A / m

và thay đổi rất mạnh theo từ trờng và tần

số (giảm mạnh khi tăng từ trờng và tần số). Nh vậy sự có mặt của
từ trờng ngoài và từ trờng ngang do dòng cao tần làm từ hóa vật
dẫn từ mềm đến gần trạng thái bão hòa tức là độ từ thẩm

giảm tiến đến 1 và ở tần số này có nghĩa là tổng trở của
dây dẫn từ mềm giảm mạnh. Đây chính là nguồn gốc của hiệu ứng
GMI.

13


Hiện tợng tách đỉnh của đờng GMI

1.1.2.3.

Finemet không ủ
Fe nano ủ 5500C, 10phút
Fe nano ủ 5500C, 30phút

250
200
150
100
50
0

-400

-300

-200

-100

100

200

300

400

0

Hình 1.2 Hiện tợng tách đỉnh đờng MI trong vật liệu finemet
Fe73.5Cu1Nb3B9Si13.5 [2]
Trong quá trình tìm hiểu và nghiên cứu hiệu ứng GMI, một
số kết quả quan sát cho thấy có sự khác biệt ở đờng cong tỷ
số MIr trong khoảng từ trờng nhỏ ( 50 50Oe ). Hiện tợng này

làm đờng cong tỷ số MIr có hai điểm đạt giá trị lớn nhất, đợc
gọi là hiện tợng tách đỉnh (hình 1.2). Cơ chế của hiện tợng
tách đỉnh ở
đờng cong MIr liên quan đến tính dị hớng của mẫu nghiên cứu và
đợc giải thích theo mô hình sau:
Trục dễ

Ht

Hext

MS

K


I

13