CẤU TRÚC, TÍNH CHẤT TỪ VÀ HIỆU ỨNG TỪ NHIỆT CỦA HỢP CHẤT La0,8R0,2(Fe0,88Si0,12)13 VỚI R = Y , Tb và Yb

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

LÊ MINH ĐỨC

CẤU TRÚC, TÍNH CHẤT TỪ VÀ HIỆU ỨNG TỪ NHIỆT CỦA HỢP
CHẤT La0,8R0,2(Fe0,88Si0,12)13 VỚI R = Y , Tb và Yb

Chuyên ngành : Vật lý Nhiệt
Mã số

: 15005230

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2019


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

LÊ MINH ĐỨC

CẤU TRÚC, TÍNH CHẤT TỪ VÀ HIỆU ỨNG TỪ NHIỆT CỦA HỢP
CHẤT La0,8R0,2(Fe0,88Si0,12)13 VỚI R = Y , Tb và Yb
Chuyên ngành : Vật lý Nhiệt
Mã số

: 15005230

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. ĐỖ THỊ KIM ANH

Hà Nội - 2019


Luận văn Thạc Sĩ

Lê Minh Đức
LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, cho phép em bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Đỗ
Thị Kim Anh và ThS.Vƣơng Văn Hiệp ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn và giúp
đỡ em hoàn thành luận văn này. Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô
trong Khoa Vật lý, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên và đặc biệt tới các
thầy cô ở Bộ môn Vật lý Nhiệt độ thấp – Khoa Vật lý đã cung cấp cho em
kiến thức, kỹ năng làm nghiên cứu khoa học và tạo mọi điều kiện thuận lợi
cho em học tập và hoàn thành luận văn.
Em xin chân thành cảm ơn!


Luận văn Thạc Sĩ

Lê Minh Đức

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1: MỘT SỐ TÍNH CHẤT ĐẶC TRƢNG CỦA HỆ VẬT LIỆU
TỪ NHIỆT CÓ CẤU TRÚC LOẠI NaZn13 ..................................................... 3

1.1. Hiệu ứng từ nhiệt........................................................................................ 3
1.2. Ứng dụng của hiệu ứng từ nhiệt ................................................................. 6
1.3. Hiệu ứng từ nhiệt với công nghệ làm lạnh thế hệ mới............................... 6
1.4.Hiệu ứng từ nhiệt dị thƣờng: ....................................................................... 8
1.5. Phƣơng pháp đánh giá hiệu ứng từ nhiệt của vật liệu ................................ 9
1.5.1. Phƣơng pháp đánh giá trực tiếp ............................................................ 10
1.5.2. Phƣơng pháp đánh giá gián tiếp ............................................................ 11
1.6. Cấu trúc tinh thể của hệ mẫu La(Fe1-xSix)13 ............................................. 12
1.7. Tính chất từ của hệ hợp chất La(Fe1-xSix)13 ............................................. 14
1.8. Tình hình nghiên cứu của các nhóm trong và ngoài nƣớc ....................... 16
CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM ......................................... 19
2.1 Chế tạo mẫu ............................................................................................... 19
2.1.1. Phƣơng pháp nóng chảy hồ quang ........................................................ 19
2.1.2 Ủ nhiệt. ................................................................................................... 20
2.2. Các phƣơng pháp nghiên cứu................................................................... 20
2.2.1. Nhiễu xạ bột tia X. ................................................................................ 20
2.2.2. Phép đo các đặc trƣng từ tính bằng VSM ............................................. 22
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................. 24
3.1 Cấu trúc tinh thể của hợp chất La(Fe1-xSix)13. ........................................... 24
3.2 Tính chất từ của hợp chất La0,8R0,2(Fe0,88Si0,12)13 với R = Y, Tb và Yb. ......... 25
3.3 Hiệu ứng từ nhiệt…………………………………………………...……34
KẾT LUẬN ..................................................................................................... 37
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 39


Luận văn Thạc Sĩ

Lê Minh Đức

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1. Một số thông số về nhiệt độ chuyển pha Curie và hiệu ứng từ nhiệt
trong các hợp chất La(Fe1-xSix)13 và La(Fe1-xCox)11,7Al1,3 ............................. 15
Bảng 3.1: Hằng số mạng của các hợp chất La0,8R0,2(Fe0,88Si0,12)13 với R = Y,
Sm, Tb và Yb. ................................................................................................. 25
Bảng 3.2 : Nhiệt độ chuyển pha Curie, biến thiên entropy từ cực đại và hiệu
suất làm lạnh của các hợp chất La0,8R0,2(Fe0,88Si0,12)13 với R = Y, Tb và Yb
trong biến thiên từ trƣờng ∆H = 13 kOe. ....................................................... 35


Luận văn Thạc Sĩ

Lê Minh Đức
DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Hiệu ứng từ nhiệt............................................................................... 7
Hình 1.2: Sự phụ thuộc của biến thiên entropy từ vào nhiệt độ ..................... 10
Hình 1.3: Cấu trúc lập phƣơng NaZn13:(a) cấu trúc tinh thể và (b) cấu trúc của
một ô đơn vị. ................................................................................................... 13
Hình 1.4: Cấu trúc tứ diện đều. ....................................................................... 13
Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý của hệ nấu mẫu bằng phƣơng pháp nóng chảy hồ...
quang tại Bộ môn Vật lý Nhiệt độ thấp. ......................................................... 19
Hình 2.2: Sơ đồ mô tả nguyên lý hoạt động của phƣơng pháp nhiễu xạ tia X21
Hình 3.1: Sự phụ thuộc của cƣờng độ nhiễu xạ tia X vào góc nhiễu xạ trong
các hợp chất La0,8R0,2(Fe0,88Si0,12)13. ................................................................ 24
Hình 3.2: Sự phụ thuộc của từ độ vào nhiệt độ đối với hợp chất La0,8Tb0,2
(Fe0,88Si0,12)13 tại từ trƣờng H = 100 Oe .. ...................................................... 26
dM
Hình 3.3: Sự phụ thuộc của đƣờng vi phân dT vào nhiệt độ trong hợp chất

La0,8Tb0,2(Fe0,88Si0,12)13, .................................................................................. 26

Hình 3.4:Sự phụ thuộc của từ độ vào nhiệt độ đối với hợp chất
La0,8Yb0,2(Fe0,88Si0,12)13 trong từ trƣờng H = 100 Oe. .................................... 27
dM
Hình 3.5: Sự phụ thuộc của đƣờng vi phân dT vào nhiệt độ trong hợp chất

La0,8yb0,2(Fe0,88Si0,12)13 ,.................................................................................. 27
Hình 3.6 : Sự phụ thuộc của từ độ vào nhiệt độ M(T) đối với hợp chất
La0,8Y0,2(Fe0,88Si0,12)13 trong từ trƣờng thấp H = 100 Oe. .............................. 28
dM
Hình 3.7: Sự phụ thuộc của đƣờng vi phân dT vào nhiệt độ trong hợp chất

La0,8Y0,2(Fe0,88Si0,12)13 , ................................................................................... 29


Luận văn Thạc Sĩ
Hình 3.8:

Lê Minh Đức

Các đƣờng cong từ hóa đẳng nhiệt của hợp

chất

La0,8Tb0,2(Fe0,88Si0,12)13 ở các nhiệt độ khác nhau ........................................... 30
Hình 3.9: Đƣơng cong Arrott plot của hợp chất La0,8Tb0,2(Fe0,88Si0,12)13 ở các
nhiệt độ khác nhau .......................................................................................... 31
Hình 3.10: Các đƣờng cong từ hóa đẳng nhiệt của hợp chất
La0,8Y0,2(Fe0,88Si0,12)13 ở các nhiệt độ khác nhau............................................. 32
Hình 3.11: Đƣờng Arrott plots của hợp chất La0,8Y0,2(Fe0,88Si0,12)13 ở các nhiệt
độ khác nhau.................................................................................................... 32

Hình 3.12: Các đƣờng cong từ hóa đẳng nhiệt của hợp chất
La0,8Yb0,2(Fe0,88Si0,12)13 ở các nhiệt độ khác nhau. .......................................... 33
Hình 3.13: Đƣờng Arrott plots của hợp chất La0,8Yb0,2(Fe0,88Si0,12)13 ở các
nhiệt độ khác nhau. ......................................................................................... 33
Hình 3.14: Sự biến thiên entropy từ vào nhiệt độ của các hợp chất La0,8 R0,2
(Fe0,88 Si0,12)13 với R = Y, Tb và Yb. Trong biến thiên từ trƣờng

H  13kOe 35


Luận văn Thạc Sĩ

Lê Minh Đức

MỞ ĐẦU
Vật liệu công nghệ nói chung và vật liệu từ nói riêng có ý nghĩa vô
cùng quan trọng trong cuộc sống loài ngƣời. Chúng rất đa dạng, phong phú và
đang không ngừng đƣợc nghiên cứu để hoàn thiện hơn. Trong xu thế phát
triển chung đó thì vật liệu từ nhiệt đƣợc tạo ra nhằm đáp ứng những yêu cầu
ngày càng cao của con ngƣời về một cuộc sống “xanh” và hiện đại. Vật liệu
từ nhiệt có khả năng thay đổi nhiệt độ nhờ vào tác động của từ trƣờng ngoài.
Cụ thể, khi vật liệu đƣợc đƣa vào hoặc đƣa ra khỏi từ trƣờng thì các mômen
từ đƣợc sắp xếp lại làm cho entropy từ của vật liệu thay đổi. Sự thay đổi của
entropy từ làm cho entropy mạng cũng biến đổi theo và khiến cho vật liệu
nóng lên hoặc lạnh đi. Hiệu ứng nêu trên của vật liệu gọi là hiệu ứng từ nhiệt
(Magnetocaloric Effect - MCE) [7]. Hiệu ứng này có mặt trong tất cả các vật
liệu từ và biểu hiện với cƣờng độ ra sao thì phụ thuộc vào bản chất của từng
loại vật liệu. Ví dụ các vật liệu nhƣ: La0,8R0,2(Fe0,88Si0,12)13[10],
La1+δ(Fe0.85Si0.15)13[31,33],

La(FexSi1-x)13

[11-12,18],

Pr(Fe,Si)[15],

La1-yNdy(Fe0,88Si0,12)13 [17], La(Fe,Ni,Si)13 [23,25], La(Fe,Co,Si)13 [27],
La0,8R0,2(Fe0,88Si0,12)13 [30, 32], ….

Vật liệu từ nhiệt đã đƣợc ứng dụng trong

kỹ thuật làm lạnh ở nhiệt độ thấp và đang đƣợc thử nghiệm với các máy làm
lạnh bằng từ trƣờng ở nhiệt độ phòng. Việc ứng dụng vật liệu từ nhiệt trong
các máy làm lạnh có ƣu điểm là không gây ô nhiễm môi trƣờng nhƣ các máy
lạnh dùng khí thông thƣờng, có khả năng nâng cao đƣợc hiệu suất làm lạnh,
tiết kiệm năng lƣợng và có kích thƣớc nhỏ gọn [16]. Hƣớng nghiên cứu chính
hiện nay về vật liệu từ nhiệt là tìm đƣợc vật liệu có hiệu ứng từ nhiệt cao, biến
thiên nhiệt độ lớn xảy ra xung quanh nhiệt độ phòng và trong biến thiên từ
trƣờng nhỏ. Mặt khác, vật liệu cần phải bền, không độc hại, giá thành thấp và
chế tạo đơn giản. Hiện nay, hầu hết các nghiên cứu về các ứng dụng của
thiết bị làm lạnh từ đều tập trung vào các vật liệu có hiệu ứng từ nhiệt ở

1


Luận văn Thạc Sĩ

Lê Minh Đức

nhiệt độ phòng, các vật liệu có hiệu ứng từ nhiệt khổng lồ (giant MCE)

cùng với chuyển pha cấu trúc (first-order magneto-structural). Một số vật
liệu: Gd5(SixGe1-x)4, La(FexSi1-x)13Co(H), MnFeP1-xAsx, MnAs1-xSbx,
Ni0,50Mn0,50-xSnx đã đƣợc nghiên cứu cho thấy có hiệu ứng từ nhiệt khổng
lồ cùng với chuyển pha cấu trúc (FOMST). Những hợp kim này cũng là
những đại diện tiểu biểu cho ứng dụng vào trong các thiết bị làm lạnh từ
bởi chúng đều là những vật liệu có giá thành thấp và không độc hại.
Luận văn này đề cập tới cấu trúc, tính chất từ và hiệu ứng từ nhiệt
của hợp chất La0,8R0,2(Fe0,88Si0,12)13 với R = Y , Tb và Yb. Luận văn gồm
những phần sau:
Chƣơng 1: Một số tính chất đặc trƣng của hệ vật liệu cấu trúc loại NaZn13
Chƣơng 2: Phƣơng pháp thực nghiệm
Chƣơng 3: Kết quả và thảo luận
Kết luận

2


Luận văn Thạc Sĩ

Lê Minh Đức

CHƢƠNG 1
MỘT SỐ TÍNH CHẤT ĐẶC TRƢNG CỦA HỆ VẬT LIỆU TỪ NHIỆT
CÓ CẤU TRÚC LOẠI NaZn13
1.1. Hiệu ứng từ nhiệt
Hiệu ứng từ nhiệt là một hiện tƣợng nhiệt động học từ tính, là sự
thay đổi nhiệt độ (bị đốt nóng hay làm lạnh) của vật liệu từ trong quá
trình từ hóa hoặc khử từ. Hiệu ứng từ nhiệt thực chất là sự chuyển hóa
năng lƣợng từ - nhiệt trong các vật liệu từ [34].
Hiệu ứng từ nhiệt đƣợc Warburg phát hiện ra cách đây hơn 120

năm. Trong quá trình từ hóa đoạn nhiệt, sự suy giảm entropy từ của hệ
spin trong quá trình định hƣớng theo từ trƣờng ngoài đƣợc cân bằng lại
bằng sự gia tăng entropy của mạng tinh thể và do đó nhiệt độ của vật
liệu tăng lên. Trong quá trình khử từ đoạn nhiệt, tức là quá trình ngƣợc lại
của quá trình trên, sự gia tăng entropy của hệ spin nhằm thiết lập lại
trạng thái ban đầu sẽ đƣợc thỏa mãn do sự suy giảm entropy của mạng
tinh thể và do đó nhiệt độ của vật liệu giảm xuống. Nếu nhƣ quá trình từ
hóa và khử từ đƣợc thực hiện trong điều kiện đẳng nhiệt (trong môi
trƣờng nhiệt độ không đổi) thì vật có thể sinh nhiệt hay thu nhiệt. Nhờ
đặc tính này hiệu ứng từ nhiệt đƣợc ứng dụng trong kĩ thuật làm lạnh.
Năm 1926, Debye và Giauque đã độc lập đề xuất khả năng ứng
dụng MCE trong một kĩ thuật mà ngƣời ta gọi là khử từ đoạn nhiệt các
muối thuận từ để làm lạnh. Kỹ thuật này đã đƣa con ngƣời đến sát gần
điểm không tuyệt đối và do đó đã góp phần mang lại nhiều thành tựu vĩ
đại trong sự phát triển của vật lí hiện đại.
Năm 1976, Brown đã phát triển và ứng dụng các vật liệu có hiệu
ứng từ nhiệt xảy ra ở nhiệt độ cao hơn trong các thiết bị làm lạnh (điều
này thể hiện rõ trên thiết bị sử dụng MCE của Barclay -1994) và đó là nơi

3


Luận văn Thạc Sĩ

Lê Minh Đức

khai sinh ra kĩ thuật làm lạnh từ ở vùng nhiệt độ cao.
Năm 1997 tại Mỹ, máy làm lạnh từ thử nghiệm sử dụng kim loại
Gd nhƣ một tác nhân làm lạnh đã chạy suốt 14 năm và đạt đƣợc công suất
cỡ 600 W. Cũng trong năm ấy hai nhà vật lí

ngƣời Mỹ là

K.A. Gschmeidner và V.A. Pecharsky đã công bố hiệu ứng từ nhiệt
khổng lồ trong các hợp chất Gd5(SixGe1-x)4 với 0,05 ≤ x ≤ 0,5 [26]. Vật
liệu này có MCE lớn gấp 2 lần so với hợp kim Gd. Điều này khẳng định
tính khả thi của kĩ thuật làm lạnh từ, nhất là các vật liệu có chuyển pha từ
gần nhiệt độ phòng. Từ phát hiện này các nhà khoa học đã tiếp tục
nghiên cứu và tìm kiếm những vật liệu có MCE lớn, nhiệt độ chuyển pha
cao và giá thành thấp [2, 4, 6, 21].
Bên cạnh những kết quả nghiên cứu thực nghiệm, không ít các nhà
khoa học đã đƣa ra các lý thuyết để mô tả và giải thích hiện tƣợng này: lý
thuyết Landau cho chuyển pha loại hai của sắt từ tại nhiệt độ Curie, lý
thuyết trƣờng tới hạn của Rossing và Weiss, lý thuyết sóng spin ... đều đã
đƣợc sử dụng để giải quyết bài toán này.
Trong trƣờng hợp của chất sắt từ ở gần nhiệt độ trật tự từ, sự liên kết tới
hạn của trƣờng từ làm giảm entropy từ của chất rắn, đó là sự tỏa nhiệt bởi
entropy mạng tinh thể tăng, giữ cho entropy không đổi trong hệ kín. Trong
quá trình thuận nghịch, sắt từ đƣợc làm lạnh khi đó entropy từ sẽ tăng và
entropy mạng tinh thể sẽ giảm cùng sự thay đổi của từ trƣờng tới hạn. Khi
làm ấm và làm lạnh vật liệu từ, hay khí gas kết quả thu đƣợc là nhƣ nhau khi
thay đổi từ trƣờng, giống với quá trình trung gian giữa sự nén và nở tới hạn.
Làm lạnh từ (MR) dựa trên từ tính/sự khử từ của vật liệu từ [14]. Cụ thể là,
trong quá trình từ hóa đoạn nhiệt (Q = 0), sự suy giảm entropy của hệ spin
định hƣớng theo từ trƣờng ngoài đƣợc cân bằng bởi sự tăng của entropy
mạng tinh thể (do nhiệt độ của hệ tăng lên). Trong quá trình khử từ (ngƣợc

4

Luận văn Thạc Sĩ

Lê Minh Đức

lại quá trình trên), sự gia tăng entropy của hệ spin nhằm thiết lập lại vị trí ban
đầu đƣợc thỏa mản bởi sự suy giảm entropy của mạng tinh thể (do nhiệt độ
của hệ giảm). Nếu quá trình từ hóa/khử từ đƣợc thực hiện ở điều kiện đẳng
nhiệt (không có sự thay đổi nhiệt độ) mà thay vào đó là sự tỏa nhiệt và thu
nhiệt thì hiệu ứng từ nhiệt này là cơ sở của sự làm lạnh từ [3, 5].
Từ việc làm lạnh bằng chất rắn, tới việc truyền nhiệt đƣợc cung cấp bởi
chất lỏng (nƣớc, khí trơ) phụ thuộc vào sự thay đổi của nhiệt độ.
Hiệu ứng này đạt giá trị cực đại tại nhiệt độ chuyển pha từ của vật liệu
(theo công thức về biến thiên entropy từ ở dƣới, giá trị này cực đại khi biến
thiên của mômen từ cực đại - xảy ra ở nhiệt độ chuyển pha Curie TC) [35].
Thông thƣờng, biến thiên entropy từ và biến thiên nhiệt độ đoạn nhiệt sẽ lớn
khi vật liệu là sắt từ, và xảy ra lớn nhất ở nhiệt độ chuyển pha loại 2 (lý
thuyết tính toán mới đây cho rằng hiệu ứng này lớn nhất tại nhiệt độ chuyển
pha loại 1).
Nhƣ đã nói ở trên, hiệu ứng làm lạnh đƣợc ứng dụng làm lạnh khi ở
môi trƣờng đẳng nhiệt [13]. Chu trình làm lạnh đƣợc thực hiện trên vật liệu
từ dựa trên nguyên tắc Trong quá trình làm lạnh, entropy mạng tinh thể
đƣợc mở rộng tới phạm vi nhiệt độ phòng, sự thay đổi entropy từ khá lớn
chỉ thấy đƣợc khi ở gần TC. Khi ta đặt một từ trƣờng vào một vật liệu từ, các
mômen từ sẽ có xu hƣớng sắp xếp định hƣớng theo từ trƣờng. Sự định hƣớng
này làm giảm entropy của hệ mômen từ. Nếu ta thực hiện quá trình này một
cách đoạn nhiệt (tổng entropy của hệ vật không đổi) thì entropy của mạng
tinh thể sẽ phải tăng để bù lại sự giảm của entropy mômen từ. Quá trình này
làm cho vật từ bị nóng lên. Ngƣợc lại, nếu ta khử từ (đoạn nhiệt), các mômen
từ sẽ bị quay trở lại trạng thái bất trật tự, dẫn đến việc tăng entropy của hệ
mômen từ. Do đó, entropy của mạng tinh thể bị giảm, và vật từ bị lạnh đi.

Làm lạnh từ Brown: Đƣợc Brown phát triển vào năm 1976. Từ

5


Luận văn Thạc Sĩ

Lê Minh Đức

trƣờng đƣợc cung cấp bởi thiết bị làm lạnh bởi nƣớc, Hmax = 7 T. Toàn bộ
thiết bị đƣợc nhấn chìm vào hệ đo tái sinh gồm có 1 mol Gd (dày 1 mm),
tách riêng với dung dịch tái sinh theo chiều thẳng đứng bằng một lá thép
mỏng (0,4 dm3, 80 % nƣớc, 20 % rƣợu). Từ trƣờng đƣợc tắt đi rồi bật lên
trong thời gian thích hợp đủ để hình thành tinh thể. Sau khoảng 50 chu trình,
nhiệt độ ban đầu là 46C nhiệt độ cuối là – 1C, khoảng nhiệt độ quan sát
đƣợc là 47 K [1].
1.2. Ứng dụng của hiệu ứng từ nhiệt
Có hai xu hƣớng nghiên cứu ứng dụng hiệu ứng từ nhiệt:
Nghiên cứu các vật liệu có hiệu ứng từ nhiệt lớn ở nhiệt độ thấp cho
kỹ thuật tạo nhiệt độ rất thấp. Với phƣơng pháp này, ngƣời ta đã tạo ra
nhiệt độ cực thấp, tới cỡ mmK hay µK [7].
Nghiên cứu các vật liệu có hiệu ứng từ nhiệt lớn ở xung quanh nhiệt
độ phòng (hoặc cao hơn) để sử dụng trong các máy lạnh thay thế cho các
máy lạnh truyền thống sử dụng chu trình nén khí với ƣu thế:
- Không gây ô nhiễm (máy lạnh dùng khí nén thải ra khí phá hủy
tầng ôzôn) do không thải ra các chất thải ô nhiễm.
- Hiệu suất cao: Các mạnh lạnh dùng từ có thể cho hiệu suất cao
trên 60% trong khi các máy lạnh nén khí chỉ cho hiệu suất không quá 40%.
- Kích thƣớc nhỏ gọn.
1.3. Hiệu ứng từ nhiệt với công nghệ làm lạnh thế hệ mới

Hiệu ứng từ nhiệt (Magnetocaloric effect – MCE) là một hiệu ứng vật
lý cơ bản xảy ra ở bất kỳ vật liệu từ nào, đƣợc hiểu là sự thay đổi nhiệt độ
đoạn nhiệt của mẫu vật liệu từ dƣới tác dụng của từ trƣờng ngoài (từ hóa hay
đảo từ). Ta nhớ rằng, với một vật thể rắn bình thƣờng, thành phần tạo nên tính
chất nhiệt của vật là sự dao động mạng tinh thể (entropy mạng), nhƣng ở vật
liệu từ, ta có thêm một thành phần khác là các mômen từ (entronpy từ). Với

6


Luận văn Thạc Sĩ

Lê Minh Đức

một vật thể cách ly nhiệt, tổng entropy của hai thành phần này là không đổi.
Khi đặt vật sắt từ vào từ trƣờng ngoài, các mômen từ có xu hƣớng sắp xếp
theo từ trƣờng dẫn đến sự giảm entropy từ, do vậy nếu quá trình này là đoạn
nhiệt (tổng entropy hệ không đổi) thì entropy mạng tăng lên, tức là vật bị
nóng lên. Ngƣợc lại, nếu ta thực hiện quá trình khử từ một cách đoạn nhiệt,
entropy từ tăng lên dẫn đến sự giảm của entropy mạng làm vật từ bị lạnh đi.
Nhƣ vậy, nếu ta càng làm biến đổi entropy từ lớn, sẽ dẫn đến khả năng làm
lạnh lớn. Đây chính là nguyên lý làm lạnh từ nhiệt mà tôi nói. Trên thực tế,
công nghệ làm lạnh từ nhiệt không phải là công nghệ mới, mà nó đã đƣợc ứng
dụng từ đầu thế kỷ 20 nhƣng ở dạng khác. Đó là ngƣời ta sử dụng hiệu ứng
này để tạo ra nhiệt độ siêu thấp, tới hàng miliKelvin cho các kỹ thuật nhiệt độ
thấp, và chỉ gần đây, ngƣời ta mới nghĩ ra việc ứng dụng hiệu ứng này cho kỹ
thuật làm lạnh dân dụng ở vùng nhiệt độ phòng.

Hình 1.1. Hiệu ứng từ nhiệt
Vậy theo nguyên lý này, chẳng lẽ bất cứ vật liệu từ nào cũng đem làm

máy lạnh đƣợc à? Thực tế không đơn giản nhƣ vậy. Then chốt của kỹ thuật
làm lạnh là tạo sự biến đổi nhiệt độ lớn ở các vùng nhiệt độ nhƣ ý muốn, mà ở
đây cụ thể là vùng nhiệt độ phòng. Trong kỹ thuật từ nhiệt, để có khả năng
biến đổi nhiệt độ lớn, yếu tố quan trọng là sự biến thiên entropy từ mà tôi nói

7


Luận văn Thạc Sĩ

Lê Minh Đức

bên trên, nó phụ thuộc vào các tính chất nội tại và bên ngoài vật liệu theo
công thức:
Sm  

H max

0

(

dM
) dH
dT

(1.1)

Còn độ biến thiên nhiệt độ có thể viết gần đúng nhƣ tỉ lệ tuyến tính với
biến thiên entropy từ:

Tad   

H max

0

T
dM
(
) dH
C (T , H ) dT

(1.2)

Ở đây, M là từ độ của mẫu sắt từ, T là nhiệt độ, H là từ trƣờng ngoài,
Hmax là từ trƣờng cực đại, C(T,H) là nhiệt dung của mẫu vật liệu. Nhƣ vậy, để
có thay đổi nhiệt độ lớn, ta cần một vật liệu có biến thiên entropy từ lớn, có
nhiệt dung càng nhỏ càng tốt. Tất nhiên thực tế thì không dễ nhƣ vậy.
Từ hệ thức đầu tiên, ta thấy rằng biến thiên entropy từ sẽ lớn nhất tại
điểm cực đại của tỉ số

dM
, tức là xảy ra xung quanh điểm Curie (chuyển pha
dT

sắt từ – thuận từ). Đây là lý do tại sao trong ứng dụng nhiệt độ thấp, ngƣời ta
lại dùng các muối thuận từ, vì các vật liệu này ở thực chất có chuyển pha sắt
từ – thuận từ ở nhiệt độ vô cùng thấp. Và vật liệu để cho ứng dụng dân dụng
sẽ là có nhiệt độ chuyển pha Curie xunh quanh nhiệt độ phòng (thƣờng quy
ƣớc là 300 K ~ 27 oC). Và để cho entropy từ lớn, thì tỉ số

dM
phải lớn, có
dT

nghĩa là có chuyển pha sắc nét. Ở gần nhiệt độ Curie, từ độ sẽ giảm rất nhanh
từ giá trị lớn (sắt từ) đến rất thấp (thuận từ). Đƣờng cong M(T) càng dốc đứng
thì biến thiên này càng lớn. Và điều kiện cần thứ hai cho biến thiên entropy từ
lớn là từ độ lớn.
1.4. Hiệu ứng từ nhiệt dị thƣờng:
Trong cấu trúc từ của chất rắn có sự thay đổi khác thƣờng của

dM
và
dT

C(T,H). Đỉnh nhọn (caret-like) của đƣờng - ΔSm(T) đƣợc thay thế bằng đỉnh

8


Luận văn Thạc Sĩ

Lê Minh Đức

nghiêng (skewedcaret), sau đó tiến dần đến đỉnh bằng (table-like).Ở phía trên
đỉnh nhọn,vật liệu tồn tại trạng thái sắt từ.
Hầu hết vật liệu từ đƣợc làm lạnh bao gồm 2 trạng thái, đó là chuyển
pha từ thuận từ sang sắt từ với MCE thƣờng hoặc chuyển pha từ thuận từ
sang phản sắt từ với MCE đỉnh nghiêng (skewed caret), nếu từ trƣờng đủ cao

để phá huỷ trạng thái phản sắt từ để chuyển đổi sang cấu trúc sắt từ.
1.5. Phƣơng pháp đánh giá hiệu ứng từ nhiệt của vật liệu
Hiệu ứng từ nhiệt có thể đánh giá trực tiếp bằng việc đo biến thiên nhiệt
độ đoạn nhiệt ∆Tad hoặc đƣợc đánh giá gián tiếp thông qua việc xác định giá
trị biến thiên entropy từ ∆Sm chúng đƣợc thể hiện ở phƣơng trình (1.10) và
(1.11).
∆Sm(T) = S(T,H2) - S(T,H1) =

H2

∆Tad (T,H) =  H

1



H2

H1

(

M (T , H )
)[H ] dH
T

(1.10)

T
M (T , H )

(
)[H ] dH
C (T , H )
T

(1.11)

Ngoài ra, nhằm đánh giá khả năng ứng dụng của vật liệu từ nhiệt trong
công nghệ làm lạnh bằng từ trƣờng thì có thể sử dụng đại lƣợng khả năng làm
lạnh (refrigerant capacity) hoặc khả năng làm lạnh tƣơng đối (relative cooling
power ). Trong phạm vi của luận văn chúng tôi chọn sử dụng đại lƣợng khả
năng làm lạnh tƣơng đối để đánh giá khả năng ứng dụng của vật liệu và kí
hiệu đại lƣợng đó là RC, giá trị của RC đƣợc xác định qua biểu thức:
RC = |ΔSm|max.  TFWHM

(1.12)

Trong đó |ΔSm|max: Biến thiên entropy từ cực đại,  TFWHM : Độ bán rộng

 TFWHM = T2 – T1

(1.13)

9


Luận văn Thạc Sĩ

Lê Minh Đức

Hình 1.2: Sự phụ thuộc của biến thiên entropy từ vào nhiệt độ
Vật liệu cho giá trị RC cao thì có tiềm năng ứng dụng tốt trong công
nghệ làm lạnh bằng từ trƣờng. Độ lớn của MCE và khả năng làm lạnh có thể
đánh giá qua các phƣơng pháp trực tiếp hoặc gián tiếp.
1.5.1. Phƣơng pháp đánh giá trực tiếp
Đây là phƣơng pháp đo trực tiếp giá trị chênh lệch nhiệt độ của mẫu
trong quá trình đoạn nhiệt khi mẫu đƣợc từ hóa hoặc khử từ. Lúc này, mẫu
cần đo đƣợc đặt vào buồng cách nhiệt có thể điều khiển nhiệt độ và tiếp xúc
với cảm biến nhiệt độ. Đặt từ trƣờng ngoài vào để từ hóa và khử từ mẫu đo,
cảm biến nhiệt độ sẽ ghi lại trực tiếp sự biến đổi sự biến đổi nhiệt độ của vật
liệu. Phép đo có thể thực hiện khi mẫu cố định và từ trƣờng biến đổi hoặc
mẫu di chuyển đi vào hoặc đi ra khỏi khỏi vùng có từ trƣờng cố định. Sai của

10


Luận văn Thạc Sĩ

Lê Minh Đức

phép đo phụ thuộc rất nhiều vào sai số trong việc tạo ra điều kiện đoạn nhiệt
cho mẫu trong suốt quá trình đo.
Nhiều thiết bị đo trực tiếp sự biến thiên nhiệt độ đoạn nhiệt đã đƣợc
giới thiệu, và sự khác biệt cơ bản giữa chúng chính là cách tạo ra từ trƣờng.
Thiết bị có thể sử dụng nam châm điện, cuộn dây siêu dẫn và gần dây nhất là
dùng nam châm vĩnh cửu. Năm 2015 J.A.L Cadena và các cộng sự đã thiết kế
một thiết bị đo giá trị biến thiên nhiệt độ đoạn nhiệt của vật liệu từ, kết quả
thu đƣợc có sai số thấp. Đồng thời, nhóm cũng tiến hành những khảo sát chi
tiết và có hệ thống về sự ảnh hƣởng của hình dạng và kích thƣớc mẫu đo
trong phép đo trực tiếp.

Ƣu điểm của phƣơng pháp này là đo trực tiếp MCE của tất cả các loại
vật liệu, đơn giản hơn về cách phân tích số liệu và có sai số nhỏ hơn phép đo
gián tiếp. Tuy nhiên, phƣơng pháp này khó thực hiện do phải tạo cho mẫu
không trao đổi nhiệt trong suốt quá trình đo. Phƣơng pháp này chỉ thích hợp
khi tổng nhiệt lƣợng của mẫu lớn hơn đáng kể nhiệt lƣợng của bình chứa nhận
đƣợc từ mẫu.
1.5.2. Phƣơng pháp đánh giá gián tiếp
Các phép đo gián tiếp thƣờng đƣợc sử dụng phổ biến hơn do sự linh
hoạt của các thiết bị thực nghiệm liên quan và có sẵn trong các cơ sở nghiên
cứu vật liệu. Phƣơng pháp đánh giá gián tiếp là cách thức tìm ra ∆Tad dựa vào
giá trị biến thiên entropy từ ∆Sm và một số đại lƣợng liên quan theo phƣơng
trình (1.3). Cách tiếp cận này thƣờng thông qua các phép đo từ độ bằng các hệ
đo từ nhƣ hệ từ kế mẫu dung (VSM) hoặc thiết bị giao thoa kế lƣợng tử siêu
dẫn (SQUID).
Ngoài ra ∆Sm còn có thể xác định từ phƣơng trình:
T

Sm   (
0

T
CH (T , H 2 )
C (T , H1 )
) dT   ( H
) dT
0
T
T

11

(1.14)


Luận văn Thạc Sĩ

Lê Minh Đức

Tuy nhiên, với các vật liệu có sự trễ nhiệt đáng kể phép đánh giá này
mắc phải sai số lớn. Giá trị của ∆Sm tại nhiệt độ xác định có thể tìm ra từ phép
đo nhiệt lƣợng và phép đo từ hóa đoạn nhiệt.
1.6. Cấu trúc tinh thể của hệ mẫu La(Fe 1-xSix)13
Hệ mẫu liên kim loại-đất hiếm R(Fe,M)13 (R = La, Nd; M = Si, Co,
Al) đã đƣợc nghiên cứu nhiều. Thực tế là do các hợp chất này có hàm lƣợng
kim loại chuyển tiếp cao nhất trong các hợp chất đất hiếm – kim loại chuyển
tiếp. Một trong những chủ đề hấp dẫn nhất của các hợp chất từ tính là liên kết
kim loại của hợp chất La(Fe1-xSix)13 có cấu trúc lập phƣơng đặc trƣng của
NaZn13 - kiểu cấu trúc thuộc nhóm không gian Fm3c. Trong cấu trúc này, các
ion Na nằm ở vị trí 8a còn có các ion Zn nằm ở các vị trí 8b và 96i, do vậy
mỗi ô nguyên tố chứa 8 đơn vị công thức NaZn13 [22].
Kiểu cấu trúc lập phƣơng NaZn13 chỉ thấy duy nhất trong trƣờng hợp
chất nhị nguyên đất hiếm – kim loại chuyển tiếp, đó là hợp chất LaCo13 [29]
(Hình 1.6). Mỗi nguyên tử CoI đƣợc bao quanh bởi 12 nguyên tử CoII do
đó có đối xứng không gian giống nhƣ lập phƣơng tâm mặt (fcc). Và mỗi
nguyên tử La có 24 nguyên tử CoII gần nhất.
Trên thực tế không tồn tại hợp chất LaFe13 với cấu trúc lập phƣơng loại
NaZn13. Tuy nhiên, pha 1:13 giữa La với Fe có thể đƣợc tạo thành khi thay
thế một phần Fe bởi các kim loại khác nhƣ Si, Co, Al, …. Nhƣ vậy, một
lƣợng nhỏ nguyên tố thứ ba sẽ tạo ra một hợp chất giả nhị nguyên với cấu
trúc 1:13. Trong trƣờng hợp La(Fe1-xSix)13, pha 1:13 ổn định với 0,12 ≤ x ≤

0,19. Khi nồng độ Si tăng (0,24 ≤ x ≤ 0,38), hợp chất La(Fe1-xSix)13 biểu hiện
cấu trúc tứ diện đều giống với cấu trúc lập phƣơng loại NaZn13 [18]. Hay nói
cách khác, chúng ta có thể ổn định hệ nhị nguyên đất hiếm – kim loại
chuyển tiếp với cấu trúc lập phƣơng loại NaZn13 khi thay thế nguyên tử

12


Luận văn Thạc Sĩ

Lê Minh Đức

FeII bởi kim loại thứ ba. Cấu trúc kiểu NaZn13 cũng đƣợc hình thành khi
thay thế một phần kim loại La bởi nguyên tố đất hiếm khác nhƣ trong hệ
La0,7Ry(Fe0,88 Si0,12)13 với R = Nd, Pr và Gd khi y = 0,2 [19,35].

Hình 1.3: Cấu trúc lập phương NaZn13:(a) cấu trúc tinh thể và (b) cấu trúc
của một ô đơn vị.

ZnII
ZnI

Na

Hình 1.4: Cấu trúc tứ diện đều.

13


Luận văn Thạc Sĩ

Lê Minh Đức

Loại cấu trúc tứ diện đều có ô nguyên tố dịch chuyển dọc theo trục z từ
cấu trúc lập phƣơng NaZn13 nhƣ minh họa trong hình 1.5. Các ô lập
phƣơng đƣợc kéo ra theo trục z để tạo thành các ô tứ diện qua mối quan hệ:
x’ = x + y –1/2

y’ = y – x

z’ = z

Trong đó: x’, y’, z’ là tọa độ phân tử của cấu trúc tứ diện; x, y, z là tọa
độ phân tử của cấu trúc lập phƣơng.
Trong đó: x’, y’, z’ là tọa độ phân tử của cấu trúc tứ diện; x, y, z là tọa
độ phân tử của cấu trúc lập phƣơng.
1.7. Tính chất từ của hệ hợp chất La(Fe 1-xSix)13
Tính chất từ của hợp chất La(Fe1-xSix)13 phụ thuộc mạnh vào hai yếu
tố đó là nguyên tố M và nồng độ của nguyên tố M trong các hợp chất. Với
M = Al, trạng thái từ trong hợp chất La(Fe1-xSix)13 là vật liệu sắt từ với 0,14
≤ x ≤ 0,38; và là vật liệu phản sắt từ với 0,08 ≤ x ≤ 0,13 [27]. Trạng thái từ
trong hợp chất.
La(Fe1-xAlx)13 đƣợc ổn định khi 0,08 ≤ x ≤ 0,54 và giá trị lớn nhất của
TC trong các loại hợp chất có thể lên tới 250 K và sau đó giảm dần [30].
Khi nồng độ Fe tăng thì nhiệt độ chuyển pha Curie TC giảm và mômen từ
bão hòa Ms tăng. Trong hợp chất sắt từ La(Fe1-xSix)13 biểu hiện một tính
chất từ giả bền điện tử linh động. Tính chất này ảnh hƣởng mạnh đến hiệu
ứng từ nhiệt, hiệu ứng từ thể tích, từ giảo khổng lồ và một số tính chất khác
của vật liệu.
Các thông số từ của hệ hợp chất La(Fe1-xSix)13 đƣợc thống kê trong

Bảng 1.2 [22]. So với hợp chất ban đầu LaCo13, việc thay thế Co bởi Fe và
Si đã làm giảm nhiệt độ chuyển pha TC một cách đáng kể và đồng thời làm
tăng mômen từ.

14


Luận văn Thạc Sĩ

Lê Minh Đức

Bảng 1.1. Một số thông số về nhiệt độ chuyển pha Curie và hiệu ứng từ nhiệt
trong các hợp chất La(Fe1-xSix)13 và La(Fe1-xCox)11,7Al1,3 [23] SM (Jkg-1K-1)
Các hợp chất

TC (K)

H (T )

SM (Jkg-1K-1)

LaFe11,12Co0,71Al1,17

279

2

4,6

LaFe11,12Co0,71Al1,17

279

5

9,1

LaFe10,88Co0,95Al1,17

303

2

4,5

LaFe10,88Co0,95Al1,17

303

5

9,0

La(Fe0,96Co0,04 )Al1,3

203,00

5

10,65

La(Fe0,96Co0,04 )Al1,3

243,62

5

9,38

La(Fe0,94Co0,06 )11,7Al1,3

277,78

5

9,00

La(Fe0,92Co0,08 )11,7Al1,3

308,80

5

8,33

La(Fe0,98Co0,02 )11,7Al1,3

197,00

2

5,93

La(Fe0,96Co0,04 )11,7Al1,3

237,96

2

4,80

La(Fe0,94Co0,06 )11,7Al1,3

277,78

2

4,50

La(Fe0,92Co0,08 )11,7Al1,3

307,41

2

4,18

Trong các hợp chất La(Fe1-xCox)11,7Al1,3 nhiệt độ TC tăng dần và đạt
giá trị lớn nhất cỡ nhiệt độ phòng khi nồng độ Co tăng từ x = 0,02 đến 0,08.
Đồng thời độ biến thiên entropy từ giảm nhẹ khi tăng nồng độ Co.

Nồng độ của Fe tăng khi nhiệt độ Curie giảm và ngƣợc lại mômen từ
bão hoà tăng trong các trƣờng hợp đó. Do sự thay đổi đơn thuần Co trong
LaCo1,3 tƣơng đƣơng bằng thành phần của Fe bởi sự thay thế của Si đã làm
giảm nhiệt độ chuyển pha Curie TC một cách đáng kể dẫn đến mômen từ

15


Luận văn Thạc Sĩ

Lê Minh Đức

tăng. Khi mômen từ của một nguyên tử Fe tăng - nồng độ Fe tăng - nhiệt độ
chuyển pha Curie TC giảm và có liên quan tới sự dãn nở nhiệt dị thƣờng ở
dƣới nhiệt độ chuyển pha Curie TC đã đƣợc tìm thấy trong hợp kim Invar
[8,9]. Nhƣ vậy, nhiệt độ chuyển pha Curie TC phụ thuộc mạnh vào nồng độ
Si.
Tính chất tới hạn biểu hiện rất mạnh trong sự phụ thuộc vào nhiệt độ
của độ cảm từ, từ độ và điện trở suất. Độ cảm từ đƣợc xác định thông qua
biểu thức:
χ = const . ( T – TC )-γ khi T > TC

(1.14)

Hệ số γ suất hiện trong trạng thái sắt từ tƣơng đƣơng với số mũ tìm
thấy trong chất sắt từ Heisenberg 3 chiều đẳng hƣớng. Trong hợp chất, xuất
hiện trƣờng trao đổi đƣợc tạo ra bởi môi trƣờng định xứ của các nguyên tử
3d. Chuyển pha thuận từ - sắt từ dƣới tác dụng của tham số ngoài nhƣ từ
trƣờng, áp suất, nhiệt độ là đặc trƣng của chuyển pha từ giả bền. Biểu hiện
ở sự xuất hiện một dị thƣờng trong từ độ cũng nhƣ sự thay đổi thể tích, điện

trở suất …. Các hợp chất sắt từ này còn thể hiện một số tính chất từ đặc biệt
nhƣ: tính chất từ giả bền điện tử linh động, hiệu ứng từ nhiệt tƣơng đối lớn.
Đặc biệt khi có chuyển pha từ giả bền dƣới tác dụng của từ trƣờng sẽ gây ra
sự biến thiên entropy từ lớn dẫn đến một hiệu ứng từ nhiệt lớn [4].
1.8. Tình hình nghiên cứu của các nhóm trong và ngoài nƣớc
Việc nghiên cứu ra các hợp chất hiệu ứng từ nhiệt lớn, giá thành rẻ đã
tạo tiền đề cho các nghành công nghiệp phát triển. Ở Việt Nam một số cơ sở
đã nghiên cứu các vật liệu này nhƣ là: Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên,
Đại học Công nghệ và Viện Khoa học Vật liệu. Nhiều hệ vật liệu đã đƣợc các
nhóm này nghiên cứu về hiệu ứng từ nhiệt.
Hệ vật liệu R(Fe,Si)13 với R là đất hiếm và Ni-Mn-Ga đã đƣợc nghiên
cứu tƣơng đối đầy đủ với công trình “Nghiên cứu các vật liệu liên kim loại có

16


Luận văn Thạc Sĩ

Lê Minh Đức

hiệu ứng từ nhiệt khổng lồ dùng trong các thiết bị làm lạnh thế hệ mới”[30].
Công trình cho thấy:
- Sự chuyển pha cấu trúc có liên hệ mật thiết với hiệu ứng từ nhiệt
khổng lồ, với việc thay đổi hằng số mạng tinh thể ở nhiệt độ chuyển pha Sắt
từ - Thuận từ và với các chuyển pha cảm trƣờng khác trong các vật liệu thuộc
họ hợp chất R5(SixGe1-x)4. Hiệu ứng từ nhiệt khổng lồ gắn với các chuyển pha
từ giả bền của các điện từ linh động.
- Họ các vật liệu R5(SixGe1-x)4 với R là hầu hết các nguyên tố đất hiếm
Đƣợc chế tạo và nghiên cứu ở Việt Nam. Các họ vật liệu này là đối tƣợng
nghiên cứu của nhiều nƣớc khác nhau. Các số liêu thu đƣợc về cấu trúc mạng

tinh thể, về cấu trúc từ, tính chất từ và tính chất nhiệt đều là những phát hiện
mới đã đóng góp quan trọng vào hiểu biết chung về các hợp chất liên kim loại
chứa đất hiếm và tính chất chung của chúng. Các vật liệu này có cấu trúc từ
phức tạp và cho thấy hàng loạt chuyển pha từ lý thú. Có những chất mà hiệu
ứng từ nhiệt với độ lớn đáng kể ở những nhiệt độ khác nhau nên có thể đƣợc
sử dụng trong các thiết bị làm lạnh từ thế hệ mới ở trong một khoảng nhiệt độ
rộng và có thể đáp ứng nhiều yêu cầu đa dạng của kỹ thuật này
- Việc xác định ảnh hƣởng đáng kể của quá trình làm lạnh lặp lại nhiều
lần lên các tính chất chuyển (điện trở) có nguồn gốc từ hiện tƣợng chuyển pha
cấu trúc của vật liệu R5(SixGe1-x)4 đã chỉ ra tính cấp thiết phải có các nghiên
cứu để tìm ra giải pháp công nghệ trong việc thiết kế các môi chất làm lạnh từ
nhằm bảo toàn tính quyên vẹn của chất liệu trong chu trình làm việc của thiết
bị làm lạnh từ.
- Một đóng góp có ý nghĩa về phƣơng pháp thực hiện là ở chỗ công trình
đã khẳng định rằng các điều kiện và phƣơng pháp thực nghiệm hiện có trong
nƣớc ( Từ kế mẫu rung – VSM và Từ kế từ trƣờng xung – PFM,….) hoàn
toàn cho phép có thể nghiên cứu định lƣợng với một độ chính xác đáng kể

17


Luận văn Thạc Sĩ

Lê Minh Đức

hiệu ứng từ nhiệt trong nhiều vật liệu khác nhau cũng nhƣ khả năng ứng dụng
của chúng. Đặc biệt đã chỉ ra rằng hệ từ trƣờng xung điện này của Viện Đào
Tạo quốc tế và khoa học vật liệu (ITIMS) với từ trƣờng cực đại tới 30T và độ
dài xung 30ms hoàn toàn thích hợp cho việc nghiên cứu hiệu ứng này ở từ
trƣờng cao.

Vật liệu LaFeSi đã mang lại những ứng dụng rất lớn trong các thiết bị
làm lạnh có hiệu suất cao, tiết kiệm năng lƣợng. nhóm nghiên cứu của J. Feng
đã chế tạo và nghiên cứu cấu trúc, tính chất từ và từ nhiệt của hệ vật liệu có
cấu trúc nano LaFeSi [20]. Vật liệu này hứa hẹn có thể điều chỉnh nhiệt độ
Curie xung quanh nhiệt độ phòng. Nhóm đã điều chỉnh nhiệt độ Curie quanh
nhiệt độ phòng bằng cách kiểm soát sự hấp thụ hydro và đƣợc kết quả nhiệt
độ TC nằm trong khoảng từ 200 K – 340 K [20].
Cùng với sự nghiên cứu về hợp chất MCE thì Yuanyuan Wu đã
nghiên cứu tác dụng của nguyên tố Y đối với hiệu ứng từ trong hợp chất
La1-xYxFe11,5Si1,5. Khi x > 0,07 do độ hòa tan lƣợng nhỏ của Y trong NaZn13
thì thấy có sự cản trở sự hình thành pha 1:13, dẫn đến giảm sự thay đổi
entropy. Nhƣng với x < 0,1 các hợp chất thể hiện sự thay đổi entropy cao và
mật độ trễ thấp so với LaFe11,5Si1,5. Do đó có thể thấy nếu x < 0,1 sẽ rất hữu để
tạo ra hợp chất có hiệu ứng từ tính lớn với độ trễ pha nhỏ. Các kết quả cũng
chỉ ra rằng khi thay thế Y vào hợp chất thì nhiệt độ TC đo đƣợc không bị biến
đổi mạnh [37].
Luận văn này này đề cập tới cấu trúc, tính chất từ và hiệu ứng từ
nhiệt của hợp chất La0,8R0,2(Fe0,88Si0,12)13 với R = Y , Tb và Yb. Nhằm mục
đích điều khiển nhiệt độ chuyển pha TC, tìm kiếm giá trị ΔSm lớn trong từ
trƣờng nhỏ, chế tạo dễ dàng, tính thực tiễn cao ứng dụng trong một số các máy
làm lạnh.

18