Hệ đo Gradient từ trường trái đất bằng phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân và đo biến thiên từ trường trái đất dùng biến từ màng mỏng từ : Luận án PTS. Vật lý: 1 02 05

9

Mề

èU

Vic o gradient t trng t r ỏ i t l rt cn t h i t
trong cỏc lu tr a c ba, chitog lớn nh thm dũ a vt
l ý , nghiờn cu v truyn súng, ỏnh g iỏ curụùig dỗ va s phõn
b hf dũng iờa 0* tag oxi, nghiờn cu ig lc hpc nỳi l a ,
t iờ n oỏn dpng t V. V. . . cỏc phộp o lo i ny cũn, cn cho
ngnh kho c hpc, hi dng hpc Ta nheu ngnh knh t khỏc

Dira tr ờ n nguyờn l ý cng hng t hgt nhõn ('c phỏt
minh bi G,M. P u r ce ll v P e liz Bloch 1946) , trong nhng ntn
g n õ y , cỏc t k l ^ a g t ó c h t o . cỏc mỏ ny oho
phộp o g iỏ
t r tuypt i cirong t truxrng vi ỏp chớn
xỏc oao tacm, do v ic thay
th pkep o t trng bng phộ
tn s tu s a i cua raụmen tCr ht nhõn, v i vy t j ỡc l o i ny
cú chinh xỏc cao hn. cỏc t k c oh to ya trờn
nguyờn tc. lchỏc.

V d nh cộc t > c 05 i w n s t h t nhõn do iỏ n
on cua P ackard v V arian dựng o g ia t r tut i oc
t ti o g t r ỏ i t ; cỏc t k o l i ờ n tu e nh cỏc mỏy
p h ỏ t" ca 3 e n o it . . .
r

Hgi lõ o t n 30 tu 3 a i igt nhn bng cỏch tr xi

V' ta hipu C 110 mỏy pilõt -Vnu&n v ikc phỏc A17 C 3 n i .3?
vl cỏc vch chun th i g ia ự t r ờ n b t h i. hi ú vic
gro t n 30 lm vic 3r lý d dng irm 73 g i n o t ,/ờu cu
v chớnh lỏ c ca oỏc TcbL olmri. Dỗ ih ớ- ii xỏc ta u JLTQ-C
tro n g thc t c 0,25 'amma / ? 7 , tu y vy -3U> iý hi phi
r t cụng phu. Do l a t ki ớiopt xiớT ile u +:o phỏch.

Ngoai r*a ngiKyi ve 'ỡó 2 h ' ỏc l'J a i
? v j io - El
nguyờn t c a 30 o VJ ,: ::i 3a i -I 3 au a t ctOỹii:' " bũi 5 1 an
qui ntỡ (t ice - tan 'c/ hoc :heo "Iguyờn ,;.|c Jgrrj 3^ -Ji^ Vv
GUa th e vhuaỹ 381-! n'- ^i'-OVi ớ. 'ừ at go lLTc^ti: TTC nh
cỏc chu ớ y tu e =?aỡ l y 'S. (tr -;* - :2 hu
1P'J tri -$
lo g 1 th u n
ora vỡ c lt qỷa io ợựa ợ'ijng t ỡ . Z : ớ ' z


ỷ
(nghĩa l à w i HQ) và có th ẳ th u duç'c trự c tiế p
theo ¿ b í v ị cường độ từ trường, các 'dụng cp đo l o ạ ỉ 2 cho
th ấy phép đếr. t ỉ l ệ thuận với 1 / ^
0 (hay vơ i 1/HQ) đòỉ
hỏỉ phải đè ỉ k ế t qúa theo dtra v ị của cường đô từ
truờng.
Tuy rằng aơ đồ đỉpn tư của dựng cụ. đo k h i đó đcTi g ian 'aơn
Ociiông đòỉ hỏi nhân tầ n sế t u l s a i ) , về nguyên t ắ c , s a i sế
tồng cộng đ ư y c x ã o định th.90 t i aổ' t í n hiệu tr ê n tạ p . Đọ
nhậy cỡ1 tr ê n dưới 1 gsnma (
). ơu điềm của l o ạ i djing

cụ đo dùng máy đlm dtlpn tư l à không có những yểu t ế gây sự
d ich chuyền điếm không.
Nẵm 1960 F ailli đã đsra ra một dụng cụ đo từ chống
n h ỉeu , đo k i i u g i án dopa c ổ đô chính xác cao 10**^. Phép đo
dwj’c t i In hành theo đỉầu khiến bằng ta y tần sế và pha của
may phát t í n hỉệu tư a.
Nhược điểm cúa dyng cụ đo là cấu trú c phức tạp do cơ
cấu ngắt mạch chậm truòtag pliân cực
và quay vecto’từ ãóa
nhò’ xung 9 0 ° , cơ cẩu đi lu chế vòng Bjt g iả i biên.
Ngoài r a nguời t a đã chế tạ o lo p l từ k ế
tá c dụng
l i ễ n t ụ c , như từ kể dùng máy phát cpng ỉaưỏTig hpt nhân có
c h ấ t lỏng chay, ỗ đây t£ n h iệ u t u l s a i hẹt nhân được so
3anh với
t í a hiệu từ m y phát tự a (dung th ạ c h
anh.)0* bọ
tr ò n tầ n
hay bô tá c h sóng pha. Vipc đo tầ n 30
cộng uVG'nz
( t í lệ th u ận VỚI H ỳ (îirç’c t ỉ l n hanh, theo sự quey pha th ẹ o
tỈ3ỜỈ ¿ i an ~&(Ị0 *
l à tho’i g ia n dtfç’G lá c đ ịn h th eo Vạch
raếc th ơ i g ia n . Trong tnromg họ*p t í n hiệu l i ê n tụ c , công
tbưc cua độ nhạy có dang :

khuếch đ ạ i. Tuy vậy k h i đó phổ Gủ a các trường đo lược 3 e
b ị g iớ i hạn, Qhư th ể kböng p h ả i lú c n ào 3un;.: cho phép lư y c.
s ế u t ă n g " ĩđ o
Hơn nữa vipc tăn g

£ 5 ® *9° *'3i c ®c
s ié n g chu k ì ngán.
TJ{Ỉ0 là n tăn g t í n h g iá a cìoạn oủa ptarơĩig


- 3oháp» lam mẩt ITU th ế của nó tKTỚc phép đo tu ế a a i
cần t h i ế t của ríệữ g ia công c h i t i ể t g ỉả n đồ dao
đo ch ín h xác gây n h iều b ấ t t ỉ p n va tố n th ờ i g ia n -

tự do. Sự
động k h i

r

các th iể u só t trê.n. đã lch¿ đưọc một phần. tro n g công
t r i n h của BopoBwK n M . Trong công t r ì n h aày duag mạch lp c
cộng bương h ạ t nhân và máy p h á t đuyc ồn định ngogti bằng
th ọ c h anh. Mạch lp c cộng hưởng hp t nhân có th ế dung môt t h i ẩ
b ị nào có các đặc trư ng cpng hưỞBg hpt nhân với '¿)0 = ^ H 0/ 2T
t h í dụ máy phát cộng hương hpt nhân cua Ck pu r\o 6vc'i raạch
phân hồi b i c ẩ t hoặc t h i ể t b ị tương tự có phân cực động h ạ t
nhân, ỏ l o i ra cũe apch l ọ c , pha V9 b iên đ§ cua điệa áp th a y
đỗi tưoTiể ứng vứl từ tn rò n g t r á i đ ấ t, sau đó, qua tá c h sóng
pha, t í n h iệ u t i l f A|H du’ç’C đira vào t h i ể t b ị g h i
hay dao
động ky.
Đặc điếm cua t h i ể t b ị đo nàỵ l à có dç nhf!7 Qa° với từ
truờng b iể n th iê n khổng n h iề u . Khi g h i, các n h iều lo ạ n từ
trrro*n£ lera h ơ n + (2 - 3) gamma đã có sư b iế n đạcg của t£n

blpu g h i, sau đó có ca sự t r i ệ t t i ê u t í n h iệu hoàn to à n do
tín h p h i tu y ế n của đuròig đ£c trư n g (Ị) (¿±CJỦ ) (piia của
t í n h iệu ra theo tầ n số tu ể 3 a i hay từ trư ờ n g ).
» 8 I*G tg (T ,.

A

LO )

7(ýi ĩ 2
tkó’i s i s a hồỉ -ọhục s p in - sp in . Việc 3¿ méo T>hi
tuyển. đã thực h i |n được nhờ đ iề u c h in h độ địoh. pha xuẩt ở
l ố i ra Tiạch lọ c bầng Tiạch i ỉ n chứa vòạg H elm áoltz. Ngoài
r a , độ ũhịj g iớ i hạn của pỉurơng pháp pha cũng như phương
phap tầ n 3ố kế t r ê n ch ỉ được nâng cao tro n g tra ô ’rLg Itç*? tù*
tr r ò n g đo Hq l à không đỗi hay th a y đổi ìhậra. Khi tầ n g vận.
tố c đo tư trườ ng, độ nhậ.7 siảra / “Khảo s á t lịp..i
vận
tổ c cho phép đe đo A.H đuyc xáo lịn h bơi hệ - .1 Ứ-.5
d (¿\E)

ỵ

~ ~ ĩtx ~ t ĩ ~ ~ J

2


Tư kấ có mạch lp c hạt nhân g h i không b iến dịiJ3g các
n h iều lo ạn từ trường kh i thực hipn do từ 2 a đển Ih* các

n h iễ u loflQ nhflP-h bo’ll b i b iể n dfrng v l b iê n dô* Đọ nhậy g iớ i
hạn của phép đo n h ieu lo ạn từ t r ê n băng tự g h i vào CO’ 0 ,1
(sanana) • -Mộ.t nhưọ’c điếm nữa của từ kể th e o phương pháp
pha cũng như phương pháp dựa t r ê n phểp đo tầ a 30 l a cẨụ
tr ú c Phức tạ p , cồtig kầtth : tg o hệ xung phức t ạ p , h ệ tp o m!u
ch ẩt l ỏ n g chảy • • •
Trong công t r ì n h từ kể có tự đ iề u c h in h , dung mạch
bám s á t va máy phát phân cưc n ộ i. Phép đểm đưyc t i ế n hành
th eo góc quay của độag CO' của hệ "bám s e t . các máy phát sp in
có t h i ẩu só t quan trọ n g l à tồ n t ạ i ’’hiện tưọTig l ô i cuốn".
£opo3uH IT.M. đã dung cuôa H elm holtz đ iề u hướng trư ờ ng th eo
t à a số của máy phát ohuẫn, nhũ’ đó hệ bám s á t O’ đây đ ạ t t í n h
chếng n h iễu t ố i ưu, khử đuyc " h lf n t Ifyng l ô i caon tần. so"
và giam được sự cần t h i ế t của máy đểrn đ iệ n tử và các bô g h i
phirc tọ p .
Trong k h i đo, từ kẩ của S a lv i đ ạ t Bgươag nhạy cao 0,0 ;
gamma nhưng l ạ i đòi hoi đô ỉ)ất òa định điện, áp nguồn. nuôi
cực thấp ■ 10 ~^.
Những 7 đồ đầu t i ê n về đo g r a d ie n t đ ịa từ truc'Sg theo
chuyền động tu ế gai cùa hạt nhân tự do TUẩt liiện lẩm 1958
tro n g các công t r ì n h cua MeyibHuKcổ A-0 yM op® i c ổ A .A /ra
W aters G. , F r a n c is p . n 7 . Trong các công t r ì n n này, có
th ề đo th e o tầ n 30 phách của ìiaỉ t í n b iê u từ h a i đầu io i a t
t a i sac điềm tro n g khô ¡02 g ia n co đọ Ir/G ou-c*n.r -ỉo t'j! t-nường
khác nhau. Khi h a i tín hipu có cùag b iê n đô và pha» ‘biên độ
t i n iaiậu k ê t qua la
D0 = 0o axỹ (------ ) o c a - r r A Í

t

wi A v
= ~~~ A h *
l à n iệ u từ tTvv'zg. Độ c h í an. rá c
»
,
2JT
_
\
■
cua phep đo chưng 0 , 0 Ị Hz, ngtìds l a CiHTĩỊS 0 , 2 3 ¿anuna oni l ạ
duNj’c khi khảo 3at t ỉ TQỈ Ii5 n t ỉ l p 2 ác dao động đồ. írong Kh:
đo 0’ lo ạ i từ kể Ti 3ai mắc aẩỉ t ỉ l p hai dầu đo dung -nột kênJ
co âq chỉnh xác của phép lo còn nhỏ bon 0 ,4 gamma và ì: hông


- 5 .th u ậ n l ỹ i
đấm thuận
só t ữ c á c
n h iề u t ố i

đề đo t í n h iệ u lớ n Jxro lO gamma. rò 3cể dùoổ máy
nghịch gây s e ỉ số còn lớ n hơn ( 1 ,4 ganuna). T hiểu
từ kể k ỉ l u máy đểm l à không 'bảo dam tx n h chống
ưu.

Đe nghiên cứu va phát h ig n các b iể n th iê n nhanh cua
từ trườ ng yểu, R. Iro n s ỉ J . Schwee /" 3 1 J và J . 3 a d e r,
L . P u a s e ll
2
đã quan t â a đến các b iể n tử mang mỏng t ư .

Những t í n h c h ẩ t đpC b iệ t của nó cho phép dùng vào v ± |c đo
t ừ truờ ũg ma C6C v ậ t lỉp u k h ố i khăng
th ề thực hipu đưọ-c.
rĩ hững đặc tín h đó l a : t i n h dị bướag dừn tr ụ c m^ah, tố c
đệ
đao từ lcm , t i ê u hao dòng xoáy nho, đ iệu trỏ ’ 3 Uẩt cửa màng
1
% .Ỹ
cao« t i ê u hao năng lư^ng do đao tư nhò . . .

Mang mỏng từ tìrrỳng dùng có độ day 200 * 3000 A°, đtĩyc
chể tạ o băng
Ịcìĩa có từ g iảo ‘b ầng
0 như p erm allo v 80ĨTỈ
20 P s , Mang đưcyc chể tạ o bang phưovng
pháp "bốc bay tro n g c
không t r ê n một để thuy t i a h đốt nóug đ ạt tro n g một từ trườnỂ
aoũg song r ó i đế (phương phá? S p i t a x l ) . Mang taỏag th u iuợc
có t í n h d ị hương đcra trự c iĩiạah, tro n g đo trụ c d i từ hóa 30 Dí
song r ó ỉ hướng từ tiư ờog một c h iề u đặt tro n g lú c bẩc bay
tro n g chân không. Theo *rục de này đuryc từ t r i cố dạug vuô.ru
SOC, có lưc khang tư thương nam tro n g khoang H, = 2 - 5 Oe.
Phép đo đặc tn rn g tư tiieo trụ c khó từ hóa l a tryic vuông góc
với tr ụ c de và âằra tro o g mặt phằag aàag 3Q có đl^o ĩBỘt '&ro*r^
t r ễ hẹp, bão hòa tư ve p h ía tr ụ c dương và âm (cõ* H^y. Dương
t r i theo trụ c khó th u điryc l à do aư quay cua vecto* từ hóa
tư ¿rục de đếa trụ c khó từ ¡lóa k h i đ ăt vào tr p c khó một từ
tPÄ B g CỠ
Khi o g lt trường n ày, vecto' từ hóa M l ạ i tx ỡ
về v ị t r í ba l ị a h tr ê ũ trụ c d l.

2 ác lo ạ ỉ tù’ I r | ding biẩEL cảm ohua nàng nông oiiia ra
một 3ố Ị 03 Ỉ 2 h ìn h aau :
- 3 1 ẩn
¡n a n g

-n on g

t •

cả-a dữ9 trê n , aự phụ th u ò c ¿!ia độ từ tAỈra 3 \ia
T*ao t ì ? " rxo T L --;

lO g c a i.

- B iến ,

cảm dya t r ê n

a g u y ẫ n l ý cg o g ütfövsg

- Biển

Cfipn dựa tr ê u h iệu 'íng tháog từ .

ã ít

từ .


- sLoẹd thứ h a i,

(X>

định từ tiuró’ng ngoài từ b iể u thức

^ f B(Hb ±

=

Ý *
Trường
t ầ n và
c h ỉ sự
số cao
tầ n số
0 , 5 Oe

3C6C

+ Hu)_7 1/2

wi

1 , 7 6 . 10 ^ ra d /O e .s .

ngoài H = Hg + Hu đ ặt vuÔEg góc w ỉ trươ ng k íc h cao
cả hai trường nằm tro n g mặt phẳng màng. Dấu + và phụ
thuôc k h ỉ H đ ặt th eo tr ụ c dễhoặc
khó. "Vơitầ
tầ n
1,3 GÏÏZ, các trư ờ ng ngoai cần đo to’i

35 O
300 MHz, các trường đo nằm tro n g g i ả i từ 1 0 " 4 hay từ 10 gamma đến 50 oco gamme r 31 7 .

L oại thứ "ba, ttụsry cho tru ờ n g k íc h cao tầ n dun
đ iên đ i qua niàng đế đo trỏ ’ kháng mang. Meng này l à hợp kim
ĩ ĩ i “Fe-ơo (73-16-11 ) tro n g đó Co lam tăng h iệu ứ.ng kháng từ .
X

■D

p

TJ

L \ ^ ii
J.

O+

■

-- ¿L—

„
w
h * lc

ĨL, hué’Dg t rục dễ
-3

r

r

H hướng tr ụ c khó
u

Tư kể kháng từ của G.F. S a u te r đưa ra có đô phân ¿TỈaì
cao : tó*i 0 , 0 1 ganraa, tnức độ n h if u vào nho và công s u i t t i í
th ụ vjra phai nhưng pilai khắc a3±t cho maílg va dùng ỎTLhiêt (
thểp» v à i v ật l i ệ u cách từ va cac dãy Ni hoan to à n nguyên
c h ấ t có h iệu ứng kháng từ cõ' lO5 và 10 J lầ n 'a iíu Jénsr xả;,
ra tro n g ÀÇ'P kimm -F e . îTgu'c’i t a hy vọng rkng tỉm ra
đuvc
các T ậ t 1 Ỉ£ ’J sử dụag đuvc 0’ n h iệ t độ pho.n/j,

nhít đã 'tù’ç’c oliế t ạ o ỏ1 n h i l u dạng hom.
TÙ k ! t á c h sóng độ i ẩ c Jiîa B a d e r Ta F u a s e l l /" ¿5 ì 2o 7*
Xi o ạ i từ Icể thứ

ỏ ĩ o p i n a y , íỉộ tư thấm ứng v ớ i tin . ilie u th e o t r ụ c khó đirực
d iề u c h l bô*ì từ trư ờ n g H

th e o t r ụ c

il.

B_

tro n g đo 3 La cam JC£ tư ì áy bơi iruo'^s ¡730 tả n 1 1 MHz
đ ặ t theo trv c khó .lara vectữ từ hoa ' quay khoi tr ụ c de và
cam ứng noột ọhần. lê n trụ c khó.


•• 8 —
Trong đ iề u kỉ.ên V iêt Nam, v iê c tự lâ y dưng các
g rad ien t-tô m e t va varióme t có độ chính, xác cao vk quán tín h
nhò đ l nghiên cứu đ ia tư và r ấ t cần t h i ế t . Mục đ íc h cua
luân án l à : nghiên cứu các pkưc-ng pháp đo vi s a i từ trưc«3Ể
t r á i đ ấ t dưa tr ê n hiêu ứng công hưởng tùr h ạ t nhân và đo
b iế n th iê n từ trường t r á i đ ấ t đùng b iế n tử màng mỏng từ .
Sau phàn mờ đầu, l à bon chưcrag t i ế p theo :
“ Chương 1 gióô. th iệ u CO' sở v â t lý của các cam b iế n
cộng hường từ h at nhân và màng mòng từ cao tầ n di hưó*ng.
- Chưerag 2 g iớ i th iê u CO’ sơ lý th u y ế t của phần quan
tro ũ g tro n g cấc t h i ế t b ị đo l à vòng bám pha.
- Chương 3 v i ế t về các piurcrag §tn lắp t h i ế t b ị đo từ ,
về các g ik i pháp nâng Cao độ chính, x á c , đp nhậy» đô ần đ ịn
của phép đo.
- Ch.ưo*ng 4 trìn h , bày các phép đo dưa tr ê n các t h i ế t
b ị đo k tr ê n , k ế t qủa đo, nhận x é t và k ế t lu ậ n .

Từ muc d í ch của luận án và từ đ iều kipE V iêt Nam, dư
tr ê n nguyên lý v â t lý và kỹ th u ậ t h iê n đ a i , tá c g iả đẽ.
nghiên cứu, tính. toấD va tim r a các g i a i pháp t ỗ i ưu về cấ
tr ú c k h ố ỉ, mạch, và l i n a k±£D đề chế t£o ùoàn ch ỉn h các hê
đo. G radientôm et đàu -tiên ỏ* V iêt lĩam, tro n g ió đung 'các
maca, đ iên đưpc bán dẫs hóa và v i aiacii hóa hoàn to a n , dùng
vòng bám pha có nhân tần đề Dâng cao đp nhậy tín h chổng

nh iêu và ip chính xác của phép đo g r a d ie n t từ trư ờ n g . Đồnẽ
t h ờ i , v i i c dùng TOüg bám pàa và phàn hồi âm 3âu tro n g fliacfc
đo k ín câu bằEg tĩn h la aiôt đổng góp mới, là OO’ 3Ơ của các
ưu diera ch inh của varióm et iưp*c t h i ế t icế lắ p ráp ơ đây.
Trên CO’ sơ các hê đo, Ttáy do này, tá c g ià à ã tiế n oàun lo
cắc thông sổ tư trường cẹã. .Tiôt 30 đ i Im. các í ấ t qua đo lã
khằng định phưcTũg pháp ngíiiên cứu t h i ế t vế va .nảy caễ cao
r a l à t á t , độ t r â i điầ.n ’í d ô n g ìup*o íhử rickn toàn : iộ ỌOỂ
g i ả i cao» độ chính lá c cao, máy ~ĩó đô 3 hay Tao •*** A0 OỈ" ĩ~y
ầu d ịn ù , quán tính, nnó /8 đó tuyến tính, của srủ t h i k ễ t *qỉ
đo l a Cao, tíc h chổng alaleu cao nen các tlí kế í k nêu.


- 9 -

Luân án này được hoàn tbầuỉi tp l phòng t h í nghiêm Vât
ly rô tuyễn Trường ĐịdL hoc Tồng iiơp Ha Nôi và Trung tâm
t h i ế t b ị khoa hoc của Trường. Tác g iả x in chân thành cảm
ou Giáo sư Nguyen Khang Cường đã tận tin h gỉúp đỡ tro n g
su ố t qúa trinh, binh thành, và hoàn chinh bản luận ấn. Tac
g iả r ấ t cảm ơn các Giáo sư các cán bộ tro n g bô môn Vật lý
▼ồ tuyến, các kỹ sư t£ Ỉ Trung tâm T hiết b ỉ khoa hoc của
Trường cùng các kỹ sư t ạ i Viên Khoa hoc kỹ ttauât Quân sư
vè XÍ nghiêp máy Địa Vật lý đã đóng gqp ý kiến và tpo diều
k iên cho Y Ỉ ậ c hoàn chỉnh bac luận ¿21 này.


- 10 -

Chuông I

CO SO VAT LY CUA CAM BIEN CONO HUONG TU
HAT NHAN VA MANG MOĨTG SAT TU

1 .1 . NHƯNG NGUYEN LY CO BAN GƯA CONG HUONG ĩư HAT NHAH.
1 .1 .1 . véc to* từ hoe hat nhân tro n g từ tru ò n g :
các h ạt nhfln của phần lớ n các nguyên tổ đã b iế t h iện
nay và các đồng v ị của chúng có rnôrnen CO’ V8 mômen từ xác
đ ịn h . Đỗ lớ n mỗmen động luợng là :
p* = - k — Z "l(I+ 1 ) 7 2

(1 )

2TC

tro n g đó : h = 6 , 6 2 5 17 .1 0 "-^ Jg là hằng số P lanck,
I là sổ lwyng tử , gQÌ là sp in h ạ t nhân,
Độ lớn I là đặc trưng không đổi cùa h at nhân đã cho và với
các đồng v ỉ khác nhau nhân các g iá t r ị nguyên hoặc bán
nguyên 1 = 0, —ị - r 1» *♦*
••• w i p rô tỗ n I = — .
Giá t r ị tu y ệ t đổi mômen từ
JH =

y p*

=

g

được b iể u t h ị như sau:

. |U0 ¿ " ( I ( I + 1 ) J 7

2

(2)

với í là hệ ao từ quay của h ạ t nhân, g là hê sổ kỉrôxỉg
thứ nguyên gQÌ l à hệ số s h ạt nhân, ỷ lt l à manhê tôn nhân.
Mômen từ của hẹt nhắn ỷ? định, hướng dọc mômen cơ (s p in )
Nếu h ẹ t nhân cô lậ p đặt tro n g một từ trường không đỗi
H0 t h ì v ectơ mổmen từ h f t nhân
sẽ chuyển động tu ế a a i
quanh H0 v ớ i vện tổc gác không đ ỗ i.
%

-

Ỵ ao

<3)

Theo các quan niệm của CO’ học ItPOTig tử , hlnh chiếu
cua moaen cơ và do đỏ cả mômen tờ lê n phưomg từ trường ngoè:
Hq có thể nhện 2 1 + 1 g iá t r i g ián đoạn. Mỗi một tro n g C8I


- 11

g iá t r ị của thành phần véctơ

thèo phương H0 ( ỷ tg )
ứng v ớ i nâng lượng tương tá c riê n g giữa cáo mômen h ạ t nhân
và từ trường.
E„

-

-T rô

= - g - f V h0

V

(4 )

ờ đây m l à sổ luợng tư từ (m « I , 1-1, . . . - I ) , Như vệy các
mức năng lutyng của h ẹt nhân là cách đều nh.au và độ chênh
gỉữa các mócs á t nbau bầng ỉ

A B - Ba - Effl+1 ■

Ho- « N H0

(5)

Theo qui tắc lựa chọn tro n g cơ học lượng tử , oác
c huy l a mức ch ỉ đuợc phép xảy ra giữa các mức từ s á t ELhau,
kỉiác nhau A m g + 1 . Các lượng tử năng lượng tá n xạ hoặc
hấp thụ không phụ thuộc vào sổ (2 1+1) mức có các tầ n sổ
như nhau, tuơng ứng với (5) và đuơc xác định nhứ sau :

v0 =

A

E

h

ìfH

= -^ 2 2TU

(6)

xác su ấ t chuyln móc khi hấp th ụ hoặc bức xạ các lưcrng
từ năng lương là như nhau. Do đó cuờng độ cũa các qúa t r ì n h
hẩp th ụ và bức xa chỉ t í lệ thuận với số h ẹ t nhản ờ các mác
dưới (H-ị) hoặc tr ê n (Ng)* Trong CSC điầu k ỉệ n thực t ế khi
cân bầng n h iệ t động, sổ h at nhân ơ mức đướỉ lớ n hơn <7 miĩc
trê n :
y $ 2 * TỈ sổ giữa các ntât độ cư t r ú các mức khí
đó đươc xác định bằng thừa số Boltzmann :
——
E,

= exp ( ---------—— )
KT

(7)

ỡ đây k » 1,38.10*^^ J.độ"^ là hằng 30 Boltzmann, T là nhi P
đô tu y ệ t d ổ i.
Khi h iệu mật độ cư t r ú các mức
=A N
0. aổ
chuyền mức tìr mức duớỉ lê n tr ê n nhiều hơn lả từ mưc
tr ê n
xuoug dư ớ i, nghĩa là bẩp thụ năng lượng lớn hon bức xạ n a n g


t

- 12 -

lượng. DÙ sự tr ộ i hon này là nhổ không đáng kể, nhưng nhò*
nó nguời ta đi phát hiệu đươc các chuyển mức giữa các mức
con Zeemann. Muốn vậy, nguừi ta tá c động thêm vào hệ sp in
môt trường vô tuyển
vuông góc v ớ i HQ. Khỉ tần số cua
trường này w 1 trùng v ớ i tằn 30-tuế s a i hạt nhân
^ 0»
cường độ các chuyển mức giữa các mức từ táng lê n và quan
sá t đuợc aự hấp thụ năng lượng của truờng vô tu yến. Hiện
tuợng này g ọ i là cộng huởng từ hạt nhân.

Để h ỉlu đirợc qua tr ìn h xảy ra khi có cộng hương tư
hạt nhân phải khao sá t hành trạng không ch ỉ của môt hạt
nhân cô lập trong các trườpg HQ và H-j-mà của cẫ hê sp in
tương tác lẫ n nhau và vc?i môỉ trường xung quanh ( "mạng*’ ) •
Bloch đưa ra khái niệm vécto’ từ hóahạt nhân M là tổng cá«

mômen từ hạt nhân trong đan v ị thề tíc h
của mẫu ch ắ t.

«

'2

i

?1

<8)

véc tơ từ hóa hat nhân tĩn h M đặc trưng cho trgng
th á i cân bằng của véctơ M khi lchông có tá c dụng bên ngoài
Khi đó Mị Ị - M0 còn Mj_ = 0 # ỏ đây' M Ị Ị 78 Mj_ là hai
thành phần dọc và ngang của v éctơ M30 v ớ i phucmg từ trườ;
ĩ 0 . ìT0đuợc *b ilu diễn qua đô từ
- cảm hat nỉiân tĩn h ĩ

9 đây

X 0 = N jK2 (3 K T )"1 I 1(1+1 )_ 7 " 1

vo'i N là 30 hạt uhân trong một đơn v ị thế t íc h c h ẩ t.

Neu do môt tác dung bên ngoài nào đó làm mất trạng
th á i dùng của vécto’
nghía là 'ẻ fị £ M0 và M , ị 0 th ì
sau khi bỏ tác dụng đó 36 xảy ra ma trin h t iế n tó-i tran«

th á i dừng Mq của
Khi đó sự biến đổi của ìi ■ ( t ) xảy
ra io trao i ồ i năng lượng giữa ’aệ apiri har: Xi in 73 3ạng.
Tốc đô trao đỗi nay 7S Ì3 3ư biến i c i CỈ3 1
-iưcc 7
Z3
đinh bang cường dô tươn;? tác 3pỉn Jianár V5 tro n g ohần lỡn


- 13 các trường họT> cc thề đuơc đặc trưng bởi hằng 30 th ờ i
g ia n T.| g ọ i là tiiò'i g ia n hồi phục dọc hay hồi phục sp in

mạng.
Sự b iế n đ êỉ của My ( t ) xảy ra tlaeo hàm. mũ

ĩ

ủ ( t ) = Mo- Z"M0-M Co)_7exp(- ^ - )
ỊỊ

(10)

j ị

T1

Sự b iển đỗi độ lớn của thành phần ngang MJ_ ( t ) của v éctơ
tu ế s a i M xảy ra do tưcrag tá c s p in . Spin của các h ạ t nhân
V Ớ I nhau.
Tốc đ ô của qúa t r ì n h nay được dtặc trư ng bởi

h ầ n g 3ố th ờ i gian ^ 2 Sọi là th ờ i gian hồi phục ngang hay
hoi phục sp ỉn . Spin.
Sư b iến đổi của
M j_(t)

theo quỉ lu ậ t

= M, (o) exp c---—- )
T2

hàm mũ ĩ
(11)

Theo lý thuyểt v ĩ mô của Blooh, hành tra n g của
vécto’ M đưq’c ktiao s á t khl có từ trường không đ êi ì?^ và
từ trường b iển đôi H1 ♦ Phircmg t r i n h chuyển đông cuạ véc
tơ tư hóa h at nhân M tro n g tư trường H có dạng :
dM
d t

Muốn tín h đến qúa t r i n h hềỉ phục, tro n g phương
t r ì n h (12) nguời ta đưa thêm 30 hẹng hồi phục. Phương
tr ìn h Bloch. đổi với trường đồng nhắt có dạng:
đM

—
- í (ụ,
dt
7 z
dM

—
it

=

M
- i iZ, JH j — Ĩ i2 -

ỉf (M H - M H ; ----—

di*

«

M
(13)
Tp
M--ỈỈ

■

3 Í “A

- MA

■


- 14 -

Các phương t r ìn h cỗ đ ỉẩn Bloch (13) phù hvạch lể hẹp đặc trư n g cho ch ất lỏng; ờ đây chúng hầu như c
để mô tả những đặc điểm CO’ bản của h iện tương công hưởng 1
h at nhân. Phân tíc h nghiệm của cỉíúng thu được những hlễu
b i ế t vầ cường độ, đô rông vạch và dẹng vẹch cộng hưởng, V í
h iện tượng bão hòa, ca'c qúa t r i n h qúa độ . . .
1 .1 .2 . Các đăc đi Im của công hưtỷpg từ h at nhản tro n g
từ trương t r á i đ ấ t»

Đ| quan s á t sự hấp thụ công hưởng h ạ t nhân, cần đ ặt
vào hê ao in từ trường không đổi HQ và "từ trường vô tuyển
vuông góc vớỉ nó 2.Ị. Từ trư òng H0 thường được tạo tro n g
khoảng h s i cực của nam châm con H-| nhờ cuộn dây tự cảm L
có trụ c vuông góc vớ i H0 * Muốn phát h iê n t í n h iệu cọng
huởng từ h ạ t nhân xuất hiên do các h ạt nhân hấp thụ năng
lucrag của trường vô tuyến ta
đo đ iện áp tr ê n cuôn L. Đôỉ ki
AH,
dùng cuộn thứ h ai có tru e vuỗr
góc với câ H0 lẫ n H1 làm cuộn
/7 0 í
th u riê n g b i ệ t . Klii cộng huởní
>
>
véc to* M ờ trọ n g th á i không dừx
L
(M Ậ 0) và chuyển động tu ế saj
quanh HQ. Trong cuộn L xuất
HÌnh 1 - Phương từ trưcmg
h iện auất đ iện động cảm ứng vc

vỏ tuyến
b iền độ ĩ

7

x\

u =

4 TỊ
108 .21

dv

/~ v o n _ 7

(14)

n là sổ vòng tro ng cuôn dây, 21 là chiầu d ài cuộn
dây, dv ĩ yếu tố thể t í c h mẫu.

Vệy t í n hiệu cộng hướng từ h ạt nhân t ỉ lê thuận với
tiaànix phần Bdj_ của vécto’ từ nóa, nghĩa là t ỉ Xệ với H0
(tiaeo ( 9 ) ) . Thông thuờng, nhiều truờn^ nQT? thực tế nay dìu
các trường H-o cỡ 10.000 gauas và lớn hem. 'như ỏ' các pho ki


công huởng từ h ạt nhân)« Các trường này lớ n hơn từ trường
t r â i đất cỡ 10^ lầ n (khoảng 0,5 g eu as). Hiển nhiên là nếu
quan s á t t í n hiệu cộng huỏ*ng từ tro n g từ trường t r á i đ ất

bằng cùng một phưcrag pháp như với từ trường aẹnh t h ì không
th ể ghi nhân đuợc t í n hiệu trê n nền tẹ p . có t h l tăng cường
đô t í n hiệu này bầng cách tăng thẩ t íc h mẫu. Tuy vậy các p
tính, cho b iế t là t ỉ sỗ t í n hiệu trê n tạp <ỳ l ố i ra cua t h i ế
b i thu t ỉ lê vó*i
trong khi đó phu thuôc vào trường cò:
mẹnh. hơn
do đó v iệc tăng nói tr ê n l à không đáng kl*
Phuơng pháp này dựa tr ê n chuyển đông tu ế s a i cua yécto* từ
hóa h ạt nhân, xảy ra do tá c dụng của tyường xoay chiều k ic
th íc h H.J. Khi đó t í n hiệu hấp thụ quan a é t được có tầ n số
bằng tầ n sổ của trường kích th íc h H.| > còn b iê n độ có t í c h
chất cộng hương rõ r ê t và cực đại khỉ 60 “
tá c
dụng bên ngoài như trường H.J mất d i t h ì xảy ra chuyển động
tu ế s a i tự do cùa M quanh từ trường ngoài H0 với tà n sổ tu
s a i u) 0 - Ý H0 . còn các thành phàn cùa M thay dũi theo
qui lu ậ t (10) và (1 1 ). Trên cuộũ cẩm L xuất h iện su ẩt điện
đồng cảm ứng là mọt dao dộng đieu hòa có b iê n đô t ỉ lệ Mj_
và là mệt hằm mũ của th ờ ỉ g ia n . T2 c®nẽ lớn t h ì txn hiệu
càng kéo d à i. Ngoai T2 * tín h không đong nhất của tur trư òng
Ho cũng làm t í n h ỉêu
• t ắ t dần nhanh hơn.

Tuy vậy, t í n hiệu thu trự c tiế p có cường đô còn nhỏ
do đọ từ hóa h ạt nhân tĩn h M0 = X qHq nhỏ. Nếu từ ¿Lỏa ;aẫu
30' bô bang tact từ tru ờ n g ¡nạnh 3 * ‘ '>/‘> HQ, n g h ĩa l ầ tạo ra mò
vécto' tSr b.óa đu lớn M =
(ỏ* đây H = H* + H ) (1 5 ), xem
hình 2 th i 3au khi bỏ từ trường H có th ể quan s á t t í n h iệu

tu ế s a i tự do, cường độ ban đầucủa nó sẽ t ỉ lệ thuận vó’ỉ

HÍnh 2 - Thu t í n h iệu tu ế 3 a i tự do tro n g từ tru ò n g
t r á i đ ấ t.


-

16 -

Tần sổ của t í n h iệ u t ắ t dằn đuợc lá c đ ịn h theo từ tru ờ n g
còn l ẹ i l à từ trư ờ ng t r á i đ ấ t H0 : C0o = Y HQ . Trang
t h á i không cân bằng của M có th ễ te o r a bầng h a ỉ cách.
Cách th ứ n h ấ t : aau khi n g ắt chậm từ trư ờ n g bổ sung H* ,
véc tơ to sẽ đ ịn h huớng theo từ tru ờ n g t r á i đ ắ t
nhò*một xung
vô tu y ến có th ờ ỉ g ỉa n kéo d à ỉ và b iê n độ xác định làm quay
véctcy M t ớ i Ti t r i vuông góc v ớ i H0 *
Cách th ứ h a i không cần dùng trường vô tuyến mà sự
k íc h th íc h tu ế s a ỉ h ạ t nhân tự do đưo’c thực h iệ n bằng cách
n g ắ t nhanh từ trường ồỗ sung H • Phương pháp này do H,
Packard và R .V arian Ị_ 1_7 đầ r a . ổ đây mẫu đưo*c đ ặt tro n g
cuộn dây th u dùng lam khung dao động dưc’c đ iều huớng ở tà n
30 công hưởng. Sự từ hóa mẫu bang từ tru ờ n g mẹnh hon H
(hàng trăm g au ss) bằng cách cho dòng đ iệ n một ch iầ u qua
cuộn từ hóa (sa u đó cũng dùng làm cuộn th u ) . True của cuộn
th u (cũng l à phưcmg của từ trường bỗ sung H* ) phẻi gần
vuống góc vó*ỉ từ trường t r á i đ ẩ t ( h . 2 ).
Sau k h i làm cho M có phuoTig th eo H, nghĩa là thưc t ế
vuông góc v ớ i 3qI từ trường bổ sung H* đuợc n g ắt nhanh sao

cho sau k h i n g ắ t, vécto' M không kip tJaay đỗi cả hướng lẫ n
đô ló*EL.

Sự ngẩt. ahự vậy tgo r a trạ n g t h á i không
duns -iặc b
vécto’ từ
hóa h ạ t nhân tro n g ¡nẫu gàn vụoruz góc
vó-i trư ờ ng
còn l ẹ i Hq . Chuyền động tu ế a a i của vếcto* từ hóa h ạ t nhân
đuợc^ghi nhận bầng cách đo 3Uắt đ iện động cảm 'ing tro n g
cuôn th u . (CÓ th ể quan s á t t í n hiệu này tr ê n dao ‘ĩộng
ký
sau k h i,đ a khuếch đ ại lè n 10 l a n ) .
ìỉhò’ phương pháp tù’ iióa phụ mà ữvờĩiiị 'ĩộ t í n ;iiẹ.u
có
"the tầXitỉ Xên haní? 'traïïï Lcãii klia thuân 'tiổn Cĩio 'ìbc 'mg dung
thực t ẩ k h i n g h iên cứu từ tru'eng t r á i đ ấ t .
\

1 .1 .3 .

ĩy
hạt

30

tin

nhản

a ieu
tư

trsn

tap

vg

dqng

"in

n i^ u

t ue

3ai

do.

Theo P a in l G. và Q. o v e lto ị_

5_7,

cường

lộ

tv n

h iệ u


■' "

V-

I1J.ÍĨ

1

- 17 -

tu ế s a i h ạ t nhân được xác định, bầng b iễ u thức

= 16 ĩ l

1 o a ’0 n

I

( 16 )

(21) '!

ổ đây (21) là ch iều d à i cuộn dây
vk là th ề t í c h bên tro n g cuộn dây
l à hệ sổ choán có sổ t r ị ĩ

1

■

<■4+ Hv2)
H2
-* • k -

dV

(17)

vái H = -E £ ỈJ L
2e

(18)

I* là dòng đ iệ n qua yếu tố d iệ n t í c h

s.

Nếu c h iề u d à ỉ cuộn dây vừa phủ k ín mẫu t h ì
rỊ = 1
ĩlếu ¡nẫu đủ nh.ỏ so vc?i ch iều d a i cuôn dây th.1 có thể tích . :

H =

2TT Ĩ1 ĩ
1 + e

Vl = X
V,

và

(19)

l 2+e:

( 20)

Tư h a i b iể u tỉxức (1ố)"vằ (20) có th ề xác định ‘b ỉẽn
đô t í n ỉxiệu tu ế s a ỉ . ỉlhưng muốn đánh g iá độ nhạy của t h i ế t
b ị cần phẫỉ x é t t ỉ 30 t í n h iệ u tr ê n tạ p . Tạp n h iệ t ở cuộn
dây th u , tạp ơ đèn l ổ i vào củe t h i ế t b ị th u , các thăng
gián g n h iệ t của véctũ’ từ hóa trong aiẫu là những nguồn tạ p
ahủ yếu.
Trong i i ầ u k iệ n r .h ilu côn g n g h iệ p £ t , đô lớ n tạp có
th ể lá c đ ịn n nỉiư aau :
4 /p

Sn

6 đây : T

= (4KT ¿ V

RĩO

n h iệ t độ, độ tu y ệ t đ ố i

K là hằng 80 3oltam ann
Iu
là

( 21)


-

13 -

/ y ỷ là g iả i thông hiệu dụng
R là điện trở thuần của cuộn dây thu
F là hệ 3 ố tạp
đ tằn số 2KHz bỗ qua hiệu ứng ngoài dã có thề c o ỉ điện trở
R bkng điện trỏ* cuộn dây vó*i dòng điện môt ch ỉầu . Vậy t ỉ
BO t ín hiệu trên tạp có thể xác định từ :
= X o ^ o ( 8 KTA ^ RF )” “ 2“ 1*16 TC2 (-21)" n V^VỊ (22)
En
E è dây là điện áp hiêu dụng củô t í n h iễ u .
s
Hê aổ choán
có thế xác định từcông thức thực nghiệm sau:

an*2 1

Ị

)} s 0,44 (— ) ( - — ) 2

với a
1
a

là 'ban kính mẫu hinh
là chiằu cao mẫu
là bán kính cuộn dây

Công thức

(23)

trụ

này được kiểm nghiệm khi :
0,7 5 i —
N a

i z
x

và

1

= 1

(24)

Khi chiều dài c của cuộn thu knông thể bỏ •■qua- đưtỵe „

có thề thay a bằng bán kính hiệu dụng sau :

hd

-

at r + 0 ,6

= art + 0,10

(25)

vớ i a. là bán kính bên trong
tr H ,
,
y
atb
E
trung bỉah.

về dạng của t ín hiệu tuể 3ai tự do, trong các công
trin h l_ 1_7, đã khảo sát đạngcủa t ín hiệu đối với độ không
đồng nhất tuyến tín h của từ trường. .'íiẫu hlnh tru dài ?'!,
bán kính aQ c o i như trvcrag tiiay uồi tuyến tín h L':efl JX vè
trục
Ox cua hệ* tọa
độ• hướng
trục
hình trụ« :
•

*
V dọc
•
•
H «

H0 - 5X

(26)


- 19 Ổ đây G l a g rad ien t của từ trường# Khi trường không đồng
n h ất Ox có thể hướng theo một góc nào đó với ĩ? , nhưng có
th ể c o i g iá t r i tu y ệ t đổi của đô không đồng nhất nhỏ hon
trường H0 r ấ t nhiều nên chỉ x é t thành phần song song với
H0 * Kếtqủa công thức cho b iế t
dạng hình baocủa t í n h iệ u :
_ I_

.

exp ( - - M

Eo

-£ í-

T2

ờ đây

£ = V GTg1
trụ•c h ình t r ụ :

T2

(27)

T2

(2 8 ). Nấu g ra d ie n t hướng vuông góc với

*

H

■=

H

-

Gỵ

hoặc

H

(29)

= H - GZ

t h ì công thức với hlnh bao đỗi dang :
JL = 2 exp ( - - M
E.
I2

I2

J ,(4 Í- )
t2

.

(30)

với ỹ =■ Ỵ G a0T2 (3 1 ), còn J^( f * ) là hàm B essel
lo ạ i 1.
T2
Hai phương tr ì n h vầ
trê n đeu mô tề hiện tượng
phách vó*i tầ n sổ S I đươc 0 xác định từ độ không đồng
nhất của trường tro n g các g iớ i han toàn mẫu :
hay l ĩ . = 2 VGI
(32)
t
%
%
*
I'l’i£1 _
Do J.Z. xac định đưưc (gradient tư trương tư 240---- đen

2 4 0 0 ^“
—nỉ^ khi 2 1 = 2r o = 1 0 cm.
-O. - 2 >f Gart

1 .2 . CO SO LY ĨHUYEĨ TẼ HANG MONG SAĨ ĨU.
1 .2 .1 . Khái niêm màng mỏng 3ắt từ j
Mang mong có gicýi han tr ê n 76 c h iề u dày từ 10**^ đến
10 ^ cm. Mang móng s ắ t từ là những màng mè mômen từ nguyên
tử tro n g đó tham gia tiro-ng tá c tr a o đ ổ i. Những màng phản s ắ t
từ cũng dược định ngiiia như vậy, ohúng có tín h d i dưcmg dem
trụ c .


- 21 1

. Cẩu trúc hat và biên hgt (ỷ màng; mỏng, t ừ . Ị_ 34_ 7

Trong phần lcm các v ệ t l i ệ u tư , sự t á i từ hóa đươc
ìhư aự chuyển động của các b iê n h ạ t. Sự tồ n t ạ i của
lạt (đômen) được Weisa đưa ra từ năm 1907* L 35_7
K i t t e l đ i tín h cho các hệ có trụ c d i từ hóa vuông
ớ i mặt phẳng của màng. Kết qủa có 5 dạng cấu trú c h a t
; màng mỏng đcm tru c ¿_ 36_7 :
a ) Gấu
c ) Cấu
e) Cẩu

a

trú c đóng

trú c phiến
trú c đo’n hạt

b ) ơấu trú c
mc
d) cấu trú c p h iế n đóng

b

c\

c

Hình 3 - Các dạng cấu tr ú c h ạt tro rg màng uỏng
đơn tr ụ c .
Khi từ trường ngoài bầng 0, năng lượng tư do tro n g
rưò’ng hợp là tổng của ba sổ hạng : Năng lương bầ mặt
ác b iê n h ạ t E jj , năng lưcyng từ tĩn h cúa cấu h ìn h Em,
lu ơ n g d ỉ hướng của cấu h ìn h 3 .

cì

cấu h ìn h (dạng) của một h ạ t c o i như én định k h i tổ n g
s ¿0 +s m +
là cực t i ề u đ á i v ớ i các k íc h thước
của
h ạ t ấy . Sự thay 'lồx văng luxyng to àn phần cua mỗỉ cấu
là asm cua chiHu day màng, cẩu tr ú c đơn h ạt có l ơ i về
; lượng với chiầu dày -ìhò nơn ;>00Q A°. niĩưng tr ê n g iớ i
này, cẩu trú c dóng vó’i 'á c l ạ t t ả i ra qua cả bề đàv

ĩ có lo;i hơn ve a ặ t nản,- Xuxyng (khoảng :0 “A T 1 0 “ * c a ) .
a 10
cm các hạt khôr.Ị* càn t r ả ỉ ra cả nàng V8 cấu tr ú c
ển đóng có lợ i hoTi,
Khi ch iều ò 8 J neo ntra 9.10"^ om, mèr.^ mor.fl 31 .Ti 193?e
'ìcm h ạ t khi từ trường agoàỉ bằng 0 . Theo K itte l nểu b ỉê n


- 20 -

CÓ thể c o i là màng mỏng gồm các lóp hat có tương tá c
trao đ ồ i, còn biên của các tin h thể khổng phải lú c nào cũng
có các tuơng tác tihư thế* Nấu giữa b iên của các tin h thế có
những nguyên tử lo a i kháù hoặc các nguyên tử cùng l o ẹ ỉ
nhưng hỗn độn th ì giữa các tin h t h l ch ỉ tồn t ạ i .các tương
tác lưỡng cưc yếu hen hoặc mạnh hơn đôi ch ú t.
đ màng mỏng có một đặc điểm là t ỉ số thể t íc h b iên
hat và thể t íc h toàn màng thường r ấ t lớn hớn trong trường
hqT? vật thể khối lớ n , ổ màng mỏng tạo ra bằng cách bổc bay,
kích tiiước ngang của tin h thể CỠ 10”° cmf còn ở các vât thể
1ỚĨ1 cỡ 10”4 - 10"1 cm. Nấu giả t h iế t bề dày của b iên hạt
là 10~7 cm (bằng 2 - 3 lầ n khoẩng cách các nguyên tử ) và
tin h thễ hình lập phưcmg th i ỏ* màng mong đó —J - liTO’ng chất
của nó tạo nên các biên của tin h th.1 còn ỏ’ v ậ t thể lcrá t h i
thể tíc h biên chiếm phần không đáng kể.
Di thường của các đạỉ lượng đặc trưng cho qúa tr ìn h
t á i từ hóa (độ từ dư Mr , độ từ hóa tự phát M , n h iêt độ
Curie To và Xực từ kháng Hc ) thể hiện khi ch.i!u dày của
màng và của b iên hạt từ hóa tự phát (vách đômen) vào cô’
10” 7 10~5 cm, Trong truờng hợp nay , qúa trin h t á i từ hóa

phụ thuộc rõ r ệ t vào đặc điếm của các b iên h ạ t. còn
qúe
tr ìn h t á i từ ¿lóa binh thưcrag CÍ1Ỉ xay ra khi ch iều dày màng
l e m hon Ì O ’ 4 c m .
Gấu trúc tin h thể của các màng ngay cả đối vo'i những
độ dày rất le n vẫn khác nhiều cấu truc CU5 các vật thễ lem.
Trong các điều kiện đã b iế t , các d ị thường cấu trúc như
vây (t h i dụ Î kích thước cưc nhỏ oủa các tin h th ề, kểt cấu
các mạng tin h th ể, biển dạng mann và các pha ¡chông ỏn định
n h iệt động)
có thể ảnh hưởng đến qúa tr in h t á i W tióa.
ilgoài ra các dị thưừng củacấu trúc ấy có thể gây ra
những dạng khác nhau cua d ị thường từ n èn khàn g thề xáo
định đuợc gicýi hạn trẽn của chiầu dày ,ĩiàn£ ¡non? từ.


- 21 1 .2 .2 . Gấu trúc hat và biền hạt ỏ' màng; mỏng, từ . / 34_7
Trong phần lem các vật l ỉ ệ u từ , sự t á i từ hóa đươc
c o i như sự chuyền đ ô n g của các b iên hat* Sự tồn t ạ i của
các hạt (đômen) được Weiss đưa ra từ năm 1907 . Ị_ 35J
K itte l

đã t í n h

phẳng

g ó c v ớ ỉ m ặt

cho c á c

hệ có

tru e

d ễ từ hóa v u ô n g

5

của m àng. K ết qủa c ó

t r o n g m à n g m ỏ n g đ ơ n t r ụ c i_ 3 6 _ 7

dạng

cấu

trú c

hạt

:

a ) C ấu

t r ú c đóng

b)

cấu tr ú c

c ) Cấu

tr ú c p h iế n

d)

cấu tr ú c p h iế n đóng

e)

t r ú c đo’ĩi h ạ t

C ấu

a

b

H ìn h 3 -

cấu

Các d ạ n g

mơ

c\
trú c

hạt

£

t r o r . g m àng n ỏ n g

đon t r ụ c .
Khi từ

trư ờ n g n g o à i b an g 0 ,

mỗi

t r ư ừ n g hợp l à

của

c á c b i ê n h ạ t Bo>

năng

luơng d i h-^ớng
C ấu h ì n h

£

^

dạng hạt
h ìn h l à

ni

ấy.

Sự

m àng c ó

Q

là

c h iề u

lơ i

Khi c h iề u

tĩn h

đ ố i v ó ’i

năng 1-KỊ’ng

v ớ i 'á c

các k íc ii tn u ớ c

toàn

cẩu tr ú c

hat

aărL(5i ư ợ n g

k h ô n Ị- c ầ n

c ủ a c ắ u h ì n h . Em ,

3^ <•

¿ à y n h ỏ rnrn 9 0 0 0 Ầ°„

cóng

hạt

: Năng lư ơ n g b e m ặt

h ạ t c o i n h ư ồ n đ ị n h k±LÌ t ổ n g

C5\?C t i ề u

lọ * i h ơ n v e raật

1 0 “ ^ cm c á c

hạng

lưqTLg t ừ

của c ấ u h ì n h

th ay đ ỗi

cẩu trú c

p h iể n đóng có

la

năng

hàm c ủ a c h i ầ u d à y íiià n g .

n ă n g lư cm g v ớ i
hạn n à y ,

,

30

củ a ba

( d ạ n g ) c ủ a m ột

- E cu + E„ + E

T rên

tổ n g

n â n g lư ợ n g t ự do t r o n g

tả i

CU8 m ỗ i c ấ u

đ ơ n h a t c ó lọ * i v ầ
n ỉiư n g t r ề n

r.9 q u a

(k h o ả n g

t r ả i ra

piaần

của

0“

g iớ i

cả be dàv
r

1 0 "^ c m ) .

CS n à n g V8 c ấ u

trú c

h cm .

day ibỏ no’n 9 .1 0 ” ^ em,

đ ơ n h ạ t k h i tù* trưOTig n g o à i "bằng 0 .

mèr,'T

mỏng 3) Ni 19Pe

Theo

íC it h í- l n ế u b i ê n


-

22

-

h ạt không tạo ra được t h ì aư t á í từ hóa s i xảy ra bằng sự
quay sp in kết Jao'p. Qua t r ĩ n h quay k ết hợp này h ai lầ n
nhanh hona chuyển đông của các bỉên hạt vầ điầu đó phù hợp
với đường từ t r ẽ r ấ t vuông góc. Tuy vệy các lập luận tr ê n

đây con phụ thuôc vèo b iên h ạ t, cũng như là đã phu thuộc
vào ch iều dày màng* NÓi khác đ l, khi màng trỏ' nên mỏng hem,
b iên h ạt có v a i tro quan trọ n g hcm tro n g v iệ c cực t i ể u hóa
sư tăn g nầng lương từ tĩnh« Hon nữa, v iệc đặt môt từ trường
vào một mẫu đon hat không nhất t h i ế t gây ra Bự quay sp in
kết hợp. Ngoài tá c dụng của các s a ỉ hỏng khi kết tin h còn có
các qúa t r i n h đảo từ k ết hcong hướng từ hóa đã được F r e i, Shtrikmsn và Treves / 37 7
mô t ả . Năng lương của những b iê n h ạt phụ thuộc vào sự định
hướng của v ectơ từ hóa của h a t đốỉ v ớ ib iê n , những điều này
chưa được K i t t e l đề cập tớ i tro n g mẫu của mình.
Neel Z"38_7 đã nêu § nghĩa của từ trư ờ n s k h ỉ từ tro n g
mot b iên hạt k h ỉ zác đinh sự tầ n g năng lương tro n g các b iên
đ iển hlnh Bloch (a) và ĩĩéel (b ) Chinh 4) t r ê n iaàng mông.

©
<■ ơi
HÌnh- 4 - lừ trường tro n g các b iê n h ạt Sloc'i ( a ) ,
Néel ( b ).

D l à chiầu dày màng,
a là độ rông biên giữa nai hat có vecto- từ hóa đối
song.
Biểu thức rnât đô nẩiag lurrng biên thu iirợc là :

31och và
vc’i b ỉ n

s é e l . c ì A)

- 22 -

h ạt không tẹo ra đuợc t h ì sư t á ỉ từ hóa s i xẫỵ ra bằng sự
quay sp ỉn kết fctỌ’p. QÚa t r ì n h quay kết hơp này hai lầ n
nhanh hơn chuyển đông của các bỉên hat và điều đó phù hợp
với đưòmg từ t r ễ r ấ t vuông góc. Tuy vậy các lệp lu ận tr ê n
đây con phụ thuôc vào "biên h ạ t, cũng như là đã pfcm thuộc
vào ch iều dày màng. NÓi khác đ i, khỉ màng trỏ' nên mỏng hb iên h ẹt có v a i tr o quan trọ n g hcm tro n g v ỉệc cưc t i ể u hóa
sư tăn g năng lượng từ tĩ n h . Hon nữa, v iệc đặt môt từ trường
vào một mẫu đon hạt không n h ất t h i ế t gây ra sự quay spỉn
k ết hợp. Ngoàỉ tá c dụng của các s a i hỏng khi k ết tin h còn có
các qúa t r i n h đảo tờ lcểt híyp tuần tư , coỉ nhir sự xoáy va bề
cong hướng từ hóa đã đưực F r e i, Shtrikman và Treves / 3 7 _ 7
mô t a . Năng lượng của những b iê n h ạ t phụ thuộc vào sự định
hướng của v ectơ từ hóa của h ạt đối với/biên, những điầu này
chưa được K i t t e l đề cập tớ ỉ tro n g mẫu cua mình.
N éel /"38_7 đã nêu ý nghĩa của từ trường khỉr tư trong
môt b iên h ạt khi xác đinh, sự tăng năng lương trong các biên
điển hình Bloch. (a) và ĩĩé e l (b ) (hlnh 4) trên iaàng mong.

D

+M
0

c\ ->

0

>
<- a ->

HÌnhr 4 - Từ trường trong các biên hạt âloch ( a ) ,
Nael ( b ) .,

D là chiều dàỵ màng,
a là độ rông biên giữa hai hạt có vecto từ iaóa đối
song*
B ỉề u thức mát đô l ä n g lư ợ n s 'oièn th u iưo-c l à

- —
B lo c h

To C-^2 - — } - ỈILâĨMỈ

2

8

90

1

_

a_

3

/

T

■ ;3

%

/

.

-

.

-V

'rõ'l z±lr.

+• D

và
n

"rT -Tvte

với 1i in Náe1 . (

)


- 23 a là độ rộng b iên <ỷ v ật khối lớn
(5^ l à năng lưong biên ỉ v ật khối lớ n .
Từ đây thấy rõ là v ớ i độ dà~y màng không nhổ t h l b iê n

Bloch tồ n t ạ l là chủ yểu.
Ngoài ra M idlelhoek / ”39 7 đã mô tâ đưq-c sự phu thuôc
của năng lượng b iên vào góc ô giữa vecto* từ hóa trong
b iê n
M và trụ c b iên ĩ
rBe

-

S

.‘ỹ ,

-

S n c (1 - s in eo>2

tt

<=°s 2®0

(35)
06)

trong đó
là mệt độ năng luro’ng mặt của b iên Bloch,
b iên này chia Bác miền từ hóa dọc theo hướng +ô và ©0 ,
là mệt đô năng lương mặt của một b iên Bloch 180°
(h a i hạt có M đổỉ so n g ).
1 .2 .3 . Sư quay k ết hoiP cúa yecto* từ hóa.
Nếu màng mong có một v à i b iên hạt như môta ở tr ê n
t h i khl Cữ từ trường tá c dụng lê n n ót qúa tr in h t á ỉ từ hóa
sẽ đươc đặc trưng bằng 3ự chuyển động cua các b iên sao cho
các miền h ẹt có huớng thuận l ơ i v ớ i trường sẽ tăng lê n và
iàra nhỏ các hạt khác, lcòm t.heo đồ là sư quey k lt họ-p 'rentcc
từ hóa d.0 có mômen cơ xoán giữa từ truồng tá c dụng và y ecto 1
từ hóa, Điều k iệ n xảy ra qúa tr in h là 3ự xuất h iện các ‘b iên
đ òi h ỏ i nhiều năng lượng hơn sự định hướng sp in k ết hơp.

HÌnh vẽ 5 cho thấy hệ quey k ểt hợp v ectơ từ hóa,
tro n g đó vector từ hóa tạo thành môt góc -p với trường tá c
dụng H và hướng từ hóa de tạo một góc CK với H.
Phần năng luơng mè từ trường tao cho hệ được d ien tả
bầng h ai trường vuông góc với nhau Hg và Hp, thuện t ỉ ệ n cho
v iệ c so sánh VỚI quen aát thực nghiệm.


Hình 5 J Quan hệ giữa vecto*
từ hóa và trục dễ từ hóa với
từ trường tác dụng.

Năng lưq*ng toàn phàn của hệ có đươc là
E

-

K

s i a ¿ (<^6 - o <

)

-

MH c o a

<ệ> -

M H p S Ỉn ^

(37)

Trong đó 30 hạng thứ nhất là thành phần d ị hướng từ , phần
còn l ạ i là năng lưcng từ tĩn h , K là hằng 30 dị nướng.
vécto’ từ hóa sẽ cân bầng v<ýi từ trường tác dụng và
vớ i tín h d i hướng' khi điều kiện
=

( 38 )

0

được thỏa mãn.

Đễ đơn giần , đặt
h3

* “T
2 ^ Hs
3

°

h

9>

(40)

3e d-ẫn t ớ i ;
—1—sin 2 {cp
2
Sự b i l a

- G< ) = -h sin<¿5 + h c o a < ¿
3
'
p
'

đ ổ i của lư c từ kháng ;ù e o

(41)

lutm g t r u c dễ l à

aiột hàm củ a trư ờ ng t ĩn h th eo .luứng tr ụ c khó từ h ó a, đe
dàn g tim dươc từ phiỉtmg t r ì n h

OÏ
sì
c'
Tư đó

ĩ/23
<>'-~t-ri.-2

trê n in i

■= =>c

=J

,

ỉ/

1c = cos^-i
b.Ap
*

{4¿, ,,_„

= 3s Aiü“ 'í'11

với hc l à g iá t r ị t ớ i n aa aủa từ t r ’i’C'ngdọc trụ c dễ k h i
có bước nhầyg iá n đoan về rurớng củe vecto* từ ‘lóc .

(43)
V ft

'f . ;

J