(Luận án tiến sĩ) 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

9

MỊ

Đ ÌU

Việc đo gradient từ trường t r á i đất l à rất cần t h iể t
trong các đ ỉlu tr a cơ bảa, chitog líạn như thăm dị địa vật
l ý , nghiên cứu về truyền sóng, ỏnh g iỏ curụùig dỗ va s phõn
b hf dũng đ iêa 0* tầag ỉoxi, nghiên cứu độĩig lưc hpc núi lử a ,
t iê n đoán dpng đất V. V. . . các phép đo lo ạ i này còn, cần cho
ngành khảo cồ hpc, hải dương hpc Ta nhỉeu ngành kỉnh tế khác

Dira tr ê n nguyên l ý cộng hưởng từ hgt nhân (đưọ'c phát
minh bởi G,M. P u r ce ll và P e liz Bloch 1946) , trong những nătn
g ầ n đ â y , các từ kể lư ^ a g tử đã được ữhể tạ o . các máỵ này oho
phép đo g iá
t r ị tuypt đối ciro’ng độ từ truxrng với áp chín
xác oao tacm, do v iệc thay
thể pkep đo từ trường bằng phé
tần số tu ể s a i cua raômen tCr hột nhân, v i vậy t ’j ìcế l o ạ i này
có đọ chinh xác cao hơn. các từ kể được ohể tạo đya trên
nguyên tắc. lchác.

VÍ dự như céc từ >ẩ cộ 05 i w n s từ h ạ t nhân do ¿ iá n
đoạn cua P ackard và V arian dùng đễ đo g ia t r ị tuỵệt đối oưc’ũ
độ từ tiư ơ o g t r á i đẫt ; các tư kể đo l i ê n tu e như các ’’máy
p h á t" của 3 e n o it . . .
r

Hgười lâ đo tầ n 30 tu ế 3 a i ỉigt nhản bằng cách trọ xi

Vữ'± tỉa hipu C 110 máy pilât -Vnu&n và ikc phác à A17 C 3 n i .3?
vứl các vạch chuần th ờ i g ia ù t r ê n bộ tự ¿ h i. ĩ hi đó việc
gỉảro tằ n 30 làm việc 3Ủr lý dễ dàng irm 73 g iả n ’o ớt ,/êu cầu
về độ chính lỏ c ca oỏc TcbL olmri. Dỗ ih ớ- ii xác ta u JLTQ-C
tro n g thực t ể cỡ 0,25 'ỉamma / “ ? 7 , tu y vậy -3U> iý ¿hi phải
r ấ t công phu. Do l a tư ki íiopt ĩộxiíT ’ile u +:ạo phách.

Ngoai r*a ngiKyi ve 'ìã 2 hể 'ỹữ ĩác l'J a i ■
” ? v j io “ - “El
nguyên tấ c đểa 30 o VJ ,:ỳ ::iể 3a i -I 3 au a ộ t ctOüii:' " bò’i 5 1 an
qui địntì (từ ice - tan 'cẩ/ hoặc :heo "Iguyên ,;.|c Jgrrj 3^ -Ji^ Vv
GUa th e vhuaü ữ 381-! nộ'- ^i'-OVi ỉíăũ. 'õ aột go lLTc^tiạ: TTC định
các chu ’í y tu e =?aì lả y 'S. (trừ -■;* - :2 hu
1P'J tri ■-$
lo g ỉ 1 th u ận
ora vì c lt qûa io ỵùa ■ỵ'ijng t ì Ị.ị Z : í ' ậ z


ỷ
(nghĩa l à w i HQ) và có th ẳ th u duỗ'c tr c ti p
theo b ớ 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
Ociiơng địỉ 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 khơng 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 đơ 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 trtag pliân cực
và quay vecto’từ ãóa
nhị’ 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 ị n tầ n
hay bơ tá c h sóng pha. Vipc đo tầ n 30
cộng uVG'nz
( t í lệ th u ận VỚI H ỳ (ợirỗc t l n hanh, theo s quey pha th ẹ o
tỈ3ỜỈ ¿ i an ~&(Ị0 *
l à tho’i g ia n dtfỗG lỏ c n 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 , cơng
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 cơng 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 cơng 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 mơt 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 duỗC ira vo t h i t b ị g h i
hay dao
động ky.
Đặc điếm cua t h i ể t b ị đo nàỵ l cú dỗ nhf!7 Qa vi t
trung b i 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 hồn 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 vịạg H elm áoltz. Ngồi
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 Itỗ*? tự*
tr r ũ n g o Hq l à khơng 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 cơng 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 đơ ỉ)ất ịa định điện, áp nguồn. ni
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 cơng 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 đơ 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: hơng


- 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 nhị . . .

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 v.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 vng góc
với tr ụ c de và âằra tro o g mặt phằag ầag 3Q có đl^o ĩBỘt '&ro*r^
t r ễ hẹp, bão hịa 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 ngồi 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 vEg 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 đơ phân ¿TỈ
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 . ỵTgu'c’i t a hy vọng rkng tỉm ra
đuvc
các T ậ t 1 Ỉ£ ’J sử dụag uvc 0 n h i t pho.n/j,

nhớt ó 'tựỗc oliế t ạ o ỏ1 n h i l u dạng hom.
TÙ k ! t á c h sóng độ i ẩ c Jiỵa 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 bơ*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-tơ m e t va varióme t có độ chính, xác cao vk qn tín h
nhị 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 gióơ. 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» đơ 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 hồn to a n , dùng
vịng 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 aiơt 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 ơ n g ìup*o íhử rickn tồn : iộ ỌOỂ
g i ả i cao» độ chính lá c cao, máy ~ĩó đơ 3 hay Tao •*** A0 OỈ" ĩ~y
ầu d ịn ù , qn 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 phịng t h í nghiêm Vât
ly rơ 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 rnơrnen CO’ V8 mơmen 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 rơ 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 kỉrơxỉg
thứ ngun 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 khơng đáng kể, nhưng nhị*
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
mơt trường vơ tuyển
vng 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 mơỉ trường xung quanh ( "mạng*’ ) •
Bloch đưa ra khái niệm vécto’ từ hóahạt nhân M là tổng cá«

mơmen 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 lchơng có tá c dụng bên ngồi
Khi đó Mị Ị - M0 cịn 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 mơt tác dung bên ngồi 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 ơ 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 khơng đ êi ì?^ và
từ trường b iển đơi 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 hịa, 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 vơ tuyển
vng 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 vng 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 cn L. Đơỉ 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 vịng tro ng cn 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
tiầnix 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


cơng 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 khơng
th ể ghi nhân đuợc t í n hiệu trê n nền tẹ p . có t h l tăng cường
đơ 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 thc vào trường cị:
mẹnh. hơn
do đó v iệc tăng nói tr ê n l à không đáng kl*
Phuơng pháp này dựa tr ê n chuyển đơng tu ế s a i cua cto* 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.| > cịn 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 ngồi 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 hịa có b iê n đơ 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 khơng đong nhất của tur trư ịng
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 đơ cịn 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 mị
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 khơng 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
nhị*một xung
vơ 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 vng góc v ớ i H0 *
Cách th ứ h a i không cần dùng trường vơ 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
vng 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
đơ 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
cịn 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 . (CĨ 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 ) .
ìỉhị’ phương pháp tù’ iióa phụ mà ữvờĩiiị 'ĩộ t í n ;iiẹ.u
có
"the tầXitỉ Xên haní? 'trạïï 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 chốn 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
đơ 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 , đơ 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 ngồi dã có thề c o ỉ điện trở
R bkng điện trỏ* cuộn dây vó*i dịng điện mơt 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 củơ t í n h iễ u .
s
Hê aổ chốn
có thế xác định từcơng 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 khơng
đồng nhất tuyến tín h của từ trường. .'íiẫu hlnh tru dài ?'!,
bán kính aQ c o i như trvcrag tiiay uồi tuyến tớn h L':efl JX vố
trc
Ox cua h* ta
ã hng
trc
hỡnh trô :
ã

*
V dc
ã
ã
H ô

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 cơng 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 vng 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 mơ 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 mơmen từ ngun
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 vng
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 -ìhị 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 ị 8 J neo ntra 9.10"^ om, mèr.^ mor.fl 31 .Ti 193?e
'ìcm h ạ t khi từ trường agồỉ 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 đơi 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 tồn 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 khơng 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. cịn
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 ¡chơng ỏn định
n h iệt động)
có thể ảnh hưởng đến qúa tr in h t á i W tióa.
ilgồi 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

tồn

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 khơng 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 đơng của các bỉên hạt vầ điầu đó phù hợp
với đường từ t r ẽ r ấ t vng 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 cịn 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 iầng mơng.

©
<■ 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 rơng biên giữa nai hat có vecto- từ hóa đối
song.
Biểu thức rnât đơ 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 đơng của các bỉên hat và điều đó phù hợp
với đưòmg từ t r ễ r ấ t vng 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 cịn có
các qúa t r i n h đảo tờ lcểt híyp tuần tư , coỉ nhir sự xốy 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 iầng 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.
Ngồi ra M idlelhoek / ”39 7 đã mơ tâ đưq-c sự phu thc
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 +ơ và ©0 ,
là mệt đơ 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 mơmen cơ xốn 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 mơt 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 tồn 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

Ọ
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