Nghiên cứu cấu trúc và tính chất từ của các hạt nano pherit ganet pha tạp
Khoa học Vật liệu
Luận án tập trung nghiên cứu vật liệu pherit ganet có cấu trúc nano, một lĩnh vực đang thu hút sự quan tâm lớn do tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử, cảm biến, xử lý môi trường và y sinh học. Cụ thể, vật liệu pherit ganet YIG được lựa chọn làm đối tượng nghiên cứu chính, với các đặc tính như tổn hao từ trễ nhỏ, điện trở suất cao, góc quay Faraday lớn và khả năng hấp thụ bức xạ hồng ngoại, phù hợp cho linh kiện vi sóng, quang học, cảm biến từ và cảm biến vi nhiệt. Tuy nhiên, việc giảm điện trở và kích thước xuống thang nanomet là cần thiết để ứng dụng hiệu quả.
Mục tiêu chính của luận án là nghiên cứu công nghệ chế tạo các hạt pherit ganet YIG và các hệ YIG pha tạp các ion phi từ (Ca2+, V5+, In4+, Ce4+, Mg2+, Sn4+) vào các vị trí phân mạng của ion Fe3+. Đồng thời, nghiên cứu sự phân bố cation trong mạng tinh thể của các hệ hạt nano pherit ganet đơn pha được chế tạo bằng phương pháp sol-gel, kết hợp với phân tích dữ liệu đo mômen từ, phổ nhiễu xạ tia X và thành phần hóa học. Luận án cũng kiểm chứng các mô hình lý thuyết Néel về pherit ganet và lý giải ảnh hưởng của sự phân bố ion lên mômen từ, nhiệt độ Curie và tương tác giữa các hạt.
Phương pháp nghiên cứu chủ yếu là thực nghiệm, sử dụng các hệ hạt nano YIG pha tạp được chế tạo bằng phương pháp sol-gel và đồng kết tủa. Cấu trúc và hình thái được khảo sát thông qua giản đồ nhiễu xạ tia X, nhiễu xạ synchrotron và ảnh hiển vi điện tử quét SEM. Tính chất từ được nghiên cứu bằng hệ từ kế mẫu rung VSM và thiết bị giao thoa kế lượng tử siêu dẫn SQUID. Các kết quả phân tích Rietveld và mô hình trường phân tử được dùng để đánh giá.
Các kết quả chính cho thấy, luận án đã chế tạo thành công các hệ mẫu pherit ganet pha tạp có kích thước nanomet và hình thành pha ở khoảng 900°C. Nghiên cứu phân bố cation chỉ ra Ca2+ chiếm phân mạng {c}, V5+ chủ yếu ở phân mạng (d) và In3+ gần như hoàn toàn ở vị trí phân mạng [a]. Việc áp dụng lý thuyết Néel và mô hình trường phân tử đã xác định các hệ số trường phân tử, cho thấy sự biến dạng mạng do pha tạp là nguyên nhân chính làm thay đổi các tương tác. Đặc biệt, các mẫu Y3Fe5-xInxO12 (x = 0 – 0,7) có độ tăng cường từ và hằng số độ cứng sóng spin lớn ở nhiệt độ 300 K, gợi mở tiềm năng ứng dụng trong điều khiển sóng spin.