Sắt từ – Wikipedia tiếng Việt

Đường cong từ trễ – Đặc trưng quan trọng nhất của chất sắt từ

Sắt từ là các chất có từ tính mạnh, hay khả năng hưởng ứng mạnh dưới tác dụng của từ trường ngoài, mà tiêu biểu là sắt (Fe), và tên gọi “sắt từ” được đặt cho nhóm các chất có tính chất từ giống với sắt. Các chất sắt từ có hành vi gần giống với các chất thuận từ ở đặc điểm hưởng ứng thuận theo từ trường ngoài.

Tính sắt từ dùng để chỉ thuộc tính (từ tính mạnh) của các chất sắt từ.

Chất sắt từ là một trong những vật liệu được sử dụng sớm nhất trong lịch sử loài người, với việc sử dụng các đá nam châm làm la bàn hoặc làm các vật dụng hút sắt thép (thực chất đó là các quặng Fe3O4) từ hơn 2000 năm trước (mà xuất phát là từ Trung Hoa và Hy Lạp cổ đại).

Bạn đang đọc: Sắt từ – Wikipedia tiếng Việt

Các đặc thù đặc trưng của chất sắt từ[sửa|sửa mã nguồn]

Các chất sắt từ ( ví dụ như sắt ( Fe ), côban ( Co ), niken ( Ni ), Gadolini ( Gd ) … là những chất sắt từ nổi bật. Các chất này là những chất vốn có mômen từ nguyên tử lớn ( ví dụ như sắt là 2,2 μB, Gd là 7 μB … ) và nhờ tương tác trao đổi giữa những mômen từ này, mà chúng xu thế song song với nhau theo từng vùng ( gọi là những đômen từ. mômen từ trong mỗi vùng đó gọi là từ độ tự phát – có nghĩa là những chất sắt từ có từ tính nội tại ngay khi không có từ trường ngoài. Đây là những nguồn gốc cơ bản tạo nên những đặc thù của chất sắt từ .

Tương tác trao đổi và đômen từ[sửa|sửa mã nguồn]

  • Tương tác trao đổi là tương tác được giả thiết theo lý thuyết sắt từ Heisenberg nhằm giải thích sự định hướng song song của các mômen từ trong vật liệu. Tương tác trao đổi có bản chất là tương tác tĩnh điện đặc biệt giữa các điện tử tạo ra sự định hướng song song (hoặc đối song song) của các spin khi các điện tử ở một khoảng cách đủ gần sao cho các hàm sóng của chúng phủ nhau để cực tiểu hóa năng lượng của hệ. Năng lượng tương tác trao đổi được cho bởi công thức:
E e x = − J S 1 → ⋅ S 2 → { \ displaystyle E_ { ex } = – J { \ vec { S_ { 1 } } } \ cdot { \ vec { S_ { 2 } } } }{\displaystyle E_{ex}=-J{\vec {S_{1}}}\cdot {\vec {S_{2}}}}
với S1, S2 là các spin, J là tích phân trao đổi, cho bởi:

J
=
2

Ψ

1

(

r

1

)

Ψ

2

(

r

2

)

V

I

(

r

1

,

r

2

)

Ψ

2

(

r

1

)

Ψ

1

(

r

2

)

d

r

1

d

r

2

.

{\displaystyle J=2\int \Psi _{1}^{*}(r_{1})\Psi _{2}^{*}(r_{2})V_{I}(r_{1},r_{2})\Psi _{2}(r_{1})\Psi _{1}(r_{2})\,dr_{1}\,dr_{2}.}

{\displaystyle J=2\int \Psi _{1}^{*}(r_{1})\Psi _{2}^{*}(r_{2})V_{I}(r_{1},r_{2})\Psi _{2}(r_{1})\Psi _{1}(r_{2})\,dr_{1}\,dr_{2}.}

J mang giá trị dương khi các spin song song nhau (tương tác trao đổi sắt từ) và âm khi các spin phản song song (tương tác phản sắt từ). Ψ { \ displaystyle \ Psi }{\displaystyle \Psi }
  • Đômen từ: Nhờ có tương tác trao đổi, các mômen từ của chất sắt từ sắp xếp hoàn toàn song song với nhau, nhưng không phải trong toàn bộ vật thể mà trong từng vùng, gọi là các miền từ hóa, hay các đômen từ. Trong mỗi đômen, các mômen từ song song với nhau tạo nên từ độ tự phát của chất sắt từ, nhưng trong toàn vật thể ở trạng thái khử từ thì mômen từ của các đômen sẽ sắp xếp hỗn loạn nên tổng từ độ trong toàn khối vẫn bằng 0. Khi có từ trường ngoài, do các mômen từ có xu hướng bị quay theo từ trường nên sẽ dẫn đến sự thay đổi về cấu trúc đômen như sự dịch chuyển vách đômen, sự thay đổi kích thước đômen, sự định hướng mômen từ… tạo nên quá trình từ hóa phức tạp của chất sắt từ. Các đômen từ có thể quan sát bằng nhiều cách khác nhau ví dụ như bằng kính hiển vi điện tử truyền qua Lorentz ở các chế độ khác nhau (như Fresnel, Foucault..) hay phương pháp nhũ tương (nay ít dùng vì quá phức tạp và độ chính xác không cao), hay phương pháp đo quang – từ…

Các loại vật liệu sắt từ[sửa|sửa mã nguồn]

Có nhiều cách khác nhau để phân loại những vật liệu sắt từ, nhưng cách thông dụng nhất vẫn là phân loại theo năng lực từ hóa và khử từ của vật liệu. Theo cách phân loại này sẽ có 2 nhóm vật liệu sắt từ chính :

Ứng dụng của vật liệu sắt từ[sửa|sửa mã nguồn]

Có thể nói vật liệu sắt từ đang được nghiên cứu và ứng dụng hết sức rộng rãi trong khoa học, công nghiệp cũng như trong đời sống, từ các nam châm vĩnh cửu, đến các lõi biến thế, hay cao hơn là các thẻ từ, ổ đĩa cứng máy tính, các đầu đọc ổ cứng…

Một hiệu ứng khác của chất sắt từ là hiệu ứng từ nhiệt khổng lồ đang được điều tra và nghiên cứu tăng trưởng những thế hệ máy lạnh hoạt động giải trí bằng từ trường sửa chữa thay thế cho những máy lạnh truyền thống lịch sử với ưu điểm không ô nhiễm, tiết kiệm ngân sách và chi phí nguồn năng lượng và nhỏ gọn. Các hiệu ứng từ điện trở của những chất sắt từ cũng đang được khai thác để sinh ra những linh phụ kiện điện tử thế hệ mới gọi là spintronic, tức là những linh phụ kiện hoạt động giải trí bằng cách điều khiển và tinh chỉnh spin của điện tử …

5/5 - (1 vote)
Subscribe
Notify of
guest
0 Comments
Inline Feedbacks
View all comments