vật liệu từ tính
vẬt liỆu tỪ tÍnh ; phỤ kiỆn inox ; mÁy cẮt bĂng dÍnh ; thiẾt bỊ Đo ; phỤ kiỆn mÁy smt ; shin-etsu ; vẬt tƯ khuÔn mẪu ; van ĐiỆn tỪ ; thiẾt bỊ khÍ nÉn ; dẦu mỠ -keo dÁn chỊu nhiỆt- kem ĐÁnh bÓng ; mÁy mÓc cÁc loẠi
Các vật liệu cần thiết để xây được 1m2 tường. Trước khi tính định mức xây dựng cho 1m2 tường thì ta cần quan tâm đến các vật liệu cần thiết để xây tường. Những vật liệu cần thiết để xây tường cụ thể là : Cát đen: có thể mua chúng dễ dàng từ các nhà cung
Chất dẫn điện là vật liệu hoặc chất cho phép dòng điện chạy qua chúng. Chúng có thể dẫn điện vì chúng cho phép các electron chảy bên trong chúng rất dễ dàng. Chất dẫn điện có đặc tính này cho phép chuyển đổi nhiệt hoặc ánh sáng từ nguồn này sang nguồn khác. Kim loại, con người, trái đất và cơ thể động vật đều là chất dẫn điện.
Vật liệu nghịch từ là những vật liệu có độ từ thẩm: A. \(\mu \) > 1 và không phụ thuộc vào từ trường bên ngoài. B. \ Một loại vật liệu có đặc tính cơ tốt, có độ trong suốt cao, chịu được axít và kiềm. Được dùng để làm cách điện cho cáp điện có tần số
Mô hình dữ liệu xác định dữ liệu, các thuộc tính dữ liệu và các mối quan hệ hoặc liên kết với dữ liệu khác. Mô hình dữ liệu cung cấp một cái nhìn tổng quát, do người dùng định nghĩa về dữ liệu đại diện cho kịch bản và dữ liệu nghiệp vụ. Mô hình dữ liệu bao gồm các đối tượng dữ liệu và giá trị dữ liệu.
materi pelajaran kelas 1 sd kurikulum merdeka. Sự khác biệt chính – Từ tính Nguyên vật liệu đấu với Không Vật liệu từ tính Các sự khác biệt chính giữa vật liệu từ tính và không từ tính là vật liệu từ bị thu hút vào một từ trường bên ngoài do sự liên kết đúng đắn của các miền từ tính trong khi các vật liệu không từ tính bị đẩy khỏi một từ trường bên ngoài do sự sắp xếp ngẫu nhiên của các từ trường. Tất cả các vật chất có thể được chia thành hai nhóm là vật liệu từ tính và vật liệu không từ tính dựa trên tính chất từ tính của chúng. NỘI DUNG 1. Tổng quan và sự khác biệt chính2. Vật liệu từ tính là gì3. Vật liệu không từ tính là gì4. So sánh cạnh nhau – Vật liệu từ tính và Vật liệu không từ tính ở dạng bảng5. Tóm tắt Vật liệu từ tính là vật liệu có miền từ tính và bị hút vào từ trường bên ngoài. Những vật liệu này được thu hút mạnh mẽ bởi nam châm. Hầu hết các vật liệu từ tính có thể được chuyển đổi thành nam châm vĩnh cửu bằng cách từ hóa. Những vật liệu này về cơ bản được chia thành hai nhóm là vật liệu cứng và mềm từ tính. Vật liệu mềm từ tính có thể dễ dàng từ hóa, nhưng từ tính của chúng là tạm thời. Vật liệu cứng từ tính có thể được từ hóa bằng từ trường mạnh và tính chất từ của chúng là vĩnh viễn. Ngoài ra, các vật liệu từ tính được chia thành nhiều nhóm dựa trên tính chất từ. Vật liệu từ tính – không bị thu hút bởi một từ trường bên ngoài Vật liệu từ tính – thu hút bởi từ trường bên ngoài Vật liệu sắt từ – bị thu hút mạnh mẽ bởi từ trường bên ngoài Vật liệu sắt từ – các miền từ được sắp xếp theo hai hướng ngược nhau nhưng mô men từ thực không bằng không Vật liệu chống từ – các miền từ tính được sắp xếp theo hai hướng ngược nhau và mô men từ thuần bằng không Hình 01 Một nam châm vĩnh cửu Ví dụ cho các vật liệu từ tính bao gồm ferrite sắt nguyên chất, neodymium một kim loại đất hiếm, Magnetite, hematit cả Magnetite và hematit là các oxit của sắt, coban, niken, sắt và hợp kim kim loại của chúng, Vật liệu không từ tính là gì? Vật liệu không từ tính là vật liệu không bị hút vào từ trường bên ngoài. Điều này có nghĩa là các vật liệu không từ tính không bị thu hút bởi một nam châm vĩnh cửu. Những vật liệu này cho thấy không có hoặc phản ứng nhẹ với từ trường. Đó là bởi vì các miền từ tính của vật liệu không từ tính được sắp xếp một cách ngẫu nhiên khiến cho các khoảnh khắc từ tính của các miền này bị hủy bỏ. Hình 02 Nhựa là vật liệu không từ tính Các ví dụ về vật liệu không từ tính bao gồm một số kim loại và hợp kim như thép, gang, hợp kim đồng và nhôm, Ngoài ra, vật liệu polymer, gỗ và thủy tinh cũng là vật liệu không từ tính. Những vật liệu này được sử dụng để sản xuất các bộ phận của một số hệ điều hành mà không có hiệu ứng từ được mong đợi. Ngoài ra, những vật liệu này được sử dụng để chế tạo vỏ la bàn và nhiều thứ khác. Sự khác biệt giữa vật liệu từ tính và vật liệu không từ tính là gì? Vật liệu từ tính so với vật liệu không từ tính Miền từ Công dụng Tóm lược – Từ tính Nguyên vật liệu đấu với Không Vật liệu từ tính Vật liệu từ tính bị thu hút bởi nam châm vĩnh cửu trong khi vật liệu không từ tính thì không. Sự khác biệt giữa vật liệu từ tính và không từ tính là vật liệu từ tính bị hút vào từ trường bên ngoài do sự liên kết đúng đắn của từ trường trong khi vật liệu không từ tính bị đẩy khỏi từ trường bên ngoài do sự sắp xếp ngẫu nhiên của từ trường. Tài liệu tham khảo 1. Vật liệu từ tính, không từ tính, sắt từ. Có sẵn ở đây 2. Vật liệu không từ tính. Từ điển miễn phí. Farlex. Có sẵn ở đây 3. Vật liệu không từ tính. Có sẵn ở đây Hình ảnh lịch sự 1.’Horseshoe nam châm của Zureks’By Zureks – Công việc riêng, Tên miền công cộng qua Commons Wikimedia 2.’2754171’by Mimzy Miền công cộng qua pixabay See more articles in category Wiki Mình là cô nàng Cự Giải thích nấu ăn và có kinh nghiệm về giảm cân. Từ lâu mình đã tìm hiểu về các phương pháp giảm cân, Hàm lượng calo trong từng món ăn. Nên loạt bài mình chia sẻ về Hàm lượng calo có trong từng món ăn hy vọng sẽ giúp ích được các bạn. Đây là blog mới mình chia sẻ về làm đẹp, cả nhà ủng hộ nhé!
Từ tính là một thuộc tính của vật liệu. Tất cả các vật liệu, ở mọi trạng thái, dù ít hay nhiều đều biểu hiện tính chất từ. Các vật liệu từ có những ứng dụng rất quan trọng, không thể thiếu được trong khoa học kỹ thuật và cuộc sống. Việc nghiên cứu tính chất từ của vật liệu giúp chúng ta khám phá thêm những bí ẩn của thiên nhiên, nắm vững kiến thức khoa học kỹ thuật để ứng dụng chúng ngày càng có hiệu quả hơn, phục vụ lợi ích con người, đặc biệt là trong lĩnh vực từ có một thanh vật liệu từ dài \ \ell \ do bằng mét [m], theo hệ SI và có cường độ cực từ là m đo bằng Weber [Wb] thì tích ml gọi là momen từ, đặc trưng cho khả năng chịu tác dụng bởi từ trường ngoài của thanh, kí hiệu là Pm và là một đại lượng vectơ \ \overrightarrow{M}=m\overrightarrow{\ell } \ [ vị của Pm là [ các momen từ trong một đơn vị thể tích vật liệu gọi là từ độ hay độ từ hóa, đặc trưng cho từ tính của vật liệu, kí hiệu là J, cũng là một vectơ \ \overrightarrow{J}=\frac{\overrightarrow{M}}{V} \ [Wb/m2] vị của \ \overrightarrow{J} \ là Wb/m2 hay Tesla [T].Khoảng không gian xung quanh các cực từ có một từ trường \ \overrightarrow{H} \, đặc trưng cho tác dụng từ tính của một cực từ này lên một cực từ khác. Vectơ cường độ từ trường đều \ \overrightarrow{H} \ có thể được xác định tương ứng với từ trường được tạo ra bởi một cuộn dây thẳng, dài cuộn solenoid có dòng điện chạy qua \ \overrightarrow{H}= \ [A/m] đây n là số vòng dây trên 1 m chiều dài cuộn dây, I là cường độ dòng điện trong cuộn dây. Đơn vị của cường độ từ trường là Amper/met [A/m].Mối quan hệ giữa từ độ \\overrightarrow{J}\ và từ trường \\overrightarrow{H}\ được xác định qua biểu thức \ \overrightarrow{J}=\chi {{\mu }_{0}}\overrightarrow{H} \ lượng không thứ nguyên \ \chi \ gọi là độ cảm từ hay hệ số từ hóa, đặc trưng mức độ hấp thụ từ tính trong một đơn vị thể tích vật liệu, còn \ {{\mu }_{0}} \ là độ từ thẩm của chân không, có giá trị \ {{\mu }_{0}}=4\pi {{.10}^{-7}} \ [H/m].Người ta cũng dùng đại lượng cảm ứng từ hay mật độ từ thông \ \overrightarrow{B} \ đo bằng Tesla [T], đặc trưng cho mức độ hấp thụ từ tính của vật liệu \ \overrightarrow{B}=\overrightarrow{J}+{{\mu }_{0}}\overrightarrow{H} \ [T] \ \overrightarrow{J} \ từ vào ta được \ \overrightarrow{B}=\left \chi +1 \right{{\mu }_{0}}\overrightarrow{H}=\mu {{\mu }_{0}}\overrightarrow{H} \ với \ \mu =\chi +1 \ là độ từ thẩm của vật liệu, là đại lượng không thứ vật liệu từ có từ tính mạnh yếu khác nhau, được phân loại theo cấu trúc và tính chất từ như saua Chất nghịch từ là chất có độ cảm từ \ \chi \ có giá trị âm và rất nhỏ hơn 1, chỉ vào khoảng 10-5. Nguồn gốc tính nghịch từ là chuyển động của điện tử trên quỹ đạo quanh hạt nhân, tạo ra từ trường có chiều ngược với từ trường ngoài hình Chất thuận từ có độ từ hóa \ \chi >0 \ nhưng cũng rất nhỏ, cỡ 10-4 và tỉ lệ với \ \frac{1}{T} \. Khi chưa có từ trường ngoài các momen từ của các nguyên tử hoặc ion thuận từ định hướng hỗn loạn còn khi có từ trường ngoài chúng sắp xếp cùng hướng với từ trường hình Chất sắt từ độ cảm từ \ \chi \ có giá trị rất lớn, cỡ 106. Ở T TC giá trị \ \frac{1}{\chi } \ phụ thuộc tuyến tính vào nhiệt độ. Sắt từ là vật liệu từ mạnh, trong chúng luôn tồn tại các momen từ tự phát, sắp xếp một cách có trật tự ngay cả khi không có từ trường ngoài hình Sắt từ còn có nhiều tính chất độc đáo và những ứng dụng quan Chất phản sắt từ là chất từ yếu, \ \chi \approx {{10}^{-4}} \, nhưng sự phụ thuộc của \ \frac{1}{\chi } \ vào nhiệt độ không hoàn toàn tuyến tính như chất thuận từ và có một hõm tại nhiệt độ TN gọi là nhiệt độ Nell.Khi T TN sự sắp xếp của các momen từ spin trở nên hỗn loạn và \ \chi \ lại tăng tuyến tính theo t như chất thuận từ hình Chất feri từ độ cảm từ có giá trị khá lớn, gần bằng của sắt từ \ \chi \approx {{10}^{-4}} \ và cũng tồn tại các momen từ tự nhiên cấu trúc tinh thể của chúng gồm hai phân mạng mà ở đó các momen từ spin do sự tự quay của điện tử tạo ra có giá trị khác nhau và sắp xếp phản song song với nhau, do đó từ độ tổng cộng khác không ngay cả khi không có từ trường ngoài tác dụng, trong vùng nhiệt độ T TC trật tự từ bị phá vỡ, vật liệu trở thành thuận từ hình ra người ta cũng còn phân biệt các loại vật liệu từ theo tính năng ứng dụng hoặc thành phần kết cấu của chúng như vật liệu từ cứng nam châm vĩnh cửu, vật liệu từ mềm, vật liệu từ kim loại, vật liệu từ oxit, vật liệu từ dẻo cao su, nhựa… Ở các phần sau sẽ trình bày cụ thể hơn về tính chất của các loại vật liệu từ từ năm 1820 Amper Amper 1775 – 1843, nhà Vật lý Pháp đã giả thiết rằng từ tính của vật liệu liên quan đến sự tồn tại các dòng điện tròn không tắt dần trong nó. Quan niệm của Amper về nam châm “như là một tập hợp những dòng điện khép kín đặt trên những mặt phẳng vuông góc với đường nối liền hai cực của nam châm”, theo đó có thể quy mọi hiện tượng từ về các tương tác giữa các dòng điện phân đầu thế kỉ 20, Rutherford E. Rutherford 1871 – 1937, nhà Vật lý Anh xây dựng mô hình nguyên tử có các điện tử quay xung quanh một hạt nhân nặng, mang điện dương. Theo quan niệm này thì các dòng điện tròn của Amper sinh ra do các điện tử quay trên các quỹ đạo quanh hạt này Planck Max Planck 1858 – 1947, nhà Vật lý Đức, Bohr Niels Bohr 185 – 1962, nhà Vật lý Đan Mạch, Broglie Louis de Broglie 1892 – 1987, nhà Vật lý Pháp, Schrodinger Erwin Schrodinger 1887 – 1961, nhà Vật lý Áo và nhiều người khác đã đưa ra thuyết lượng tử hoàn thiện thêm về cấu tạo vật chất, trên cơ sở đó làm sáng tỏ hơn bản chất từ tính của vật coi nguyên tử là phần tử nhỏ bé nhất cấu tạo nên các vật thể thì sự hình thành từ tính của nguyên tử chính là nguồn gốc tính chất từ của vật liệu. Vậy chúng ta hãy khảo sát từ tính của nguyên tử, xuất phát từ tính chất từ của điện tử, hạt Momen từ của electronĐể đơn giản ta coi quỹ đạo chuyển động của electron quanh hạt nhân là một đường tròn có bán kính r, khi đó momen từ quỹ đạo của electron này xác định theo biểu thức sau \ {{\vec{p}}_{m}}=i.\overrightarrow{S}=\frac{e}{T}\pi {{r}^{2}}.\vec{n}=-\frac{e}{2}\vec{\omega }{{r}^{2}}=-\frac{e}{2m}\overrightarrow{\ell } \ đây \ e=1,{{ }C \ là điện lượng của electron; \ m=9,{{ }kg \ là khối lượng electron; T và \ \omega \ là chu kì và vận tốc góc quay của electron quanh hạt nhân; \ \overrightarrow{\ell }=m{{r}^{2}}\vec{\omega } \ là momen động lượng quỹ đạo của electron; \ S=\pi {{r}^{2}} \ là diện tích hình tròn quỹ đạo; \ i=\frac{e}{T} \ là cường độ dòng điện do chuyển động của điện tử trên quỹ đạo; \ \vec{n} \ là pháp vectơ đơn vị của mặt phẳng quỹ đạo, xác định theo quy tắc “cái đinh ốc” xoay cái đinh ốc theo chiều dòng điện thì chiều tiến của cái đinh ốc là chiều của \ \vec{n} \. Do electron mang điện âm nên chiều dòng điện luôn ngược với chiều quay của electron, nên \ \vec{n} \ ngược chiều với \ \vec{\omega } \ và \ \vec{\ell } \.Từ suy ra, quan hệ giữa momen từ quỹ đạo và momen động lượng của electron được xác định bởi tỉ số từ cơ hay tỉ số hồi chuyển \ \gamma =\frac{{{{\vec{p}}}_{m}}}{\overrightarrow{\ell }}=-\frac{e}{2m} \ momen từ và vectơ momen động lượng của điện tử hướng ngược chiều nhau vì momen từ xác định theo chiều dòng điện còn momen động lượng xác định theo chiều chuyển động của điện tử. Trong cơ học lượng tử mối quan hệ của hai vectơ này được biểu thị dưới dạng toán tử \ {{\widehat{{\vec{p}}}}_{m}}=-\frac{e}{2m}\widehat{\overrightarrow{\ell }} \ số về môđun \ \left {{{\vec{p}}}_{m}} \right=\frac{e}{2m}\left \overrightarrow{\ell } \right=\frac{e\hbar }{2m}\sqrt{\ell \left \ell +1 \right} \ chiếu của \ {{\vec{p}}_{m}} trên trục Oz {{p}_{mz}}=\frac{e\hbar }{2m}{{m}_{\ell }} \ \ \ell \ là số lượng tử quỹ đạo \ \ell =0,1,2,3,… \ và \ {{m}_{\ell }} \ là số lượng tử hình chiếu momen động lượng trên trục z hay là số lượng tử từ quỹ đạo \ {{m}_{\ell }}=0,\pm 1,\pm 2,\pm \ell \; \ \hbar =\frac{h}{2\pi } \ và \ h=6,{{ }Js \ là hằng số khác, electron cũng tự quay xung quanh mình nó chuyển động nội tại nên có momen từ spin spin có nghĩa là tự quay có giá trị lớn gấp 2 lần momen từ quỹ đạo \ {{\vec{p}}_{s}}=-\frac{e}{m}\vec{s} \ hay \\left {{{\vec{p}}}_{s}} \right=\frac{e\hbar }{m}\sqrt{s\left s+1 \right}\ đây s là số lượng tử spin, đặc trưng trạng thái của electron. Chiếu lên phương z có \ {{p}_{sz}}=\frac{e\hbar }{m}{{m}_{s}}=\pm \frac{e\hbar }{2m}=\pm {{\mu }_{B}} \ đây \ {{m}_{s}}=\pm \frac{1}{2} \ là số lượng tử từ spin và \ {{\mu }_{B}}=\frac{e\hbar }{2m}=0,{{ \ hay J/T gọi là magneton Bohr, là đơn vị đo từ độ của nguyên các nguyên tử phức tạp lớp vỏ điện tử gồm nhiều electron, momen từ quỹ đạo tổng cộng và cả momen từ spin, bằng tổng các momen từ của các electron riêng lẻ. Các nguyên tử có lớp vỏ electron lấp đầy có momen từ bằng không. Ở các hợp chất mỗi electron có thể thuộc về nhiều nguyên tử hay toàn mạng mô hình electron tự do. Trong trường hợp này người ta giải thích từ tính của electron theo thuyết vùng năng lượng mà ở đây không xét Momen từ của hạt nhânhạt nhân nguyên tử mang điện tích dương, có thể coi nó như một điện tích bé nhỏ, dịch chuyển tại chỗ do dao động nhiệt có spin và tương tác với nhau bằng các momen từ. về độ lớn, spin hạt nhân bằng spin electron do điện tích bằng nhau, nhưng khối lượng hạt nhân thường lớn gấp 103 lần khối lượng của electron, do đó theo biểu thức momen từ hạt nhân phải nhỏ hơn momen từ electron tới 3 bậc, vì vậy nó ảnh hưởng rất ít đến tính chất từ của vật liệu, có thể bỏ qua. Tuy nhiên trong một số trạng thái, ví dụ như hiện tượng cộng hưởng từ hạt nhân …, vai trò của momen từ hạt nhân là rất quan Momen từ tổng hợp của nguyên tửNhư đã trình bày ở trên, momen từ hạt nhân rất nhỏ bé, có thể bỏ qua, vì vậy momen từ của nguyên tử là tổng các momen từ của các electron. Mà tổng các momen từ quỹ đạo của các electron \ {{\overrightarrow{P}}_{L}}=\sum\limits_{i}{{{{\vec{p}}}_{mi}}} \ cơ học lượng tử, ta có \ {{P}_{L}}=\sum\limits_{i}{{{p}_{mi}}}=\frac{e\hbar }{2m}\sqrt{L\left L+1 \right} \ \ L=\sum\limits_{i}{{{\ell }_{i}}} \ là momen động lượng tổng cộng của từ spin của nguyên tử \ {{\overrightarrow{P}}_{s}}=\sum\limits_{i}{{{{\vec{p}}}_{si}}} \ độ lớn của momen từ spin \ {{P}_{S}}=\sum\limits_{i}{{{p}_{si}}}=\frac{e\hbar }{m}\sqrt{S\left S+1 \right} \ đây \ S=\sum\limits_{i}{{{s}_{i}}} \ là tổng số lượng tử trạng từ tổng cộng của nguyên tử \ {{\overrightarrow{P}}_{J}}={{\overrightarrow{P}}_{L}}+{{\overrightarrow{P}}_{S}} \ \ {{P}_{J}}={{P}_{L}}+{{P}_{S}}=\frac{e}{2m}\left L+2S \right \ J là số lượng tử momen động lượng toàn phần của electron, J có thể nhận các giá trị \ J=L+S,L+S-1,L+S-2,…,L-S \ nếu L > SHoặc \ J=S+L,S+L-1,S+L-2,…,S-L \ nếu S > LKhi đó có \ \left {{P}_{J}} \right=g{{\mu }_{B}}\sqrt{J\left J+1 \right} \ hình chiếu của \{{\overrightarrow{P}}_{J}}\ lên trục z \{{P}_{Jz}}=g{{\mu }_{B}}{{m}_{J}}\ g là thừa số Landé \ g=1+\frac{J\left J+1 \right+S\left S+1 \right-L\left L+1 \right}{2J\left J+1 \right} \ thừa số tách mức từ, mJ là số lượng tử hình chiếu momen động lượng toàn phần, có thể nhận 2J + 1 giá trị \ {{m}_{J}}=0,\pm 1,\pm 2,…,\pm J \Ở trạng thái cơ bản, các số lượng tử S, L, J được xác định bằng quy tắc Hund, áp dụng cho các electron trong một lớp cho trước của nguyên tử như sau+ Spin toàn phần S có giá trị cực đại thỏa mãn nguyên lý loại trừ Pauli – mỗi trạng thái ứng với 4 số lượng tử \ n,\ell ,{{m}_{\ell }},{{m}_{s}} \ chỉ có một electron chiếm chỗ.+ Momen quỹ đạo L momen động lượng có giá trị cực đại phù hợp với giá trị đó của S.+ Momen động lượng toàn phần J = L – S khi lớp được lấp đầy chưa đến ½ và J = L + S khi lớp được lấp đầy trên ½ nếu lớp được lấp đầy đúng 1/2 thì theo quy tắc đầu L = 0 và J = S.Các quy tắc Hund có nguồn gốc là ở trạng thái cơ bản năng lượng của các lớp electron phải thấp nhất. Khi L = 0, nghĩa là chỉ có số từ spin thì g = 2; khi S = 0, nghĩa là chỉ có số từ quỹ đạo, g = 1. Thường người ta không quan tâm đến biểu thức mà chỉ lưu ý đến biểu thức đối với momen từ nguyên tất cả các nguyên tử và ion có lớp vỏ lấp đầy S = 0, L = 0 và J = 0, momen từ của chúng bằng 0. Vì vậy, tính từ hóa gắn liền với sự có mặt trong nguyên tử có lớp vỏ không lấp đầy electron. Theo nguyên lý Pauli ở mỗi trạng thái lượng tử không có quá 2 electron có spin đối song song, như vậy momen spin tổng cộng của các electron này bằng 0. Các electron này gọi là “electron cặp đôi”. Nếu một nguyên tử hoặc ion bao gồm một số lẻ các electron thì 1 trong chúng sẽ không cặp đôi được và nhìn chung nguyên tử này có khả năng xuất hiện momen từ. Đối với các nguyên tử có số chẳn electron có thể xảy ra 2 trường hợp tất cả các electron không cặp đôi và nguyên tử sẽ có momen từ. Ví dụ H, K, Na, Ag có số lẻ các electron và một trong chúng không cặp đôi; Be, C, He, Mg có số chẵn electron và tất cả chúng đều cặp đôi; Oxy có số chẵn electron nhưng 2 trong chúng không cặp tính tổng các momen từ quỹ đạo và momen từ spin có thể xảy ra trường hợp chúng bù trừ nhau và momen tổng hợp của nguyên tử bằng 0, còn nếu không có bù trừ thì nguyên tử sẽ có momen từ, tức là chúng có từ tính. Có thể dựa vào đây để phân loại vật liệu vật liệu mà nguyên tử của nó không có khả năng tạo momen từ thì gọi là những vật liệu nghịch từ hình những vật liệu mà nguyên tử của nó có khả năng có momen từ thì có thể là thuận từ, sắt từ, phản sắt từ hay feri từ. Các vật liệu có tổng các momen từ bằng 0 hoặc rất nhỏ thì là thuận từ hình Ở các vật liệu mà các momen từ bằng 0 hoặc rất nhỏ thì là thuận từ hình Ở các vật liệu có tổng các momen từ định hướng song song với nhau, tức là momen từ tổng cộng rất lớn, thì là sắt từ hình Các vật liệu phản sắt từ có các momen từ đối song song với nhau hình Vật liệu feri từ như đã biết, có các momen từ đối song song nhưng độ lớn của chúng không bằng nhau hình
Sự khác biệt chính - Từ tính Nguyên vật liệu đấu với Không Vật liệu từ tính Các sự khác biệt chính giữa vật liệu từ tính và không từ tính là vật liệu từ bị thu hút vào một từ trường bên ngoài do sự liên kết đúng đắn của các miền từ tính trong khi các vật liệu không từ tính bị đẩy khỏi một từ trường bên ngoài do sự sắp xếp ngẫu nhiên của các từ trường. Tất cả các vật chất có thể được chia thành hai nhóm là vật liệu từ tính và vật liệu không từ tính dựa trên tính chất từ tính của chúng. NỘI DUNG 1. Tổng quan và sự khác biệt chính2. Vật liệu từ tính là gì3. Vật liệu không từ tính là gì4. So sánh cạnh nhau - Vật liệu từ tính và Vật liệu không từ tính ở dạng bảng5. Tóm tắt Vật liệu từ tính là gì? Vật liệu từ tính là vật liệu có miền từ tính và bị hút vào từ trường bên ngoài. Những vật liệu này được thu hút mạnh mẽ bởi nam châm. Hầu hết các vật liệu từ tính có thể được chuyển đổi thành nam châm vĩnh cửu bằng cách từ hóa. Những vật liệu này về cơ bản được chia thành hai nhóm là vật liệu cứng và mềm từ tính. Vật liệu mềm từ tính có thể dễ dàng từ hóa, nhưng từ tính của chúng là tạm thời. Vật liệu cứng từ tính có thể được từ hóa bằng từ trường mạnh và tính chất từ của chúng là vĩnh viễn. Ngoài ra, các vật liệu từ tính được chia thành nhiều nhóm dựa trên tính chất từ. Vật liệu từ tính - không bị thu hút bởi một từ trường bên ngoài Vật liệu từ tính - thu hút bởi từ trường bên ngoài Vật liệu sắt từ - bị thu hút mạnh mẽ bởi từ trường bên ngoài Vật liệu sắt từ - các miền từ được sắp xếp theo hai hướng ngược nhau nhưng mô men từ thực không bằng không Vật liệu chống từ - các miền từ tính được sắp xếp theo hai hướng ngược nhau và mô men từ thuần bằng không Hình 01 Một nam châm vĩnh cửu Ví dụ cho các vật liệu từ tính bao gồm ferrite sắt nguyên chất, neodymium một kim loại đất hiếm, Magnetite, hematit cả Magnetite và hematit là các oxit của sắt, coban, niken, sắt và hợp kim kim loại của chúng, Vật liệu không từ tính là gì? Vật liệu không từ tính là vật liệu không bị hút vào từ trường bên ngoài. Điều này có nghĩa là các vật liệu không từ tính không bị thu hút bởi một nam châm vĩnh cửu. Những vật liệu này cho thấy không có hoặc phản ứng nhẹ với từ trường. Đó là bởi vì các miền từ tính của vật liệu không từ tính được sắp xếp một cách ngẫu nhiên khiến cho các khoảnh khắc từ tính của các miền này bị hủy bỏ. Hình 02 Nhựa là vật liệu không từ tính Các ví dụ về vật liệu không từ tính bao gồm một số kim loại và hợp kim như thép, gang, hợp kim đồng và nhôm, Ngoài ra, vật liệu polymer, gỗ và thủy tinh cũng là vật liệu không từ tính. Những vật liệu này được sử dụng để sản xuất các bộ phận của một số hệ điều hành mà không có hiệu ứng từ được mong đợi. Ngoài ra, những vật liệu này được sử dụng để chế tạo vỏ la bàn và nhiều thứ khác. Sự khác biệt giữa vật liệu từ tính và vật liệu không từ tính là gì? Vật liệu từ tính so với vật liệu không từ tính Vật liệu từ tính là vật liệu có miền từ tính và bị hút vào từ trường bên ngoài. Vật liệu không từ tính là vật liệu không bị hút vào từ trường bên ngoài. Miền từ Các miền từ của vật liệu từ tính được sắp xếp song song hoặc sắp xếp song song do đó chúng có thể phản ứng với từ trường khi chúng chịu ảnh hưởng của từ trường bên ngoài. Các miền từ của vật liệu không từ tính được sắp xếp một cách ngẫu nhiên theo cách mà các khoảnh khắc từ tính của các miền này bị hủy bỏ. Do đó, chúng không phản ứng với từ trường. Công dụng Vật liệu từ tính được sử dụng để chế tạo nam châm vĩnh cửu là bộ phận của hệ điều hành đòi hỏi phải có tính chất từ tính. Vật liệu không từ tính được sử dụng để chế tạo các bộ phận của một số hệ điều hành nơi không có hiệu ứng từ được mong đợi và những thứ khác như trường hợp la bàn. Tóm lược - Từ tính Nguyên vật liệu đấu với Không Vật liệu từ tính Vật liệu từ tính bị thu hút bởi nam châm vĩnh cửu trong khi vật liệu không từ tính thì không. Sự khác biệt giữa vật liệu từ tính và không từ tính là vật liệu từ tính bị hút vào từ trường bên ngoài do sự liên kết đúng đắn của từ trường trong khi vật liệu không từ tính bị đẩy khỏi từ trường bên ngoài do sự sắp xếp ngẫu nhiên của từ trường. Tài liệu tham khảo 1. Vật liệu từ tính, không từ tính, sắt từ. Có sẵn ở đây 2. Vật liệu không từ tính. Từ điển miễn phí. Farlex. Có sẵn ở đây 3. Vật liệu không từ tính. Có sẵn ở đây Hình ảnh lịch sự 1.'Horseshoe nam châm của Zureks'By Zureks - Công việc riêng, Tên miền công cộng qua Commons Wikimedia 2.'2754171'by Mimzy Miền công cộng qua pixabay
Thư Viện Bài Giảng Vật Lý Đại Cương Copyright by Trung Tâm Gia Sư Nhân Tài Việt
vật liệu từ và ứng dụngBạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây MB, 37 trang Advertisement Vật liệu từ và ứng dụng————————————————————————————————————–MỞ ĐẦULịch sử của từ học được bắt đầu từ khi người Trung Hoa cổ đại phát hiện racác đá từ thạch có khả năng định hướng Nam – Bắc, và có khả năng hút các vật bằngsắt. Nghiên cứu về từ học được mở ra vào thế kỷ 18 khi Girlbert viết cuốn sách vềĐiện và Từ, sau đó là thí nghiệm về sự tương tác giữa từ trường và dòng điện củaOersted, các công trình của Ampere và Faraday… Các nghiên cứu về từ học và cácvật liệu từ phát triển như vũ bão ở thế kỷ 20, và vật liệu từ đã thực sự được đưa vàoứng dụng rộng rãi trong cuộc sống và sản mặt ứng dụng, trong công nghiệp và đời sống hằng ngày, người ta chiavật liệu từ thành ba loại chính. Đó là vật liệu từ cứng, vật liệu từ mềm và vật liệu ghitừ. Trong khuôn khổ bài tiểu luận này, em xin trình bày một số vấn đề cơ bản của baloại vật liệu từ đã được phân loại như trên và một số ứng dụng của chúng. Nội dungcủa bài tiểu luận gồm các phần như sauChương 1 Tổng quan về ba loại vật liệu từChương 2 Vật liệu từ mềm ferit spinel và vật liệu từ cứng ferit hecxagonal————————————————————————————————————-1 Advertisement Vật liệu từ và ứng dụng————————————————————————————————————–CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BA LOẠI VẬT LIỆU Các ứng dụng của vật liệu từ cứng và từ Ứng dụng của vật liệu từ cứngĐã có rất nhiều vật liệu từ cứng được phát hiện, nghiên cứu và ứng dụng trongnhiều lĩnh vực với nhiều mục đích khác nhau. Các loại vật liệu từ cứng chính có thểkể đến là• Các loại thép nam châm• Các nam châm trên cơ sở hợp kim sắt từ mà điển hình là các nam châm hợpkim AlNiCo• Các nam châm ferit• Các nam châm đất hiếm trên cơ sở coban• Các nam châm đất hiếm vật liệu từ cứng được sử dụng làm nam châm vĩnh cửu, ứng dụng trong rấtnhiều lĩnh vực khác nhau của đời sống và kỹ thuật. Nam châm vĩnh cửu được sửdụng ở dạng đơn giản trong các thiết bị như các động cơ, máy phát, khởi động điệntừ, loa điện động … và trong các linh kiện công nghệ cao như các các cảm biến, đĩaghi từ mật độ cao, vi khởi động điện từ… Trong tình trạng khủng hoảng về nănglượng và ô nhiễm môi trường như hiện nay, vấn đề sử dụng các nguồn năng lượngtái tạo lại đang được toàn thế giới đặc biệt quan tâm và phát triển mạnh mẽ. Namchâm vĩnh cửu đóng vai trò quan trọng không thể thiếu được trong hầu hết các thiếtbị chuyển đổi các dạng năng lượng đó thành năng lượng thể phân loại các ứng dụng của nam châm vĩnh cửu trong các thiết bị trêncơ sở tác dụng của chúng như sau• Nam châm vĩnh cửu dùng để biến đối điện năng thành cơ năng cácloại động cơ và biến đổi cơ năng thành điện năng các loại máy phát• Nam châm vĩnh cửu dùng để tạo lực tác dụng lên các vật liệu dẫn từvật liệu từ mềm, biến thế, nâng bằng từ, đồ chơi, vật liệu từ gia dụng, liệu từ và ứng dụng————————————————————————————————————– Advertisement • Nam châm vĩnh cửu định hướng theo hướng từ trường ngoài kim địabàn …• Nam châm vĩnh cửu dùng để tạo lực tác dụng lên các hạt điện tíchchuyển độngVật liệu từ cứng có thể dùng để chế tạo các nam châm vĩnh cửu hoặc được sử dụnglàm vật liệu ghi từ trong các ổ đĩa cứng, các băng số loại nam châm vĩnh cửu đã chế tạo được từ vật liệu từ cứng là+ Nam châm AlNiCo là loại nam châm được chế tạo từ các hợp kim củanhôm, niken, côban và một số các phụ gia khác như đồng, titan… Đây là loại namchâm cho từ dư cao tới – T nhưng có lực kháng từ chỉ xung quanh 1kOe,đồng thời giá thành cũng khá cao nên hiện nay tỉ lệ sử dụng ngày càng giảm dần.+ Ferrite từ cứng là loại nam châm vĩnh cửu được chế tạo từ các ferit từcứng như ferit Ba, Sr… là các vật liệu dạng gốm và có thể bổ sung các nguyên tốđất hiếm để cải thiện tính từ cứng. Loại nam châm này có hàm lượng ôxy cao nên cótừ độ khá thấp, có lực kháng từ từ 3 đến 6 kOe, có khả năng cho tích năng lượng từcực đại lớn nhất không quá 6MGOe. Hiện nay loại nam châm này chiếm tới hơn50% thị phần sử dụng do những ưu điểm về giá thành cực rẻ, chế tạo và gia công rấtdễ, độ bền cao.+ Nam châm đất hiếm là loại nam châm vĩnh cửu được tạo ra từ các hợpkim hoặc hợp chất của các kim loại đất hiếm và kim loại chuyển châm nhiệt độ cao SmCo là hệ các nam châm vĩnh cửu được chế tạo từhợp chất ban đầu là SmCo5 được phát minh năm 1966 bởi tiến sĩ Karl J. Strnat Air Force Materials Laboratory có tích năng lượng từ cực đại 18 MGOe, sau đóKarl J. Strnat lại phát minh ra hợp chất Sm2Co17 có tích năng lượng từ tới 30 MGOevào năm 1972. Hệ nam châm SmCo có nhiệt độ Curie rất cao có thể đạt tới 1100 oCvà có lực kháng từ cực lớn tới vài chục kOe nhờ cấu trúc dạng lá đặc biệt. Vì thế,loại nam châm này được sử dụng trong các ứng dụng nhiệt độ cao ví dụ trong độngcơ phản lực….Nam châm NdFeB neodymium là hệ các nam châm dựa trên hợp chấtR2Fe14B R là ký hiệu chỉ các nguyên tố đất hiếm ví dụ như Nd, Pr… có cấu trúctinh thể kiểu tứ giác với lực kháng từ lớn hơn 10 kOe và từ độ bão hòa rất cao tới1,56 T nên là loại nam châm vĩnh cửu mạnh nhất hiện nay với khả năng cho tích————————————————————————————————————-3Vật liệu từ và ứng dụng————————————————————————————————————–năng lượng từ tới 64 MGOe tính toán theo lý thuyết. Năm 1983 nam châmNd2Fe14B lần đầu tiên được phát minh bởi R. Sagawa Nhật Bản có tích năng lượngtừ 57 MGOe. Tuy nhiên, loại nam châm này lại không thể sử dụng ở nhiệt độ cao docó nhiệt độ Curie chỉ châm đất hiếm NdFeB được sử dụng trong ổ cứng máy tính hình Hình ảnh nam châm đất hiếm NdFeBĐiểm yếu chung của các nam châm đất hiếm là có giá thành cao do chứađược sử dụng trong ổ cứng máy các nguyên tố đất hiếm đắt tiền, có độ bền kém do các nguyên tố đất hiếm cótính ôxy hóa rất cao. Vì vậy các nam châm đất hiếm vẫn không phải là loại được sửdụng nhiều nhất đứng sau nam châm ferit.+ Nam châm tổ hợp nano là loại nam châm mới ra đời từ đầu thập kỷ 90của thế kỷ 20, có cấu trúc tổ hợp của 2 pha từ cứng và từ mềm ở kích thướcnanomet. Các pha từ cứng chiếm tỉ phần thấp cung cấp lực kháng từ lớn, pha từmềm cung cấp từ độ lớn. Tính chất tổ hợp này có được là nhờ liên kết trao đổi đànhồi giữa các hạt pha từ cứng và từ mềm ở kích thước nanomet. Loại nam châm nàyđược tính toán có khả năng cho tích năng lượng từ khổng lồ hơn 3 lần so với namchâm mạnh nhất hiện nay là NdFeB nhưng thực nghiệm mới chỉ đạt được rất nhỏ sovới lý thuyết và các sản phẩm thực nghiệm mới trong giai đoạn sản xuất thử ra còn nhiều loại nam châm với các tính chất khác nhau nữa. Tùy theonhu cầu sử dụng mà người ta chế tạo các loại nam châm khác nhau. Những lĩnh vựcứng dụng chủ yếu của các nam châm là loa điện, môtơ điện, các thiết bị đo điện,… Advertisement Trong vài năm gần đây phạm vi ứng dụng nam châm vĩnh cửu mở rộng rất nhiều,đặc biệt trong các ngành điện, điện tử, giao thông vận tải, y sinh học. Các máy phátđiện chạy bằng sức gió, sức nước dùng động cơ nam châm vĩnh cửu góp phần bổsung nguồn năng lượng thiếu hụt và ngày càng đắt đỏ trên trái đất, các môtơ mộtchiều cho xe đạp, xe máy, ôtô chạy điện giảm ô nhiễm môi trường. Các viên từ chữa————————————————————————————————————-4Vật liệu từ và ứng dụng————————————————————————————————————–đau đầu, đau khớp, huyết áp cao… được sử dụng ngày một phổ biến. Đặc biệt cáchạt bột từ cỡ nano mét trong chất lỏng từ để tải thuốc tới chữa trị các khối u đangđược quan tâm nghiên cứu. Chính bởi những ứng dụng hết sức phong phú và đadạng này mà sản lượng nam châm không ngừng được phát Ứng dụng của vật liệu từ mềmCác vật liệu từ mềm rất đa dạng, khối lượng sử dụng lớn, được ứng dụngtrong nhiều lĩnh vực khác nhau. Các vật liệu từ mềm được sử dụng làm các vật dẫntừ trong các đường dây tải điện, các máy biến thế, các máy điện, các rơle, các máyđo, lõi các cuộn cảm, các màn chắn từ,… Vật liệu từ mềm đóng vai trò như mộtkhuếch đại cảm ứng từ. Ngoài ra, còn có một số yêu cầu riêng cho các ứng dụng cụthể. Ví dụ, khi vật liệu từ mềm được dùng làm màn chắn từ để chắn không chođường sức từ xuyên qua nó thì yêu cầu chủ yếu của vật liệu là, độ từ thẩm ban đầuμ0 và độ từ thẩm cực đại μ max phải cao. Nếu dùng vật liệu từ mềm làm biến thế xungthì đường từ hóa ban đầu của vật liệu càng dốc đứng thì tốc độ tăng xung càng nhiều loại vật liệu từ mềm đã được nghiên cứu, ché tạo và ứng dụng vớicác mục đích khác nhau. Các vật liệu từ mềm chính có thể kể đến là–Kim loại, hợp kim từ mềm sắt tinh khiết kỹ thuật, thép kỹ thuật điện,permalloys… – Advertisement Điện môi từ–Ferit từ mềm–Vật liệu từ mềm vô định hình và có kích thước liệu từ mềm được ứng dụng làm lõi dẫn từ trong máy biến thế, lõi cuộn cảm,lõi tạo từ trường trong nam châm điện, cảm biến đo từ trường… Các vật liệu ferit cóđiện trở suất lớn tới 106 cm được sử dụng rất hiệu quả trong lĩnh vực cao loại vật liệu có tính từ giảo được sử dụng làm thiết bị siêu biến thế hay máy biến áp là thiết bị điện có thể thay đổi hiệu điện thế xoaychiều, tăng thế hoặc hạ thế, đầu ra cho một hiệu điện thế tương ứng với nhu cầu sửdụng và đóng vai trò rất quan trọng trong truyền tải điện năng. Cấu tạo cơ bản của Advertisement ————————————————————————————————————-5Vật liệu từ và ứng dụng————————————————————————————————————–máy biến thế thường là hai hay nhiều cuộn dây đồng cách điện được quấn trên cùngmột lõi sắt hay sắt từ ferit hình Hình ảnh bên trong của một máy cảm là một linh kiện điện tử thụ động, thường dùng trong mạch điện códòng điện biến đổi theo thời gian như các mạch điện xoay chiều. Cuộn cảm có tácdụng lưu trữ năng lượng ở dạng từ năng năng lượng của từ trường tạo ra bởi cuộncảm khi dòng điện đi qua và làm dòng điện bị trễ pha so với điện áp một góc bằng90°. Hình là một ví dụ về cuộn cảm có lõi làm bằng Ảnh chụp các lõi ferrite trong các cuộn cảm sử dụng ở tần số caodẫn sóng, tách sóng.Nam châm điện là một dụng cụ tạo từ trường hay một nguồn sản sinh từtrường hoạt động nhờ từ trường sinh ra bởi cuộn dây có dòng điện lớn chạy ứng từ của nam châm điện được dẫn và tạo thành lớn nhờ việc sử dụng một lõidẫn từ làm bằng vật liệu từ mềm có độ từ thẩm lớn và cảm ứng từ bão hòa cao. Khácvới nam châm vĩnh cửu có cảm ứng từ cố định, nam châm điện có cảm ứng từ có thểthay đổi được nhờ việc điều khiển dòng điện chạy qua cuộn dây. Nam châm điện lần————————————————————————————————————-6Vật liệu từ và ứng dụng————————————————————————————————————–đầu tiên được phát minh bởi nhà điện học người Anh William Sturgeon 1783-1850vào năm 1825 hình Advertisement Hình Hình ảnh nam châm điện đầu tiên làm từ một lõi sắt châm điện của Sturgeon là một lõi sắt non hình móng ngựa có một sốvòng dây điện cuốn quanh. Khi cho dòng điện sinh ra bởi một pin nhỏ chạy qua, lõisắt bị từ hóa và cảm ứng từ sinh ra đủ mạnh để hút lên được một hộp sắt nặng 7ounce. Khi ngắt dòng điện, từ trường của lõi cũng biến biến đo từ trường hiện nay thường dùng các màng mỏng từ mềm. là cấu tạo của một cảm biến sử dụng hiệu ứng từ trở Magnetoresistance – MR là sự thay đổi điện trở suất của vật liệu dưới tác dụng của từ trường ngoài và mộtcảm biến sử dụng hiệu ứng từ trở khổng lồ Giant Magnetoresistance – GMR – là sựthay đổi lớn của điện trở ở các vật liệu từ dưới tác dụng của từ trường ngoài. Haiđầu cảm biến là hai lớp chắn từ không cho từ trường bên ngoài làm ảnh hưởng đếnlớp ở giữa. Ở giữa là màng đa lớp gồm 4 lớp màng mỏng lớp sensing làm từ NiFe,lớp spacer vật liệu đồng, lớp pinned làm từ Co và lớp exchange. Ba lớp đầu rấtmỏng, cho phép các electron dẫn có thể di chuyển tự do từ lớp sensing sang lớppinned và ngược lại thông qua lớp spacer. Hướng từ hóa của lớp pinned là cố định,trong khi hướng từ hóa của lớp sensing có thể thay đổi theo từ trường ngoài. Khi lớppinned và lớp sensing có cùng hướng mômen từ, các điện tử có spin song song vớimômen từ này sẽ di chuyển tự do trong cả hai lớp màng mỏng, và điện trở thu đượclà nhỏ. Khi ta đổi hướng từ hóa lớp sensing, lớp pinned và lớp sensing có mô men từngược hướng nhau, thì khi đó điện tử có spin hướng lên bị cản trở bởi một lớp màng————————————————————————————————————-7Vật liệu từ và ứng dụng————————————————————————————————————–từ, và điện tử có spin hướng xuống sẽ bị cản trở bởi lớp màng từ còn lại, kết quả làđiện trở thu được rất Cấu tạo của cảm biến MR và cảm biến GMRsử dụng trong ổ đĩa Các yêu cầu về tính chất từ của vật liệu từ cứng và vật liệu từ mềmTính mềm/cứng không nằm ở tính chất cơ học, mà nằm ở khả năng khó haydễ bị từ hoá và khử từ. Như vậy, thông số ban đầu nói lên tính cứng/mềm là giá trịlực kháng từ HC. Các đường cong từ trễ ở hình là một cách phân chia tương đốivật liệu từ mềm/cứng. Ta thấy rằng các vật liệu từ mềm có giá trị H C nhỏ thườngdưới 102 Oe. Trong khi các vật liệu từ cứng có HC lớn trên 102 Oe.————————————————————————————————————-8Vật liệu từ và ứng dụng————————————————————————————————————–Hình Các đường cong từ trễ của vật liệu từ cứng và vật liệu từ yêu cầu chung cho các vật liệu từ mềm là• Từ hóa dễ, nghĩa là khi từ trường ngoài H đặt vào để từ hóa vật liệu vớigiá trị nhỏ mà cảm ứng từ B đã đạt được khá lớn vật liệu có giá trị μ 0 lớn, μmax lớnvà Hc nhỏ.• Cảm ứng từ cực đại Bs có giá trị cao. Điều này có nghĩa là, các vật liệu từmềm với một thể tích không đổi, số đường sức từ qua nó càng nhiều càng giảm đượckích thước của vật liệu sử thể hai điều kiện trên không thỏa mãn đồng thời trong 1 loại vật liệu.• Khi sử dụng các vật liệu từ mềm trong từ trường xoay chiều sẽ xuất hiệntổn hao, yêu cầu tổn hao càng nhỏ càng liệu từ mềm có độ từ thẩm μ phải càng lớn càng tốt, vì ta biết quan hệB= nghĩa là nếu ta có giá trị μ lớn, ta có thể tạo ra một cảm ứng từ rất lớn chỉbằng một từ trường ngoài không cần lớn. Độ từ thẩm của vật liệu từ mềm khôngnhững lớn, mà còn phụ thuộc vào từ trường, vì thế, người ta còn dùng hai thông sốvề độ từ thẩm của vật liệu từ mềm để nói lên tính “mềm” của nó, đó là– Độ từ thẩm ban đầu µi initial permeability là độ từ thẩm tại giá trị H=0, đượcBH →0 Hxác định bằng tỉ số µi = lim liệu từ và ứng dụng————————————————————————————————————–– Độ từ thẩm cực đại µmax maximum permeability là giá trị cực đại của độ từthẩm, không phụ thuộc vào từ trường ngoài, chỉ phụ thuộc vào bản chất vật Đường cong từ trễ của vật liệu từ mềmvà các thông số đặc trưng của nó trên đường độ bão hoà BS của vật liệu từ mềm thường rất lớn, trong khi vật liệu từcứng thường có từ độ bão hòa ứng từ dư B r là cảm ứng từ còn dư sau khi ngắt từ trường. Vật liệu từcứng có cảm ứng từ dư khá cao và hầu như còn nguyên vẹn sau khi ngắt từ trườngtừ hóa, muốn triệt tiêu nó thì ta phải từ hóa vật theo chiều ngược lại với một từtrường khử lớn tới hàng trăm kA/m. Trái lại đối với vật liệu từ mềm, sau khi ngắttừ trường từ hóa thì cảm ứng từ dư của vật biến mất hoặc chỉ còn rất nhỏ, rất dễ khửmất nó bằng một từ trường khử rất bé cỡ vài trăm A/m.Đối với vật liệu từ mềm, một thông số khác mà người ta quan tâm đến là tổnhao trễ, hay năng lượng bị mất mát trong một chu trình từ trễ hysteresis loss, đượctính bằng diện tích giới hạn bởi đường cong từ trễ. Vật liệu từ mềm tốt, ngoài cácyếu tố HC nhỏ, μ cao, IS lớn, còn cần có tổn hao trễ càng nhỏ càng tốt. Nhưng khi vậtliệu được sử dụng trong từ trường xoay chiều ví dụ như lõi biến thế, lại phát sinhra một tổn hao khác đáng chú ý, đó là tổn hao dòng xoáy Eddy current loss do khiđặt vào từ trường xoay chiều, xuất hiện dòng Foucault chạy kín trong lõi làm toảnhiệt trên lõi. Công suất toả nhiệt được cho bởi công thức————————————————————————————————————-10Vật liệu từ và ứng dụng————————————————————————————————————–PEddy = .d 2 .k 2f. f .ρ BS là cảm ứng từ bão hoà của lõi vật liệu từ mềm chỉ cần bão hoà từ trong từtrường rất nhỏ so với IS nên cũng có thể nói rằng cảm ứng từ B cũng có xu hướngđến giá trị bão hoà, d là độ dày của lõi, k f là một hệ số đặc trưng, f là tần số của từtrường xoay chiều, γ là khối lượng riêng của vật liệu, ρ là điện trở suất. Điều này lýgiải tại sao những vật liệu từ mềm nền kim loại ví dụ như lõi FeSi không thể dùngở tần số cao bởi chúng có điện trở suất nhỏ sẽ gây tổn hao Foucault lớn, mà phảidùng các ferrite từ mềm có điện trở suất rất lớn vật liệu gốm nhằm giảm dòngFoucault. Công thức cũng lý giải cho ta tại sao người ta phải chế tạo các lõibiến thế có dạng các lá mỏng d nhỏ vì để giảm dòng Foucault. Chú ý khi sử dụngvật liệu từ mềm ở tần số càng cao thì phẩm chất của vật liệu càng bị suy giảm, do đósự thay đổi của phẩm chất theo tần số là một thông số rất đáng quan tâm. Ngoài ra,việc khử từ giảo từ giảo là sự thay đổi hình dạng vật liệu từ dưới tác dụng của từtrường ngoài giúp cho việc tạo ra tính từ mềm tốt. Có những vật liệu có từ giảobằng 0 như vật liệu vô định hình nền các yêu cầu chính đã nêu trên còn có 1 số yêu cầu khác khi sử dụng vậtliệu từ mềm trong những ứng dụng cụ thể. Các thông số từ cần phải ổn định trongkhoảng nhiệt độ và thời gian sử dụng. Nói chung, đối với vật liệu từ mềm, giá trị từthẩm càng cao càng vật liệu từ cứng phải có lực kháng từ H c lớn, cảm ứng từ dư lớn và tíchnăng lượng cực đại lớn. Ngoài ra để ứng dụng được trong thực tế vật liệu làm namchâm vĩnh cửu phải là vật liệu sắt từ có dị hướng đơn trục c và có nhiệt độ Curie caohơn nhiều so với nhiệt độ phòng. Vật liệu phải có độ bền cơ học, hóa học bền trongmôi trường sử dụng và giá thành phải rẻ hoặc có thể chấp nhận được. Một số vậtliệu từ cứng được ứng dụng trong các nam châm hoạt động ở nhiệt độ cao nên nóđòi hỏi nhiệt độ Curie rất cao nhiệt độ Curie là nhiệt độ mà tại đó vật liệu bị mất từtính trở thành chất thuận từ. Loại vật liệu từ cứng có nhiệt độ Curie cao nhất hiệnnay là nhóm các vật liệu trên nền SmCo từ 500oC đến trên 1000oC.Các đặc trưng cơ bản của nam châm từ cứng là————————————————————————————————————-11Vật liệu từ và ứng dụng————————————————————————————————————–• Lực kháng từ HcĐây là đại lượng quan trọng của vật liệu từ cứng, lực kháng từ H c có giá trịcàng lớn càng tốt. Nguồn gốc của lực kháng từ lớn trong các vật liệu từ cứng chủyếu liên quan đến đến dị hướng từ tinh thể lớn trong vật liệu. Các vật liệu từ cứngthường có cấu trúc tinh thể có tính đối xứng kém hơn so với các vật liệu từ mềm vàchúng có dị hướng từ tinh thể rất lớn, nghĩa là có tính bất đối xứng rất cao về mặttinh thể học như các kiểu cấu trúc tinh thể lục giác, tứ giác… và thường là các vậtliệu có dị hướng đơn trục tức là có một trục dễ từ hoá. Vì vậy, muốn bão hoà mộtvật liệu từ mềm, ta chỉ cần một từ trường cỡ vài trăm Oe hay cùng lắm đến vài ngànOe nhưng để bão hoà một vật liệu từ cứng, ta cần từ trường cỡ vài chục đến vài trămngàn Oe. Để tạo ra vật liệu từ cứng tốt, người ta thường tạo ra nó gồm các hạt có cấutrúc đơn đômen, tức là mỗi hạt chỉ là một đômen từ tính, và cơ chế đảo từ sẽ là cơchế quay kết hợp các mômen từ cơ chế quay – rotation mechanism hoặc cơ chếhãm sự phát triển của mầm đảo từ nucleation field mechanism.• Cảm ứng từ dư Br, đường cong khử từ và tích năng lượng cực đại BHmaxCảm ứng từ dư Br là thông số dặc trưng của vật liệu từ cứng. Cùng với H cngười ta tìm cách tăng giá trị Br của vật liệu để nam châm có BH max đạt giá cong từ trễ là cách thông dụng nhất để thể hiện tính chất vĩ mô của vậtliệu. Đường cong từ trễ thuộc góc phần tư cung thứ hai gọi là đường cong khử thông số quan trọng khác được quan tâm của vật liệu từ cứng là tích năng lượngtừ cực đại Maximum Energy Product, đó là năng lượng cực đại có khả năng tíchtrữ trong một đơn vị thể tích vật từ. Khi vật liệu từ cứng đặt trong từ trong từ trườngngoài đã tự nạp năng lượng và tàng trữ phần lớn năng lượng đó khi lấy từ trườngngoài đi. Năng lượng này được giải phóng nếu vật liệu chịu tác dụng của trườngkháng từ. Theo lý thuyết thì giá trị BHmax được xác định bằng biểu thức sauBHmax = Br2/4μ0 [kJ/m3], hoặc BHmax = Br2/4 [MGOe]Tích năng lượng từ cực đại được xác định trên đường cong từ trễ ở góc phần tư thứ2, là điểm có giá trị tích lớn nhất. Giá trị năng lượng cực đại phụ thuộc và H c, Brvà hệ số lồi của đường cong khử từ.. Tích năng lượng từ cực đại nói lên độ mạnh———————————————————————————————————— Bảng so sánh các yêu cầu về tính chất từ của vật liệu từ cứng và vật liệu liệu từ và ứng dụng————————————————————————————————————–yếu của một nam châm. Vì thế đường cong từ trễ IH càng có dạng hình chữ nhậtcàng Cách xác định tích năng lượng từ cực đại trên đường cong từ trễcủa vật liệu từ Bảng so sánh các yêu cầu về tính chất từcủa vật liệu từ cứng và vật liệu từ liệu từ cứngVật liệu từ mềmHard magnetic materialsSoft magnetic materialsLà nhóm các vật liệu khó khử từ và khó Là các vật liệu dễ từ hoá và cũng dễtừ kháng từ HC kháng từ HC từ thẩm µ từ thẩm µ từ hóa bão hòa IS từ hóa bão hòa IS ứng từ dư Br khá cao, cường độ Cảm ứng từ dư Br khá nhỏ, cường độtrường khử từ khá khử từ rất năng lượng từ cực đại Độ tổn hao từ trễ Nguyên tắc ghi từ và các yêu cầu về vật liệu ghi Nguyên tắc ghi từ————————————————————————————————————-13Vật liệu từ và ứng dụng————————————————————————————————————–Cơ chế ghi dựa trên từ trường sinh bởi dòng điện đi qua ống xoắn. Các xungđộng được gửi đến đầu từ, sau đó những khuôn dạng từ khác nhau ứng với các dòngđiện âm/dương sẽ được ghi lên bề mặt đĩa ở bên dưới. Đầu từ là một thiết bị tươngđối nhỏ có khả năng đọc/ghi từ/lên một phần của tấm đĩa quay bên dưới. Đó là mộtcuộn dây quấn xung quanh một lõi vật liệu từ có xẻ một khe hình Dữ liệuđược đưa vào hay “ghi” bằng tín hiệu điện qua cuộn dây làm lõi từ sinh một từtrường đi qua trường này sẽ từ hóa một khu vực rất nhỏ trên đĩa hoặc ngắt trường, sự từ hóa vẫn còn lưu lại và tín hiệu đã được lưu trữ. Cũng chínhđầu từ đó được dùng để tái hiện thông tin đã lưu trữ. Khi băng hoặc đĩa đi qua khecủa đầu từ, mỗi một biến đổi của từ trường băng đĩa sẽ sinh ra một điện áp cảmứng trong cuộn dây đầu từ. Điện áp này được khuếch đại rồi chuyển về dạng nguyêngốc. Dữ liệu được đọc và ghi thông qua các dãy bit đơn vị nhỏ nhất của dữ liệu số.Một bit chỉ có hai trạng thái 0, 1 hay bật/ Nguyên tắc ghi hai phương pháp ghi từ là ghi theo chiều dọc và ghi vuông góc– Ghi theo chiều dọc là ghi từ trường theo chiều dọc, trong đó sự từ hoá của mỗibit dữ liệu sắp theo hàng ngang với sự quay của đĩa. Trong kiểu ghi theo chiều dọc,những trường giữa những bit kề sát nhau mà có trường ngược nhau được tách riêngbằng một vùng chuyển tiếp transition region như trên hình Mật độ phân bố làtổng số dữ liệu được lưu trữ trên ổ cứng trên một inch vuông, được tính bằng bằngsố track/inch nhân với số bit/inch. Giới hạn của mật độ phân bố đối với công nghệ————————————————————————————————————-14Vật liệu từ và ứng dụng————————————————————————————————————–ghi theo chiều dọc phụ thuộc vào hiệu ứng Superparamagtic Điểm mà tại đó nhữngvùng từ trường rời rạc của bề mặt đĩa quá nhỏ dẫn đến sự định hướng từ trường củachúng không ổn định trong môi trường nhiệt độ thông thường . Chính vì vậy giớihạn cuối cùng của mật độ phân bố trên ổ cứng chỉ đạt được 100 tới 200 Gbits/ chính là nguyên nhân dẫn tới sự chậm trễ của việc tăng dung lượng lưu trữ trên ổcứng dùng công nghệ ghi theo chiều Phương pháp ghi theo chiều dễ hiểu chúng ta sẽ xem các bit như là một thanh nam châm nhỏ. Thôngthường ghi theo chiều dọc, những nam châm đại diện cho các bit nằm liên tiếp gốinhau dọc theo những track tròn trên đĩa. Nếu các bit này được tích hợp ở mật độ caovà có những giá trị 0 và 1, sẽ xảy ra trường hợp những nam châm kề sát nhau đốiđầu với nhau ví dụ như cực bắc với cực bắc và đối đuôi nhau cực nam với cựcnam, lúc đó chúng sẽ tác động qua lại đẩy nhau làm cho chúng ở trạng thái dễkhông ổn định nhất là khi có ảnh hưởng bởi nhiệt độ môi trường. Cũng tương tự nhưthế khi các bit đứng gần nhau mà trái đầu nhau và chúng sẽ hút nhau gây nên sựkhông ổn định của dữ liệu. Ảnh hưởng này càng lớn khi chúng càng đứng gần nhauvà đó cũng chính là mặt hạn chế của phương pháp ghi theo chiều dọc.————————————————————————————————————-15Vật liệu từ và ứng dụng————————————————————————————————————–– Ghi vuông góc từ trường của bit sắp thành hàng thẳng đứng – hoặc vuông góc với chiều quay của đĩa hình Khi đó các bit không trực tiếp đối đầu với nhauvà sự ảnh hưởng lẫn nhau giữa chúng giảm đi đáng kể. Điều đó cho phép các bitxích lại gần nhau hơn và những tín hiệu truyền được rõ ràng hơn, thuận tiện để pháthiện những bit lỗi và chỉnh sửa lỗi. Theo nguyên tắc ghi này khả năng mật độ lưu trữthông tin trên một in2 được tăng lên. Một ưu thế trong phương pháp ghi vuông gócchính là tạo được những bit có kích thước rất nhỏ so với phương pháp ghi theo chiềudọc mà không bị ảnh hưởng bới hiệu ứng Superparamagtic bằng cách lưu trữ thôngtin trên vật liệu trung gian có từ tính mạnh hơn, chính vì thế dữ liệu sẽ có độ ổn Phương pháp ghi vuông ảnh hưởng tới sắp xếp vuông góc của luồng nam châm là hướng qua mộtvật liệu từ trường mềm tương đối dày nằm ở lớp bên dưới của màng từ trường từ trường mềm bên dưới có thể tác động lên đầu ghi, làm cho đầu ghi có côngsuất mạnh lên và nó có khả năng tạo nên trường ghi lớn hơn, về bản chất nó cũngtương tự như đầu đọc trong kiểu ghi theo chiều dọc.————————————————————————————————————-16Vật liệu từ và ứng dụng————————————————————————————————————– Các yêu cầu về vật liệu ghi từĐối với vật liệu dùng để chế tạo đầu ghi từ, yêu cầu vật liệu phải có độ từ thẩmđủ cao tại tần số cao và có thể đạt tới trạng thái bão hòa từ với dòng điện cấp nhỏnhất. Vật liệu dùng cho đầu ghi từ bắt buộc phải có độ từ hóa bão hòa cao để có thểtạo ra các từ trường ghi vượt qua giá trị lực kháng từ của các màng ghi từ thôngthường vào khoảng 500 ÷ 3000 Oe. Vật liệu Ni 81Fe19 có giá trị 4πMs ≈ 10 kGlà vậtliệu thường được sử dụng ở dạng màng mỏng trong các đầu ghi từ. Ngoài ra, các vậtliệu như pecmaloi độ cảm từ cao Ni50Fe50, Fe16 N2 4πMs≈ 3T cũng được sử liệu ghi từ phải có lực kháng từ không quá cao, tương ứng với từ trường đầughi tạo ra được đồng thời lại không quá thấp để vẫn còn giữ được mômen từ dướitác dụng của các trường tĩnh từ của các bít xung quanh. Lực kháng từ chỉ nằm trongkhoảng 500÷3000 Oe tức là vật liệu ghi từ nằm ở thang thấp nhất của vật liệu từcứng. Vật liệu ghi từ bắt buộc phải có độ từ dư cảm ứng từ dư B r đủ lớn sao chotrường ghi của các đơn đômen được ghi tín hiệu sắp xếp trên bề mặt màng ghi từ vớiđộ lớn khoảng vài Oe, có thể nhận biết được bằng đầu đọc. Một vật liệu ghi từ đòihỏi phải có độ từ hoá bão hoà I S tối thiểu là 500G µIS ≈ 0,63T và trong khoảng cácgiá trị cao hơn cho tới liệu dùng để chế tạo đầu đọc bắt buộc phải có lực kháng từ thấp, tín hiệu ồnthấp và có độ từ thẩm rất cao để có thể tương ứng với một sự thay đổi rất nhỏ vềthông lượng từ liên quan tới sự thay đổi của trường ghi yếu trên bề mặt của màngghi chức năng đọc và ghi có thể được đặc trưng cùng một đầu cảm ứng nhưngcó những cải tiến để phân biệt các chức năng đọc hay ghi. Khoảng cách từ đầu cảmứng đọc hay ghi tới màng ghi từ càng nhỏ càng tốt nhưng đòi hỏi phải không đểxảy ra bất cứ sự va chạm nào với màng Một số loại đầu ghi và đọc Đầu đọc và ghi trong ổ đĩa mềmỔ đĩa mềm Floppy Disk Drive – FDD là một thiết bị sử dụng để đọc và ghi dữliệu từ các đĩa mềm hình Các đĩa mềm lưu trữ dữ liệu thông qua nguyên lý————————————————————————————————————-17Vật liệu từ và ứng dụng————————————————————————————————————–lưu trữ từ trên bề mặt, do đó ổ đĩa mềm hoạt động dựa trên nguyên lý đọc và ghitheo tính chất từ. Đầu đọc/ghi dữ liệu được thiết kế ở cả hai mặt của ổ đĩa, chúngcùng di chuyển với nhau trong suốt quá trình đọc và cùng thực hiện chức năng đọcvà ghi dữ liệu. Khi thực hiện chức năng ghi, đầu đọc có tiết diện lớn hơn sẽ xóa dữliệu cũ, đảm bảo dữ liệu ghi vào không bị nhầm lẫn. Đầu đọc đĩa mềm giữ chặt vùngtrung tâm của vỏ đĩa và làm quay đĩa mềm ở bên trong để truy xuất dữ Hình ảnh bên trong ổ đĩa Đầu đọc và ghi trong ổ đĩa cứngỔ đĩa cứng, hay còn gọi là ổ cứng Hard Disk Drive – HDD là thiết bị dùng đểlưu trữ dữ liệu trên bề mặt các tấm đĩa hình tròn phủ vật liệu từ đĩa cứng là loại bộ nhớ “không thay đổi” non-volatile, có nghĩa là chúng khôngbị mất dữ liệu khi ngừng cung cấp nguồn điện cho chúng. Hình là ảnh cấu tạobên trong của một ổ đĩa cứng thông dụng ngày Cấu tạo bên trong của một ổ đĩa cứng thông dụng ngày nay.————————————————————————————————————-18Vật liệu từ và ứng dụng————————————————————————————————————–Đầu đọc đơn giản được cấu tạo gồm lõi ferit trước đây là lõi sắt và cuộndây giống như nam châm điện quấn trên lõi để đưa dòng điện vào khi ghi hay lấyra khi đọc, khe hở gọi là khe từ lướt trên bề mặt đĩa với khoảng cách rất gần, bằng1/10 sợi tóc. Gần đây các công nghệ mới hơn giúp cho ổ đĩa cứng hoạt động với mậtđộ xít chặt hơn như chuyển các hạt từ sắp xếp theo phương vuông góc với bề mặtđĩa nên các đầu đọc được thiết kế nhỏ gọn và phát triển theo các ứng dụng côngnghệ mới. Đầu đọc trong đĩa cứng có công dụng đọc dữ liệu dưới dạng từ hoá trênbề mặt đĩa từ hoặc từ hoá lên các mặt đĩa khi ghi dữ liệu. Số đầu đọc ghi luôn bằngsố mặt hoạt động được của các đĩa cứng, có nghĩa chúng nhỏ hơn hoặc bằng hai lầnsố đĩa nhỏ hơn trong trường hợp ví dụ hai đĩa nhưng chỉ sử dụng 3 mặt.Trong quá trình ghi, tín hiệu điện ở dạng tín hiệu số 0,1 được đưa vào đầu từghi lên bề mặt đĩa thành các nam châm rất nhỏ và đảo chiều tuỳ theo tín hiệu đưavào là 0 hay 1 hình Nguyên lý đọc ghi bằng từ trên bề mặt đĩa quá trình phát, đầu từ đọc lướt qua bề mặt đĩa dọc theo các đường track đãđược ghi tín hiệu, tại điểm giao nhau của các nam châm có từ trường biến đổi vàcảm ứng lên cuộn dây tạo thành một xung điện, xung điện này rất yếu được đưa vàokhuếch đại để lấy ra tín hiệu 0,1 ban đầu. Dữ liệu được ghi/đọc đồng thời trên mọiđĩa. Việc thực hiện phân bổ dữ liệu trên các đĩa được thực hiện nhờ các mạch điềukhiển trên bo mạch của ổ đĩa kia các đầu đọc/ghi của ổ đĩa cứng thường được chế tạo như trong ổ đĩamềm, lõi sắt mềm cộng với 8 đến 34 hoặc hơn vòng dây đồng mảnh. Các đầu từ————————————————————————————————————-19Vật liệu từ và ứng dụng————————————————————————————————————–này có kích thước lớn và tương đối nặng làm hạn chế số rãnh có thể có trên mặt đĩamà hệ thống chuyển dịch đầu từ phải khắc phục. Hiện nay, các thiết kế đầu từ đãloại bỏ các kiểu quấn dây cổ điển mà dùng loại đầu từ màng mỏng. Nó được chế tạogiống như vi mạch dùng công nghệ quang hóa. Do kích thước nhỏ và nhẹ nên độrộng của rãnh ghi cũng nhỏ hơn và thời gian dịch chuyển đầu từ nhanh hơn. Trongcấu trúc tổng thể, các đầu đọc/ghi này được gắn vào các cánh tay kim loại dài điềukhiển bằng các môtơ. Các vi mạch tiền khuếch đại của đầu từ thường được gắn trêntấm vi mạch in nhỏ nằm trong bộ dịch chuyển đầu từ. Toàn bộ cấu trúc này đượcbọc kín trong hộp đĩa. Nhiều loại đĩa cứng sử dụng môtơ cuộn dây di động voicecoil motor còn gọi là môtơ cuộn dây quay rotary coil hoặc servo để điều khiểnchuyển động của đầu từ. Thách thức lớn nhất trong việc điều khiển đầu từ là giữ chođược nó đúng ngay tâm rãnh mong muốn. Nói cách khác là các nhiễu loại khí độnghọc, các hiệu ứng nhiệt trên đĩa từ và các biến thiên của dòng điều khiển môtơ servocó thể gây nên sai số trong việc định vị đầu từ. Vị trí của đầu từ phải luôn luôn đượckiểm tra và điều chỉnh kịp thời để đảm bảo vị trí rãnh thật chính xác. Quá trình hiệuchỉnh đầu từ theo rãnh gọi là phương pháp servo đầu từ. Cần có thông tin để so sánhvị trí thực và vị trí mong muốn của đầu từ. Thông tin servo dành riêng Dedicatedservo information được ghi trên mặt đĩa từ dự trữ. Thông tin servo nhúngEmbedded servo information lại được mã hoá thành các chùm dữ liệu ngắn đặttrên từng sector. Hệ thống servo sử dụng sự lệch pha của các xung tín hiệu của cácrãnh kế cận để xác định đầu từ có được đặt đúng giữa rãnh hay ổ đĩa cứng hiện nay thường sử dụng một số loại đầu đọc như là đầu đọcAMR, đầu đọc GMR, đầu đọc spin – valve,…– Đầu ghi AMRĐầu ghi AMR là đầu ghi dựa trên hiệu ứng từ điện trở dị hướng Anisotropicmagnetoresistance – AMR.————————————————————————————————————-20Vật liệu từ và ứng dụng————————————————————————————————————–Hình Đầu ghi dựa trên hiệu ứng là một hiệu ứng từ điện trở mà ở đó tỉ số từ điện trở sự thay đổi của điện trởsuất dưới tác dụng của từ trường ngoài phụ thuộc vào hướng của dòng điện khôngđẳng hướng trong mẫu, mà bản chất là sự phụ thuộc của điện trở vào góc tương đốigiữa từ độ và dòng điện.– Đầu đọc/ghi GMRĐầu đọc/ghi GMR là đầu đọc/ghi dựa trên hiệu ứng từ trở khổng lồ GMR. Cấutrúc của phần tử GMR gồm các lớp sắt từ F được ngăn cách với nhau bởi các lớp phitừ aCấu hình phản sắt từ của GMR; b Cấu hình sắt từ của thuộc tính có spin của điện tử nên các điện tử với chiều spin xác định spin ↑hoặc spin ↓ có xác suất tán xạ khác nhau tại bề mặt phân cách giữa các lớp sắt từ vàphi từ, nó phụ thuộc cả vào sự sắp xếp từ độ của các lớp sắt từ. Khi không có từ————————————————————————————————————-21Vật liệu từ và ứng dụng————————————————————————————————————–trường ngoài, các lớp sắt từ sắp xếp phản song với nhau, cả hai loại điện tử với spin↑ và spin ↓ đều bị tán xạ như nhau khi đi qua cấu trúc này nên điện trở của cả hệ làlớn. Từ trường ngoài có tác dụng sắp xếp lại véctơ từ độ của các lớp sắt từ theohướng song song với nhau. Khi đó xác suất tán xạ của một trong hai loại spin ↑ hoặcspin ↓ sẽ giảm xuống và coi như hệ mở thông kênh spin này, các điện tử dẫn sẽ chỉchủ yếu là do điện tử với một trong hai loại spin có xác suất tán xạ thấp. Như vậy,nguyên nhân gây nên hiệu ứng GMR là do sự sắp xếp lại các véctơ từ độ theo hướngsong song với nhau dưới tác dụng của từ trường. Điện trở sẽ đạt được giá trị caonhất khi không có từ trường các véctơ từ độ là hoàn toàn phản song với nhau, cònkhi có từ trường điện trở sẽ giảm xuống do các véctơ từ độ hoàn toàn song song vớinhau. Ta có tỷ số GMR là GMR = RAP – RP/RPRAP > Rp đó RAP là điện trở của cấu hình phản sắt từ, RP là điện trở của cấu hình sắt Đầu đọc/ghi dựa trên hiệu ứng GMR.– Đầu đọc spin – valveSpin – valve là một linh kiện từ tính cấu tạo từ một màng mỏng đa lớp gồm cáclớp sắt từ ngăn cách bởi các lớp phi từ mà ở đó điện trở của hệ thay đổi phụ thuộcvào sự định hướng của từ độ trong các lớp sắt từ. Tính chất của spin – valve dựa trênhiệu ứng từ điện trở khổng lồ và được ứng dụng trong các đầu đọc ổ cứng máy chế của hiệu ứng được lý giải qua cơ chế “tán xạ phụ thuộc spin” của điện tử. Vàcó thể thấy rằng trạng thái của hệ điện trở cao, điện trở thấp phụ thuộc vào sự địnhhướng tương đối của từ độ của các lớp sắt từ. Có nghĩa là việc từ độ các lớp này————————————————————————————————————-22Vật liệu từ và ứng dụng————————————————————————————————————–định hướng tương đối với nhau ra sao song song, phản song song có thể cho phépdòng điện tử dòng spin được truyền qua hoặc không thể truyền qua, hay nói cáchkhác, từ độ của các lớp sắt từ hoạt động như một chiếc van đóng mở spin. Tuynhiên, đây là cấu trúc đơn giản với sự quay của các lớp sắt từ theo từ trường khá tựdo và việc điều khiển tín hiệu trở nên khó nay cấu trúc spin valve gồm 4 lớp chính bên dưới là lớp màng mỏng vậtliệu phản sắt từ hiện nay sử dụng phổ biến là IrMn…, bên trên lớp này là lớp sắt từđầu tiên có từ độ bị ghim bởi lớp phản sắt từ nên có từ độ bị giữ theo một hướnggọi là lớp ghim, phía trên là lớp phi từ hoặc lớp điệnmôi, và trên cùng là lớp sắt từ với từ độ quay tự Cấu trúc cắt ngang của màng đa lớp spin valve với liên kết phản sắt mô hình này, khi đặt từ trường ngoài chỉ có từ độ của lớp tự do bị quay theo từtrường ngoài do đó hiệu ứng từ điện trở hầu như chỉ phụ thuộc vào từ độ lớp bêntrên. Từ độ của lớp ghim bên dưới chỉ bị quay đi khi có từ trường ngoài đủ lớn đểphá vỡ liên kết với lớp phản sắt từ hình Liên kết phản sắt từ trong các23 màng mỏng đa lớp spin – valve trong cácđầu đọc ổ đĩa liệu từ và ứng dụng————————————————————————————————————– Đầu đọc và ghi trong ổ đĩa quangỔ đĩa quang là một loại thiết bị dùng để đọc đĩa quang, nó sử dụng một loạithiết bị phát ra một tia laser chiếu vào bề mặt đĩa quang và phản xạ lại trên đầu thuvà được giải mã thành tín hiệu để đọc hoặc ghi trên đĩa tròn hình Hệ thống đèn laser, thấu kính và cảm biến của một ổ đĩa hạn đối với đĩa CD rom, dữ liệu ghi lên đĩa là dạng tín hiệu số 0, 1 ở đầughi, người ta sử dụng súng laser để ghi dữ liệu lên đĩa. Hình trình bày nguyênlý ghi dữ liệu lên đĩa CD rom.————————————————————————————————————-24Vật liệu từ và ứng dụng————————————————————————————————————–Hình Nguyên lý ghi dữ liệu lên đĩa CD quay với tốc độ cao và súng laser sẽ chiếu tia laser lên bề mặt đĩa, tia laser đượcđiều khiển tắt sáng theo tín hiệu 0 hay 1 đưa vào ứng với tín hiệu 0 là tia laser tắt,ứng với tín hiệu 1 là tia laser sáng đốt cháy bề mặt đĩa thành 1 điểm làm mất khảnăng phản xạ.Còn đối với quá trình đọc dữ liệu ghi từ đĩa CD rom, người ta sử dụng tia laser yếuhơn lúc ghi chiếu lên bề mặt đĩa dọc theo các đường track có dữ liệu, sau đó hứnglấy tia phản xạ quay lại rồi đổi chúng thành tín hiệu điện. Khi tia laser chiếu qua cácđiểm trên bề mặt đĩa bị đốt cháy sẽ không có tia phản xạ và tín hiệu thu được là tia laser chiếu qua các điểm trên bề mặt đĩa không bị đốt cháy sẽ có tia phản xạvà tín hiệu thu được là 1. Tia phản xạ sẽ được ma trận diode đổi thành tín hiệu điện,sau khi khuếch đại và xử lý ta thu được tín hiệu ban đầu. Hình trình bày nguyênlý đọc tín hiệu từ đĩa CD Nguyên lý đọc tín hiệu từ đĩa CD rom.————————————————————————————————————-25 kể đến là • Các loại thép nam châm hút • Các nam châm hút trên cơ sở kim loại tổng hợp sắt từ mà nổi bật là những nam châm từ hợpkim AlNiCo • Các nam châm từ ferit • Các nam châm từ đất hiếm trên cơ sở coban • Các nam châm hút đất hiếm NdFeB. Các vật liệu từ cứng được sử dụng làm nam châm hút vĩnh cửu, ứng dụng trong rấtnhiều nghành nghề dịch vụ khác nhau của đời sống và kỹ thuật. Nam châm vĩnh cửu được sửdụng ở dạng đơn thuần trong những thiết bị như những động cơ, máy phát, khởi động điệntừ, loa điện động … và trong những linh phụ kiện công nghệ cao như những những cảm ứng, đĩaghi từ tỷ lệ cao, vi khởi động điện từ … Trong thực trạng khủng hoảng cục bộ về nănglượng và ô nhiễm môi trường tự nhiên như lúc bấy giờ, yếu tố sử dụng những nguồn năng lượngtái tạo lại đang được toàn quốc tế đặc biệt quan trọng chăm sóc và tăng trưởng can đảm và mạnh mẽ. Namchâm vĩnh cửu đóng vai trò quan trọng không hề thiếu được trong hầu hết những thiếtbị quy đổi những dạng nguồn năng lượng đó thành nguồn năng lượng điện. Có thể phân loại những ứng dụng của nam châm hút vĩnh cửu trong những thiết bị trêncơ sở công dụng của chúng như sau • Nam châm vĩnh cửu dùng để biến đối điện năng thành cơ năng cácloại động cơ và đổi khác cơ năng thành điện năng những loại máy phát • Nam châm vĩnh cửu dùng để tạo lực công dụng lên những vật liệu dẫn từ vật liệu từ mềm, biến thế, nâng bằng từ, đồ chơi, vật liệu từ gia dụng, … ————————————————————————————————————- 2V ật liệu từ và ứng dụng ————————————————————————————————————– • Nam châm vĩnh cửu khuynh hướng theo hướng từ trường ngoài kim địabàn … • Nam châm vĩnh cửu dùng để tạo lực công dụng lên những hạt điện tíchchuyển độngVật liệu từ cứng hoàn toàn có thể dùng để sản xuất những nam châm hút vĩnh cửu hoặc được sử dụnglàm vật liệu ghi từ trong những ổ đĩa cứng, những băng từ. Một số loại nam châm hút vĩnh cửu đã sản xuất được từ vật liệu từ cứng là + Nam châm AlNiCo là loại nam châm hút được sản xuất từ những kim loại tổng hợp củanhôm, niken, côban và một số ít những phụ gia khác như đồng, titan … Đây là loại namchâm cho từ dư cao tới – T nhưng có lực kháng từ chỉ xung quanh 1 kOe, đồng thời giá thành cũng khá cao nên lúc bấy giờ tỉ lệ sử dụng ngày càng giảm dần. + Ferrite từ cứng là loại nam châm từ vĩnh cửu được sản xuất từ những ferit từcứng như ferit Ba, Sr … là những vật liệu dạng gốm và hoàn toàn có thể bổ trợ những nguyên tốđất hiếm để cải tổ tính từ cứng. Loại nam châm từ này có hàm lượng ôxy cao nên cótừ độ khá thấp, có lực kháng từ từ 3 đến 6 kOe, có năng lực cho tích nguồn năng lượng từcực đại lớn nhất không quá 6MGO e. Hiện nay loại nam châm hút này chiếm tới hơn50 % thị trường sử dụng do những ưu điểm về giá tiền cực rẻ, sản xuất và gia công rấtdễ, độ bền cao. + Nam châm đất hiếm là loại nam châm hút vĩnh cửu được tạo ra từ những hợpkim hoặc hợp chất của những sắt kẽm kim loại đất hiếm và sắt kẽm kim loại chuyển tiếp. Nam châm nhiệt độ cao SmCo là hệ những nam châm hút vĩnh cửu được sản xuất từhợp chất bắt đầu là SmCo5 được ý tưởng năm 1966 bởi tiến sỹ Karl J. Strnat củaU. S. Air Force Materials Laboratory có tích nguồn năng lượng từ cực lớn 18 MGOe, sau đóKarl J. Strnat lại ý tưởng ra hợp chất Sm2Co17 có tích nguồn năng lượng từ tới 30 MGOevào năm 1972. Hệ nam châm từ SmCo có nhiệt độ Curie rất cao hoàn toàn có thể đạt tới 1100 oC và có lực kháng từ cực lớn tới vài chục kOe nhờ cấu trúc dạng lá đặc biệt quan trọng. Vì thế, loại nam châm từ này được sử dụng trong những ứng dụng nhiệt độ cao ví dụ trong độngcơ phản lực … . Nam châm NdFeB neodymium là hệ những nam châm từ dựa trên hợp chấtR2Fe14B R là ký hiệu chỉ những nguyên tố đất hiếm ví dụ như Nd, Pr … có cấu trúctinh thể kiểu tứ giác với lực kháng từ lớn hơn 10 kOe và từ độ bão hòa rất cao tới1, 56 T nên là loại nam châm từ vĩnh cửu mạnh nhất lúc bấy giờ với năng lực cho tích————————————————————————————————————-3Vật liệu từ và ứng dụng————————————————————————————————————–năng lượng từ tới 64 MGOe đo lường và thống kê theo kim chỉ nan . Năm 1983 nam châmNd2Fe14B lần tiên phong được ý tưởng bởi R. Sagawa Nhật Bản có tích năng lượngtừ 57 MGOe. Tuy nhiên, loại nam châm hút này lại không hề sử dụng ở nhiệt độ cao docó nhiệt độ Curie chỉ 312 oC. Nam châm đất hiếm NdFeB được sử dụng trong ổ cứng máy tính hình . Hình Hình ảnh nam châm hút đất hiếm NdFeBĐiểm yếu chung của những nam châm hút đất hiếm là có giá tiền cao do chứađược sử dụng trong ổ cứng máy tính. nhiều những nguyên tố đất hiếm đắt tiền , có độ bền kém do những nguyên tố đất hiếm cótính ôxy hóa rất cao . Vì vậy những nam châm hút đất hiếm vẫn không phải là loại được sửdụng nhiều nhất đứng sau nam châm từ ferit . + Nam châm tổng hợp nano là loại nam châm từ mới sinh ra từ đầu thập kỷ 90 của thế kỷ 20, có cấu trúc tổng hợp của 2 pha từ cứng và từ mềm ở kích thướcnanomet. Các pha từ cứng chiếm tỉ phần thấp phân phối lực kháng từ lớn, pha từmềm cung ứng từ độ lớn. Tính chất tổng hợp này có được là nhờ link trao đổi đànhồi giữa những hạt pha từ cứng và từ mềm ở size nanomet. Loại nam châm từ nàyđược đo lường và thống kê có năng lực cho tích nguồn năng lượng từ khổng lồ hơn 3 lần so với namchâm mạnh nhất lúc bấy giờ là NdFeB nhưng thực nghiệm mới chỉ đạt được rất nhỏ sovới triết lý và những loại sản phẩm thực nghiệm mới trong quá trình sản xuất thử nghiệm. Ngoài ra còn nhiều loại nam châm từ với những đặc thù khác nhau nữa. Tùy theonhu cầu sử dụng mà người ta sản xuất những loại nam châm hút khác nhau. Những lĩnh vựcứng dụng đa phần của những nam châm từ là loa điện, môtơ điện, những thiết bị đo điện, … Trong vài năm gần đây khoanh vùng phạm vi ứng dụng nam châm từ vĩnh cửu lan rộng ra rất nhiều, đặc biệt quan trọng trong những ngành điện, điện tử, giao thông vận tải vận tải đường bộ, y sinh học. Các máy phátđiện chạy bằng sức gió, sức nước dùng động cơ nam châm hút vĩnh cửu góp thêm phần bổsung nguồn nguồn năng lượng thiếu vắng và ngày càng đắt đỏ trên toàn cầu, những môtơ mộtchiều cho xe đạp điện, xe máy, ôtô chạy điện giảm ô nhiễm thiên nhiên và môi trường. Các viên từ chữa————————————————————————————————————-4Vật liệu từ và ứng dụng————————————————————————————————————–đau đầu, đau khớp, huyết áp cao … được sử dụng ngày một thông dụng. Đặc biệt cáchạt bột từ cỡ nano mét trong chất lỏng từ để tải thuốc tới chữa trị những khối u đangđược chăm sóc điều tra và nghiên cứu. Chính bởi những ứng dụng rất là đa dạng và phong phú và đadạng này mà sản lượng nam châm hút không ngừng được tăng trưởng. Ứng dụng của vật liệu từ mềmCác vật liệu từ mềm rất phong phú, khối lượng sử dụng lớn, được ứng dụngtrong nhiều nghành khác nhau. Các vật liệu từ mềm được sử dụng làm những vật dẫntừ trong những đường dây tải điện, những máy biến thế, những máy điện, những rơle, những máyđo, lõi những cuộn cảm, những màn chắn từ, … Vật liệu từ mềm đóng vai trò như mộtkhuếch đại cảm ứng từ. Ngoài ra, còn có 1 số ít nhu yếu riêng cho những ứng dụng cụthể. Ví dụ, khi vật liệu từ mềm được dùng làm màn chắn từ để chắn không chođường sức từ xuyên qua nó thì nhu yếu đa phần của vật liệu là, độ từ thẩm ban đầuμ0 và độ từ thẩm cực lớn μ max phải cao. Nếu dùng vật liệu từ mềm làm biến thế xungthì đường từ hóa bắt đầu của vật liệu càng dốc đứng thì vận tốc tăng xung càng lớn. Có nhiều loại vật liệu từ mềm đã được nghiên cứu và điều tra, ché tạo và ứng dụng vớicác mục tiêu khác nhau. Các vật liệu từ mềm chính hoàn toàn có thể kể đến là Kim loại, kim loại tổng hợp từ mềm sắt tinh khiết kỹ thuật, thép kỹ thuật điện, permalloys … Điện môi từFerit từ mềmVật liệu từ mềm vô định hình và có kích cỡ nanomet. Vật liệu từ mềm được ứng dụng làm lõi dẫn từ trong máy biến thế, lõi cuộn cảm, lõi tạo từ trường trong nam châm hút điện, cảm ứng đo từ trường … Các vật liệu ferit cóđiện trở suất lớn tới 106 cm được sử dụng rất hiệu suất cao trong nghành nghề dịch vụ cao tần. Nhiều loại vật liệu có tính từ giảo được sử dụng làm thiết bị siêu âm. Máy biến thế hay máy biến áp là thiết bị điện hoàn toàn có thể đổi khác hiệu điện thế xoaychiều, tăng thế hoặc hạ thế, đầu ra cho một hiệu điện thế tương ứng với nhu yếu sửdụng và đóng vai trò rất quan trọng trong truyền tải điện năng. Cấu tạo cơ bản của————————————————————————————————————-5Vật liệu từ và ứng dụng————————————————————————————————————–máy biến thế thường là hai hay nhiều cuộn dây đồng cách điện được quấn trên cùngmột lõi sắt hay sắt từ ferit hình . Hình Hình ảnh bên trong của một máy biếnthế. Cuộn cảm là một linh phụ kiện điện tử thụ động, thường dùng trong mạch điện códòng điện đổi khác theo thời hạn như những mạch điện xoay chiều . Cuộn cảm có tácdụng tàng trữ nguồn năng lượng ở dạng từ năng nguồn năng lượng của từ trường tạo ra bởi cuộncảm khi dòng điện đi qua và làm dòng điện bị trễ pha so với điện áp một góc bằng90 °. Hình là một ví dụ về cuộn cảm có lõi làm bằng ferit. Hình Ảnh chụp những lõi ferrite trong những cuộn cảm sử dụng ở tần số cao dẫn sóng, tách sóng . Nam châm điện là một dụng cụ tạo từ trường hay một nguồn sản sinh từtrường hoạt động giải trí nhờ từ trường sinh ra bởi cuộn dây có dòng điện lớn chạy qua. Cảm ứng từ của nam châm từ điện được dẫn và tạo thành lớn nhờ việc sử dụng một lõidẫn từ làm bằng vật liệu từ mềm có độ từ thẩm lớn và cảm ứng từ bão hòa cao. Khácvới nam châm hút vĩnh cửu có cảm ứng từ cố định và thắt chặt, nam châm hút điện có cảm ứng từ có thểthay đổi được nhờ việc tinh chỉnh và điều khiển dòng điện chạy qua cuộn dây. Nam châm điện lần————————————————————————————————————-6Vật liệu từ và ứng dụng————————————————————————————————————–đầu tiên được ý tưởng bởi nhà điện học người Anh William Sturgeon 1783 – 1850 vào năm 1825 hình . Hình Hình ảnh nam châm từ điện tiên phong làm từ một lõi sắt non. Nam châm điện của Sturgeon là một lõi sắt non hình móng ngựa có một sốvòng dây điện cuốn quanh. Khi cho dòng điện sinh ra bởi một pin nhỏ chạy qua, lõisắt bị từ hóa và cảm ứng từ sinh ra đủ mạnh để hút lên được một hộp sắt nặng 7 ounce. Khi ngắt dòng điện, từ trường của lõi cũng biến mất. Cảm biến đo từ trường lúc bấy giờ thường dùng những màng mỏng dính từ mềm. Hình1. 5 là cấu trúc của một cảm ứng sử dụng hiệu ứng từ trở Magnetoresistance – MR là sự đổi khác điện trở suất của vật liệu dưới tính năng của từ trường ngoài và mộtcảm biến sử dụng hiệu ứng từ trở khổng lồ Giant Magnetoresistance – GMR – là sựthay đổi lớn của điện trở ở những vật liệu từ dưới công dụng của từ trường ngoài . Haiđầu cảm ứng là hai lớp chắn từ không cho từ trường bên ngoài làm ảnh hưởng tác động đếnlớp ở giữa. Ở giữa là màng đa lớp gồm 4 lớp màng mỏng mảnh lớp sensing làm từ NiFe , lớp spacer vật liệu đồng , lớp pinned làm từ Co và lớp exchange. Ba lớp đầu rấtmỏng, được cho phép những electron dẫn hoàn toàn có thể vận động và di chuyển tự do từ lớp sensing sang lớppinned và ngược lại trải qua lớp spacer. Hướng từ hóa của lớp pinned là cố định và thắt chặt, trong khi hướng từ hóa của lớp sensing hoàn toàn có thể đổi khác theo từ trường ngoài. Khi lớppinned và lớp sensing có cùng hướng mômen từ, những điện tử có spin song song vớimômen từ này sẽ vận động và di chuyển tự do trong cả hai lớp màng mỏng dính, và điện trở thu đượclà nhỏ. Khi ta đổi hướng từ hóa lớp sensing, lớp pinned và lớp sensing có mô men từngược hướng nhau, thì khi đó điện tử có spin hướng lên bị cản trở bởi một lớp màng————————————————————————————————————-7Vật liệu từ và ứng dụng————————————————————————————————————–từ, và điện tử có spin hướng xuống sẽ bị cản trở bởi lớp màng từ còn lại, tác dụng làđiện trở thu được rất lớn. Hình Cấu tạo của cảm ứng MR và cảm ứng GMRsử dụng trong ổ đĩa cứng. Các nhu yếu về đặc thù từ của vật liệu từ cứng và vật liệu từ mềmTính mềm / cứng không nằm ở đặc thù cơ học, mà nằm ở năng lực khó haydễ bị từ hoá và khử từ. Như vậy, thông số kỹ thuật bắt đầu nói lên tính cứng / mềm là giá trịlực kháng từ HC. Các đường cong từ trễ ở hình là một cách phân loại tương đốivật liệu từ mềm / cứng. Ta thấy rằng những vật liệu từ mềm có giá trị H C nhỏ thườngdưới 102 Oe. Trong khi những vật liệu từ cứng có HC lớn trên 102 Oe. ————————————————————————————————————- 8V ật liệu từ và ứng dụng————————————————————————————————————–Hình Các đường cong từ trễ của vật liệu từ cứng và vật liệu từ mềm. Ba nhu yếu chung cho những vật liệu từ mềm là • Từ hóa dễ, nghĩa là khi từ trường ngoài H đặt vào để từ hóa vật liệu vớigiá trị nhỏ mà cảm ứng từ B đã đạt được khá lớn vật liệu có giá trị μ 0 lớn, μmax lớnvà Hc nhỏ . • Cảm ứng từ cực lớn Bs có giá trị cao. Điều này có nghĩa là, những vật liệu từmềm với một thể tích không đổi, số đường sức từ qua nó càng nhiều càng giảm đượckích thước của vật liệu sử dụng. Có thể hai điều kiện kèm theo trên không thỏa mãn nhu cầu đồng thời trong 1 loại vật liệu. • Khi sử dụng những vật liệu từ mềm trong từ trường xoay chiều sẽ xuất hiệntổn hao, nhu yếu tổn hao càng nhỏ càng ít. Vật liệu từ mềm có độ từ thẩm μ phải càng lớn càng tốt, vì ta biết quan hệB = μ0. μ. H, nghĩa là nếu ta có giá trị μ lớn, ta hoàn toàn có thể tạo ra một cảm ứng từ rất lớn chỉbằng một từ trường ngoài không cần lớn. Độ từ thẩm của vật liệu từ mềm khôngnhững lớn, mà còn phụ thuộc vào vào từ trường, do đó, người ta còn dùng hai thông sốvề độ từ thẩm của vật liệu từ mềm để nói lên tính ” mềm ” của nó, đó là – Độ từ thẩm khởi đầu µi initial permeability là độ từ thẩm tại giá trị H = 0, đượcH → 0 Hxác định bằng tỉ số µi = lim ————————————————————————————————————- 9V ật liệu từ và ứng dụng ————————————————————————————————————— Độ từ thẩm cực lớn µmax maximum permeability là giá trị cực lớn của độ từthẩm, không phụ thuộc vào vào từ trường ngoài, chỉ nhờ vào vào thực chất vật liệu. Hình Đường cong từ trễ của vật liệu từ mềmvà những thông số kỹ thuật đặc trưng của nó trên đường trễ. Từ độ bão hoà BS của vật liệu từ mềm thường rất lớn, trong khi vật liệu từcứng thường có từ độ bão hòa nhỏ. Cảm ứng từ dư B r là cảm ứng từ còn dư sau khi ngắt từ trường. Vật liệu từcứng có cảm ứng từ dư khá cao và phần đông còn nguyên vẹn sau khi ngắt từ trườngtừ hóa, muốn triệt tiêu nó thì ta phải từ hóa vật theo chiều ngược lại với một từtrường khử lớn tới hàng trăm kA / m . Trái lại so với vật liệu từ mềm, sau khi ngắttừ trường từ hóa thì cảm ứng từ dư của vật biến mất hoặc chỉ còn rất nhỏ, rất dễ khửmất nó bằng một từ trường khử rất bé cỡ vài trăm A / m . Đối với vật liệu từ mềm, một thông số kỹ thuật khác mà người ta chăm sóc đến là tổnhao trễ, hay nguồn năng lượng bị mất mát trong một quy trình từ trễ hysteresis loss , đượctính bằng diện tích quy hoạnh số lượng giới hạn bởi đường cong từ trễ. Vật liệu từ mềm tốt, ngoài cácyếu tố HC nhỏ, μ cao, IS lớn, còn cần có tổn hao trễ càng nhỏ càng tốt. Nhưng khi vậtliệu được sử dụng trong từ trường xoay chiều ví dụ như lõi biến thế , lại phát sinhra một tổn hao khác đáng quan tâm, đó là tổn hao dòng xoáy Eddy current loss do khiđặt vào từ trường xoay chiều, Open dòng Foucault chạy kín trong lõi làm toảnhiệt trên lõi. Công suất toả nhiệt được cho bởi công thức ————————————————————————————————————- 10V ật liệu từ và ứng dụng————————————————————————————————————–PEddy = 4. BS2. d 2. k 2 f. f 23. γ. ρ với BS là cảm ứng từ bão hoà của lõi vật liệu từ mềm chỉ cần bão hoà từ trong từtrường rất nhỏ so với IS nên cũng hoàn toàn có thể nói rằng cảm ứng từ B cũng có xu hướngđến giá trị bão hoà , d là độ dày của lõi, k f là một thông số đặc trưng, f là tần số của từtrường xoay chiều, γ là khối lượng riêng của vật liệu, ρ là điện trở suất. Điều này lýgiải tại sao những vật liệu từ mềm nền sắt kẽm kim loại ví dụ như lõi FeSi không hề dùngở tần số cao bởi chúng có điện trở suất nhỏ sẽ gây tổn hao Foucault lớn, mà phảidùng những ferrite từ mềm có điện trở suất rất lớn vật liệu gốm nhằm mục đích giảm dòngFoucault. Công thức cũng lý giải cho ta tại sao người ta phải sản xuất những lõibiến thế có dạng những lá mỏng mảnh d nhỏ vì để giảm dòng Foucault. Chú ý khi sử dụngvật liệu từ mềm ở tần số càng cao thì phẩm chất của vật liệu càng bị suy giảm, do đósự biến hóa của phẩm chất theo tần số là một thông số kỹ thuật rất đáng chăm sóc. Ngoài ra, việc khử từ giảo từ giảo là sự biến hóa hình dạng vật liệu từ dưới công dụng của từtrường ngoài giúp cho việc tạo ra tính từ mềm tốt. Có những vật liệu có từ giảobằng 0 như vật liệu vô định hình nền Co. Ngoài những nhu yếu chính đã nêu trên còn có 1 số nhu yếu khác khi sử dụng vậtliệu từ mềm trong những ứng dụng đơn cử. Các thông số kỹ thuật từ cần phải không thay đổi trongkhoảng nhiệt độ và thời hạn sử dụng. Nói chung, so với vật liệu từ mềm, giá trị từthẩm càng cao càng tốt. Các vật liệu từ cứng phải có lực kháng từ H c lớn, cảm ứng từ dư lớn và tíchnăng lượng cực lớn lớn. Ngoài ra để ứng dụng được trong thực tế vật liệu làm namchâm vĩnh cửu phải là vật liệu sắt từ có dị hướng đơn trục c và có nhiệt độ Curie caohơn nhiều so với nhiệt độ phòng. Vật liệu phải có độ bền cơ học, hóa học bền trongmôi trường sử dụng và giá tiền phải rẻ hoặc hoàn toàn có thể gật đầu được. Một số vậtliệu từ cứng được ứng dụng trong những nam châm từ hoạt động giải trí ở nhiệt độ cao nên nóđòi hỏi nhiệt độ Curie rất cao nhiệt độ Curie là nhiệt độ mà tại đó vật liệu bị mất từtính trở thành chất thuận từ . Loại vật liệu từ cứng có nhiệt độ Curie cao nhất hiệnnay là nhóm những vật liệu trên nền SmCo từ 500 oC đến trên 1000 oC . Các đặc trưng cơ bản của nam châm hút từ cứng là ————————————————————————————————————- 11V ật liệu từ và ứng dụng ————————————————————————————————————– • Lực kháng từ HcĐây là đại lượng quan trọng của vật liệu từ cứng, lực kháng từ H c có giá trịcàng lớn càng tốt. Nguồn gốc của lực kháng từ lớn trong những vật liệu từ cứng chủyếu tương quan đến đến dị hướng từ tinh thể lớn trong vật liệu. Các vật liệu từ cứngthường có cấu trúc tinh thể có tính đối xứng kém hơn so với những vật liệu từ mềm vàchúng có dị hướng từ tinh thể rất lớn, nghĩa là có tính bất đối xứng rất cao về mặttinh thể học như những kiểu cấu trúc tinh thể lục giác, tứ giác … và thường là những vậtliệu có dị hướng đơn trục tức là có một trục dễ từ hoá . Vì vậy, muốn bão hoà mộtvật liệu từ mềm, ta chỉ cần một từ trường cỡ vài trăm Oe hay cùng lắm đến vài ngànOe nhưng để bão hoà một vật liệu từ cứng, ta cần từ trường cỡ vài chục đến vài trămngàn Oe. Để tạo ra vật liệu từ cứng tốt, người ta thường tạo ra nó gồm những hạt có cấutrúc đơn đômen, tức là mỗi hạt chỉ là một đômen từ tính, và chính sách hòn đảo từ sẽ là cơchế quay phối hợp những mômen từ chính sách quay – rotation mechanism hoặc cơ chếhãm sự tăng trưởng của mầm hòn đảo từ nucleation field mechanism . • Cảm ứng từ dư Br, đường cong khử từ và tích nguồn năng lượng cực lớn bh maxCảm ứng từ dư Br là thông số kỹ thuật dặc trưng của vật liệu từ cứng. Cùng với H cngười ta tìm cách tăng giá trị Br của vật liệu để nam châm từ có Bảo hành max đạt giá trịcao. Đường cong từ trễ là cách thông dụng nhất để bộc lộ đặc thù vĩ mô của vậtliệu. Đường cong từ trễ thuộc góc phần tư cung thứ hai gọi là đường cong khử từ. Một thông số kỹ thuật quan trọng khác được chăm sóc của vật liệu từ cứng là tích năng lượngtừ cực lớn Maximum Energy Product , đó là nguồn năng lượng cực lớn có năng lực tíchtrữ trong một đơn vị chức năng thể tích vật từ. Khi vật liệu từ cứng đặt trong từ trong từ trườngngoài đã tự nạp nguồn năng lượng và tàng trữ hầu hết nguồn năng lượng đó khi lấy từ trườngngoài đi. Năng lượng này được giải phóng nếu vật liệu chịu tính năng của trườngkháng từ. Theo triết lý thì giá trị Bảo hành max được xác lập bằng biểu thức sau Bảo hành max = Br2 / 4 μ0 [ kJ / m3 ], hoặc bh max = Br2 / 4 [ MGOe ] Tích nguồn năng lượng từ cực lớn được xác lập trên đường cong từ trễ ở góc phần tư thứ2, là điểm có giá trị tích lớn nhất. Giá trị nguồn năng lượng cực lớn nhờ vào và H c, Brvà thông số lồi của đường cong khử từ .. Tích nguồn năng lượng từ cực lớn nói lên độ mạnh————————————————————————————————————-12Bảng1. 1. Bảng so sánh những nhu yếu về đặc thù từ của vật liệu từ cứng và vật liệu từmềm. Vật liệu từ và ứng dụng————————————————————————————————————–yếu của một nam châm từ. Vì thế đường cong từ trễ I H càng có dạng hình chữ nhậtcàng tốt. Hình Cách xác lập tích nguồn năng lượng từ cực lớn trên đường cong từ trễcủa vật liệu từ cứng. Bảng1. 1. Bảng so sánh những nhu yếu về đặc thù từcủa vật liệu từ cứng và vật liệu từ mềm. Vật liệu từ cứngVật liệu từ mềm Hard magnetic materials Soft magnetic materials Là nhóm những vật liệu khó khử từ và khó Là những vật liệu dễ từ hoá và cũng dễtừ hoá. khử từ. Lực kháng từ HC lớn. Lực kháng từ HC nhỏ. Độ từ thẩm µ nhỏ. Độ từ thẩm µ cao. Độ từ hóa bão hòa IS nhỏ. Độ từ hóa bão hòa IS lớn. Cảm ứng từ dư Br khá cao, cường độ Cảm ứng từ dư Br khá nhỏ, cường độtrường khử từ khá lớn. trường khử từ rất nhỏ. Tích nguồn năng lượng từ cực lớn max Độ tổn hao từ trễ thấp. cao. Nguyên tắc ghi từ và những nhu yếu về vật liệu ghi từ1. Nguyên tắc ghi từ————————————————————————————————————-13Vật liệu từ và ứng dụng————————————————————————————————————–Cơ chế ghi dựa trên từ trường sinh bởi dòng điện đi qua ống xoắn. Các xungđộng được gửi đến đầu từ, sau đó những khuôn dạng từ khác nhau ứng với những dòngđiện âm / dương sẽ được ghi lên mặt phẳng đĩa ở bên dưới. Đầu từ là một thiết bị tươngđối nhỏ có năng lực đọc / ghi từ / lên một phần của tấm đĩa quay bên dưới. Đó là mộtcuộn dây quấn xung quanh một lõi vật liệu từ có xẻ một khe hình . Dữ liệuđược đưa vào hay “ ghi ” bằng tín hiệu điện qua cuộn dây làm lõi từ sinh một từtrường đi qua khe. Từ trường này sẽ từ hóa một khu vực rất nhỏ trên đĩa hoặc băng. Khi ngắt trường, sự từ hóa vẫn còn lưu lại và tín hiệu đã được tàng trữ. Cũng chínhđầu từ đó được dùng để tái hiện thông tin đã tàng trữ. Khi băng hoặc đĩa đi qua khecủa đầu từ, mỗi một biến hóa của từ trường băng đĩa sẽ sinh ra một điện áp cảmứng trong cuộn dây đầu từ. Điện áp này được khuếch đại rồi chuyển về dạng nguyêngốc. Dữ liệu được đọc và ghi trải qua những dãy bit đơn vị chức năng nhỏ nhất của tài liệu số . Một bit chỉ có hai trạng thái 0, 1 hay bật / tắt. Hình Nguyên tắc ghi từ. Có hai giải pháp ghi từ là ghi theo chiều dọc và ghi vuông góc – Ghi theo chiều dọc là ghi từ trường theo chiều dọc, trong đó sự từ hoá của mỗibit tài liệu sắp theo hàng ngang với sự quay của đĩa. Trong kiểu ghi theo chiều dọc, những trường giữa những bit kề sát nhau mà có trường ngược nhau được tách riêngbằng một vùng chuyển tiếp transition region như trên hình Mật độ phân bổ làtổng số tài liệu được tàng trữ trên ổ cứng trên một inch vuông, được tính bằng bằngsố track / inch nhân với số bit / inch. Giới hạn của tỷ lệ phân bổ so với công nghệ————————————————————————————————————-14Vật liệu từ và ứng dụng————————————————————————————————————–ghi theo chiều dọc nhờ vào vào hiệu ứng Superparamagtic Điểm mà tại đó nhữngvùng từ trường rời rạc của mặt phẳng đĩa quá nhỏ dẫn đến sự khuynh hướng từ trường củachúng không không thay đổi trong môi trường tự nhiên nhiệt độ thường thì . Chính vì thế giớihạn sau cuối của tỷ lệ phân bổ trên ổ cứng chỉ đạt được 100 tới 200 Gbits / in2. Đó chính là nguyên do dẫn tới sự chậm trễ của việc tăng dung tích tàng trữ trên ổcứng dùng công nghệ tiên tiến ghi theo chiều dọc. Hình Phương pháp ghi theo chiều dọc. Để dễ hiểu tất cả chúng ta sẽ xem những bit như thể một thanh nam châm từ nhỏ. Thôngthường ghi theo chiều dọc, những nam châm hút đại diện thay mặt cho những bit nằm liên tục gốinhau dọc theo những track tròn trên đĩa. Nếu những bit này được tích hợp ở tỷ lệ caovà có những giá trị 0 và 1, sẽ xảy ra trường hợp những nam châm hút kề sát nhau đốiđầu với nhau ví dụ như cực bắc với cực bắc và đối đuôi nhau cực nam với cựcnam , lúc đó chúng sẽ tác động ảnh hưởng qua lại đẩy nhau làm cho chúng ở trạng thái dễkhông không thay đổi nhất là khi có tác động ảnh hưởng bởi nhiệt độ thiên nhiên và môi trường. Cũng tựa như nhưthế khi những bit đứng gần nhau mà trái đầu nhau và chúng sẽ hút nhau gây nên sựkhông không thay đổi của tài liệu. Ảnh hưởng này càng lớn khi chúng càng đứng gần nhauvà đó cũng chính là mặt hạn chế của chiêu thức ghi theo chiều dọc. ————————————————————————————————————- 15V ật liệu từ và ứng dụng ————————————————————————————————————— Ghi vuông góc từ trường của bit sắp thành hàng thẳng đứng – hoặc vuông góc với chiều quay của đĩa hình . Khi đó những bit không trực tiếp cạnh tranh đối đầu với nhauvà sự tác động ảnh hưởng lẫn nhau giữa chúng giảm đi đáng kể. Điều đó được cho phép những bitxích lại gần nhau hơn và những tín hiệu truyền được rõ ràng hơn, thuận tiện để pháthiện những bit lỗi và chỉnh sửa lỗi. Theo nguyên tắc ghi này năng lực tỷ lệ lưu trữthông tin trên một in2 được tăng lên. Một lợi thế trong chiêu thức ghi vuông gócchính là tạo được những bit có size rất nhỏ so với chiêu thức ghi theo chiềudọc mà không bị tác động ảnh hưởng bới hiệu ứng Superparamagtic bằng cách tàng trữ thôngtin trên vật liệu trung gian có từ tính mạnh hơn, chính vì vậy tài liệu sẽ có độ ổn địnhcao. Hình Phương pháp ghi vuông góc. Điều ảnh hưởng tác động tới sắp xếp vuông góc của luồng nam châm hút là hướng qua mộtvật liệu từ trường mềm tương đối dày nằm ở lớp bên dưới của màng từ trường cứng. Lớp từ trường mềm bên dưới hoàn toàn có thể tác động ảnh hưởng lên đầu ghi, làm cho đầu ghi có côngsuất mạnh lên và nó có năng lực tạo nên trường ghi lớn hơn, về thực chất nó cũngtương tự như đầu đọc trong kiểu ghi theo chiều dọc. ————————————————————————————————————- 16V ật liệu từ và ứng dụng————————————————————————————————————–1. Các nhu yếu về vật liệu ghi từĐối với vật liệu dùng để sản xuất đầu ghi từ, nhu yếu vật liệu phải có độ từ thẩmđủ cao tại tần số cao và hoàn toàn có thể đạt tới trạng thái bão hòa từ với dòng điện cấp nhỏnhất. Vật liệu dùng cho đầu ghi từ bắt buộc phải có độ từ hóa bão hòa cao để có thểtạo ra những từ trường ghi vượt qua giá trị lực kháng từ của những màng ghi từ thôngthường vào tầm 500 ÷ 3000 Oe . Vật liệu Ni 81F e19 có giá trị 4 πMs ≈ 10 kG là vậtliệu thường được sử dụng ở dạng màng mỏng dính trong những đầu ghi từ. Ngoài ra, những vậtliệu như pecmaloi độ cảm từ cao Ni50Fe50, Fe16 N2 4 πMs ≈ 3T cũng được sử dụng. Vật liệu ghi từ phải có lực kháng từ không quá cao, tương ứng với từ trường đầughi tạo ra được đồng thời lại không quá thấp để vẫn còn giữ được mômen từ dướitác dụng của những trường tĩnh từ của những bít xung quanh. Lực kháng từ chỉ nằm trongkhoảng 500 ÷ 3000 Oe tức là vật liệu ghi từ nằm ở thang thấp nhất của vật liệu từcứng. Vật liệu ghi từ bắt buộc phải có độ từ dư cảm ứng từ dư B r đủ lớn sao chotrường ghi của những đơn đômen được ghi tín hiệu sắp xếp trên mặt phẳng màng ghi từ vớiđộ lớn khoảng chừng vài Oe, hoàn toàn có thể phân biệt được bằng đầu đọc. Một vật liệu ghi từ đòihỏi phải có độ từ hoá bão hoà I S tối thiểu là 500G µIS ≈ 0,63 T và trong khoảng chừng cácgiá trị cao hơn cho tới 1000G. Vật liệu dùng để sản xuất đầu đọc bắt buộc phải có lực kháng từ thấp, tín hiệu ồnthấp và có độ từ thẩm rất cao để hoàn toàn có thể tương ứng với một sự đổi khác rất nhỏ vềthông lượng từ tương quan tới sự đổi khác của trường ghi yếu trên mặt phẳng của màngghi từ. Các công dụng đọc và ghi hoàn toàn có thể được đặc trưng cùng một đầu cảm ứng nhưngcó những nâng cấp cải tiến để phân biệt những tính năng đọc hay ghi. Khoảng cách từ đầu cảmứng đọc hay ghi tới màng ghi từ càng nhỏ càng tốt nhưng yên cầu phải không đểxảy ra bất kỳ sự va chạm nào với màng từ. Một số loại đầu ghi và đọc từ1. Đầu đọc và ghi trong ổ đĩa mềmỔ đĩa mềm Floppy Disk Drive – FDD là một thiết bị sử dụng để đọc và ghi dữliệu từ những đĩa mềm hình . Các đĩa mềm tàng trữ tài liệu trải qua nguyên lý————————————————————————————————————-17Vật liệu từ và ứng dụng————————————————————————————————————–lưu trữ từ trên mặt phẳng, do đó ổ đĩa mềm hoạt động giải trí dựa trên nguyên tắc đọc và ghitheo đặc thù từ. Đầu đọc / ghi tài liệu được phong cách thiết kế ở cả hai mặt của ổ đĩa, chúngcùng vận động và di chuyển với nhau trong suốt quy trình đọc và cùng triển khai công dụng đọcvà ghi tài liệu. Khi thực thi tính năng ghi, đầu đọc có tiết diện lớn hơn sẽ xóa dữliệu cũ, bảo vệ tài liệu ghi vào không bị nhầm lẫn. Đầu đọc đĩa mềm giữ chặt vùngtrung tâm của vỏ đĩa và làm quay đĩa mềm ở bên trong để truy xuất tài liệu. Hình Hình ảnh bên trong ổ đĩa mềm. Đầu đọc và ghi trong ổ đĩa cứngỔ đĩa cứng, hay còn gọi là ổ cứng Hard Disk Drive – HDD là thiết bị dùng đểlưu trữ tài liệu trên mặt phẳng những tấm đĩa hình tròn trụ phủ vật liệu từ tính. Ổ đĩa cứng là loại bộ nhớ ” không biến hóa ” non-volatile , có nghĩa là chúng khôngbị mất tài liệu khi ngừng phân phối nguồn điện cho chúng. Hình là ảnh cấu tạobên trong của một ổ đĩa cứng thông dụng thời nay. Hình Cấu tạo bên trong của một ổ đĩa cứng thông dụng ngày này. ————————————————————————————————————- 18V ật liệu từ và ứng dụng————————————————————————————————————–Đầu đọc đơn thuần được cấu trúc gồm lõi ferit trước kia là lõi sắt và cuộndây giống như nam châm từ điện quấn trên lõi để đưa dòng điện vào khi ghi hay lấyra khi đọc , khe hở gọi là khe từ lướt trên mặt phẳng đĩa với khoảng cách rất gần, bằng1 / 10 sợi tóc. Gần đây những công nghệ tiên tiến mới hơn giúp cho ổ đĩa cứng hoạt động giải trí với mậtđộ xít chặt hơn như chuyển những hạt từ sắp xếp theo phương vuông góc với bề mặtđĩa nên những đầu đọc được phong cách thiết kế nhỏ gọn và tăng trưởng theo những ứng dụng côngnghệ mới. Đầu đọc trong đĩa cứng có tác dụng đọc tài liệu dưới dạng từ hoá trênbề mặt đĩa từ hoặc từ hoá lên những mặt đĩa khi ghi tài liệu. Số đầu đọc ghi luôn bằngsố mặt hoạt động giải trí được của những đĩa cứng, có nghĩa chúng nhỏ hơn hoặc bằng hai lầnsố đĩa nhỏ hơn trong trường hợp ví dụ hai đĩa nhưng chỉ sử dụng 3 mặt . Trong quy trình ghi, tín hiệu điện ở dạng tín hiệu số 0,1 được đưa vào đầu từghi lên mặt phẳng đĩa thành những nam châm từ rất nhỏ và hòn đảo chiều tuỳ theo tín hiệu đưavào là 0 hay 1 hình . Hình Nguyên lý đọc ghi bằng từ trên mặt phẳng đĩa cứng. Trong quy trình phát, đầu từ đọc lướt qua mặt phẳng đĩa dọc theo những đường track đãđược ghi tín hiệu, tại điểm giao nhau của những nam châm hút có từ trường đổi khác vàcảm ứng lên cuộn dây tạo thành một xung điện, xung điện này rất yếu được đưa vàokhuếch đại để lấy ra tín hiệu 0,1 khởi đầu. Dữ liệu được ghi / đọc đồng thời trên mọiđĩa. Việc triển khai phân chia tài liệu trên những đĩa được thực thi nhờ những mạch điềukhiển trên bo mạch của ổ đĩa cứng. Trước kia những đầu đọc / ghi của ổ đĩa cứng thường được sản xuất như trong ổ đĩamềm, lõi sắt mềm cộng với 8 đến 34 hoặc hơn vòng dây đồng mảnh. Các đầu từ————————————————————————————————————-19Vật liệu từ và ứng dụng————————————————————————————————————–này có kích cỡ lớn và tương đối nặng làm hạn chế số rãnh hoàn toàn có thể có trên mặt đĩamà mạng lưới hệ thống chuyển dời đầu từ phải khắc phục. Hiện nay, những phong cách thiết kế đầu từ đãloại bỏ những kiểu quấn dây cổ xưa mà dùng loại đầu từ màng mỏng dính. Nó được chế tạogiống như vi mạch dùng công nghệ tiên tiến quang hóa. Do size nhỏ và nhẹ nên độrộng của rãnh ghi cũng nhỏ hơn và thời hạn di dời đầu từ nhanh hơn. Trongcấu trúc toàn diện và tổng thể, những đầu đọc / ghi này được gắn vào những cánh tay sắt kẽm kim loại dài điềukhiển bằng những môtơ. Các vi mạch tiền khuếch đại của đầu từ thường được gắn trêntấm vi mạch in nhỏ nằm trong bộ di dời đầu từ. Toàn bộ cấu trúc này đượcbọc kín trong hộp đĩa. Nhiều loại đĩa cứng sử dụng môtơ cuộn dây di động voicecoil motor còn gọi là môtơ cuộn dây quay rotary coil hoặc servo để điều khiểnchuyển động của đầu từ. Thách thức lớn nhất trong việc điều khiển và tinh chỉnh đầu từ là giữ chođược nó đúng ngay tâm rãnh mong ước. Nói cách khác là những nhiễu loại khí độnghọc, những hiệu ứng nhiệt trên đĩa từ và những biến thiên của dòng tinh chỉnh và điều khiển môtơ servocó thể gây nên sai số trong việc xác định đầu từ. Vị trí của đầu từ phải luôn luôn đượckiểm tra và kiểm soát và điều chỉnh kịp thời để bảo vệ vị trí rãnh thật đúng mực. Quá trình hiệuchỉnh đầu từ theo rãnh gọi là giải pháp servo đầu từ. Cần có thông tin để so sánhvị trí thực và vị trí mong ước của đầu từ. tin tức servo dành riêng Dedicatedservo information được ghi trên mặt đĩa từ dự trữ. Thông tin servo nhúng Embedded servo information lại được mã hoá thành những chùm tài liệu ngắn đặttrên từng sector. Hệ thống servo sử dụng sự lệch sóng của những xung tín hiệu của cácrãnh kế cận để xác lập đầu từ có được đặt đúng giữa rãnh hay không. Trong ổ đĩa cứng lúc bấy giờ thường sử dụng một số ít loại đầu đọc như thể đầu đọcAMR, đầu đọc GMR, đầu đọc spin – valve, … – Đầu ghi AMR Đầu ghi AMR là đầu ghi dựa trên hiệu ứng từ điện trở dị hướng Anisotropicmagnetoresistance – AMR . ————————————————————————————————————- 20V ật liệu từ và ứng dụng————————————————————————————————————–Hình Đầu ghi dựa trên hiệu ứng là một hiệu ứng từ điện trở mà ở đó tỉ số từ điện trở sự biến hóa của điện trởsuất dưới tính năng của từ trường ngoài phụ thuộc vào vào hướng của dòng điện khôngđẳng hướng trong mẫu , mà thực chất là sự nhờ vào của điện trở vào góc tương đốigiữa từ độ và dòng điện. – Đầu đọc / ghi GMR Đầu đọc / ghi GMR là đầu đọc / ghi dựa trên hiệu ứng từ trở khổng lồ GMR. Cấutrúc của thành phần GMR gồm những lớp sắt từ F được ngăn cách với nhau bởi những lớp phitừ a Cấu hình phản sắt từ của GMR ; b Cấu hình sắt từ của thuộc tính có spin của điện tử nên những điện tử với chiều spin xác lập spin ↑ hoặc spin ↓ có Xác Suất tán xạ khác nhau tại mặt phẳng ngăn cách giữa những lớp sắt từ vàphi từ, nó phụ thuộc vào cả vào sự sắp xếp từ độ của những lớp sắt từ. Khi không có từ————————————————————————————————————-21Vật liệu từ và ứng dụng————————————————————————————————————–trường ngoài, những lớp sắt từ sắp xếp phản tuy nhiên với nhau, cả hai loại điện tử với spin ↑ và spin ↓ đều bị tán xạ như nhau khi đi qua cấu trúc này nên điện trở của cả hệ làlớn. Từ trường ngoài có tính năng sắp xếp lại véctơ từ độ của những lớp sắt từ theohướng song song với nhau. Khi đó Tỷ Lệ tán xạ của một trong hai loại spin ↑ hoặcspin ↓ sẽ giảm xuống và coi như hệ mở thông kênh spin này, những điện tử dẫn sẽ chỉchủ yếu là do điện tử với một trong hai loại spin có Xác Suất tán xạ thấp. Như vậy, nguyên do gây nên hiệu ứng GMR là do sự sắp xếp lại những véctơ từ độ theo hướngsong tuy nhiên với nhau dưới tính năng của từ trường. Điện trở sẽ đạt được giá trị caonhất khi không có từ trường những véctơ từ độ là trọn vẹn phản tuy nhiên với nhau , cònkhi có từ trường điện trở sẽ giảm xuống do những véctơ từ độ trọn vẹn song song vớinhau. Ta có tỷ số GMR là GMR = RAP – RP / RP RAP > Rp trong đó RAP là điện trở của thông số kỹ thuật phản sắt từ, RP là điện trở của thông số kỹ thuật sắt từ. Hình Đầu đọc / ghi dựa trên hiệu ứng GMR. – Đầu đọc spin – valve Spin – valve là một linh phụ kiện từ tính cấu trúc từ một màng mỏng mảnh đa lớp gồm cáclớp sắt từ ngăn cách bởi những lớp phi từ mà ở đó điện trở của hệ đổi khác phụ thuộcvào sự xu thế của từ độ trong những lớp sắt từ. Tính chất của spin – valve dựa trênhiệu ứng từ điện trở khổng lồ và được ứng dụng trong những đầu đọc ổ cứng máy tính. Cơ chế của hiệu ứng được lý giải qua chính sách ” tán xạ nhờ vào spin ” của điện tử. Vàcó thể thấy rằng trạng thái của hệ điện trở cao, điện trở thấp phụ thuộc vào vào sự địnhhướng tương đối của từ độ của những lớp sắt từ. Có nghĩa là việc từ độ những lớp này————————————————————————————————————-22Vật liệu từ và ứng dụng————————————————————————————————————–định hướng tương đối với nhau ra làm sao song song, phản song song hoàn toàn có thể cho phépdòng điện tử dòng spin được truyền qua hoặc không hề truyền qua, hay nói cáchkhác, từ độ của những lớp sắt từ hoạt động giải trí như một chiếc van đóng mở spin. Tuynhiên, đây là cấu trúc đơn thuần với sự quay của những lớp sắt từ theo từ trường khá tựdo và việc điều khiển và tinh chỉnh tín hiệu trở nên khó khăn vất vả. Hiện nay cấu trúc spin valve gồm 4 lớp chính bên dưới là lớp màng mỏng dính vậtliệu phản sắt từ lúc bấy giờ sử dụng thông dụng là IrMn … , bên trên lớp này là lớp sắt từđầu tiên có từ độ bị ghim bởi lớp phản sắt từ nên có từ độ bị giữ theo một hướng gọi là lớp ghim , phía trên là lớp phi từ hoặc lớp điệnmôi , và trên cùng là lớp sắt từ với từ độ quay tự do. Hình Cấu trúc cắt ngang của màng đa lớp spin valve với link phản sắt từ. Với quy mô này, khi đặt từ trường ngoài chỉ có từ độ của lớp tự do bị quay theo từtrường ngoài do đó hiệu ứng từ điện trở phần đông chỉ phụ thuộc vào vào từ độ lớp bêntrên. Từ độ của lớp ghim bên dưới chỉ bị quay đi khi có từ trường ngoài đủ lớn đểphá vỡ link với lớp phản sắt từ hình . ————————————————————————————————————- Hình Liên kết phản sắt từ trong các23 màng mỏng mảnh đa lớp spin – valve trong cácđầu đọc ổ đĩa cứng. Vật liệu từ và ứng dụng————————————————————————————————————–1. Đầu đọc và ghi trong ổ đĩa quangỔ đĩa quang là một loại thiết bị dùng để đọc đĩa quang, nó sử dụng một loạithiết bị phát ra một tia laser chiếu vào mặt phẳng đĩa quang và phản xạ lại trên đầu thuvà được giải thuật thành tín hiệu để đọc hoặc ghi trên đĩa tròn hình . Hình Hệ thống đèn laser, thấu kính và cảm ứng của một ổ đĩa quang. Chẳng hạn so với đĩa CD rom, tài liệu ghi lên đĩa là dạng tín hiệu số 0, 1 ở đầughi, người ta sử dụng súng laser để ghi dữ liệu lên đĩa. Hình trình diễn nguyênlý ghi tài liệu lên đĩa CD rom. ————————————————————————————————————- 24V ật liệu từ và ứng dụng————————————————————————————————————–Hình Nguyên lý ghi tài liệu lên đĩa CD rom. Đĩa quay với vận tốc cao và súng laser sẽ chiếu tia laser lên mặt phẳng đĩa, tia laser đượcđiều khiển tắt sáng theo tín hiệu 0 hay 1 đưa vào ứng với tín hiệu 0 là tia laser tắt, ứng với tín hiệu 1 là tia laser sáng đốt cháy mặt phẳng đĩa thành 1 điểm làm mất khảnăng phản xạ . Còn so với quy trình đọc tài liệu ghi từ đĩa CD rom, người ta sử dụng tia laser yếuhơn lúc ghi chiếu lên mặt phẳng đĩa dọc theo những đường track có tài liệu, sau đó hứnglấy tia phản xạ quay lại rồi đổi chúng thành tín hiệu điện. Khi tia laser chiếu qua cácđiểm trên mặt phẳng đĩa bị đốt cháy sẽ không có tia phản xạ và tín hiệu thu được là 0. Khi tia laser chiếu qua những điểm trên mặt phẳng đĩa không bị đốt cháy sẽ có tia phản xạvà tín hiệu thu được là 1. Tia phản xạ sẽ được ma trận diode đổi thành tín hiệu điện, sau khi khuếch đại và giải quyết và xử lý ta thu được tín hiệu bắt đầu. Hình trình diễn nguyênlý đọc tín hiệu từ đĩa CD rom. Hình Nguyên lý đọc tín hiệu từ đĩa CD rom. ————————————————————————————————————- 25
vật liệu từ tính
