Vật liệu pha sắt từ hỗn hợp (multiferroics) là loại vật liệu đặc biệt, tích hợp nhiều trật tự sắt và liên kết giữa chúng, giúp điều khiển điện từ và từ điện. Đặc điểm nổi bật của chúng là khả năng tạo ra sự thay đổi điện phân cực bằng từ trường, và ngược lại, tạo ra sự thay đổi từ hóa bằng điện trường. Điều này khiến chúng trở thành đối tượng nghiên cứu tiềm năng cho các thiết bị điện tử thế hệ mới.

Nhằm chế tạo được một số vật liệu điện có cấu trúc perovskite và vật liệu từ có cấu trúc spinel và hexaferrite kiểu M dạng hạt, khối cấu trúc nano và dạng tổ hợp (lõi - vỏ) bằng các phương pháp hóa học. Đồng thời, khảo sát một số tính chất về hình thái học, cấu trúc tinh thể, cấu trúc điện tử của các ion, và tính chất điện, từ của các vật liệu sau chế tạo, giải thích sự thay đổi tính chất trên cơ sở tương tác giữa các pha điện và từ, PGS. TS. Phạm Đức Thắng và các cộng sự tại Trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu chế tạo và khảo sát tính chất của một số tổ hợp đa pha sắt trên cơ sở vật liệu oxides từ và điện”.

Sau một thời gian thực hiện, đề tài đã đạt được các kết quả nghiên cứu sau:

1. Vật liệu perovskite điện

Đã chế tạo BaTiO3 bằng phương pháp thủy nhiệt có vi sóng hỗ trợ, thu được vật liệu có cấu trúc lập phương với kích thước hạt trung bình khoảng 50 nm.

Đã chế tạo Bi(Na, K)TiO3 bằng phương pháp sol-gel, thu được vật liệu có cấu trúc lập phương với kích thước hạt trung bình khoảng 100 nm, có tính sắt điện với độ phân cực điện bão hòa nằm trong dải 0.1−0.3 microC/cm2 và hằng số điện môi khoảng 103 ở tần số thấp.

Đã thử nghiệm chế tạo vật liệu perovskite điện dạng lai vô cơ - hữu cơ CH3NH3PbC13 bằng phương pháp nhúng, thu được vật liệu có cấu trúc lập phương, dạng đơn tinh thể kích thước micromet với độ rộng vùng cấm Eg=2.99 eV, có tính hấp thụ quang mạnh.

2. Vật liệu ferit từ

 Đã chế tạo ferit spinen CoFe2O4 bằng phương pháp thủy nhiệt có vi sóng hỗ trợ, thu được vật liệu có cấu trúc lập phương với kích thước hạt trung bình khoảng 10 nm, có tính chất từ mềm với từ độ bão hòa khoảng 59 emu/g và lực kháng từ khoảng 660 Oe.

Đã nghiên cứu, chế tạo các hexaferit (Ba,Y)Fe12-xMexO19 và (Sr,Y)Fe12-xMxO19 với Me=Mn, Zr bằng phương pháp phản ứng pha rắn.

Với Me=Mn, vật liệu có cấu trúc hexaferit kiểu M, có sự biến dạng Jahn-Teller, tính chất từ cứng với từ độ bão hòa giảm từ khoảng 32 emu/g, lực kháng từ tăng đến khoảng 4.1 kOe. Đồng thời, vật liệu với x≤0.5 có tính chất sắt điện và dẫn điện với x≥1.

Với Me=Zr, tính chất từ cứng giảm khi x tăng, với giá trị lớn nhất của từ độ bão hòa khoảng 40 emu/g và lực kháng từ gần 4 kOe. Vật liệu với x=0 có tính sắt điện yếu và đặc trưng thuận điện, còn các mẫu với x≥0.5 có tính dẫn điện và độ phân cực điện theo điện trường bị suy biến.

3. Vật liệu tổ hợp perovskite điện - ferit từ:

Đã nghiên cứu tổng hợp vật liệu tổ hợp điện - từ BaTiO3 - CoFe2O4 bằng phương pháp thủy nhiệt có vi sóng hỗ trợ.

Vật liệu tổ hợp có cả hai pha BaTiO3 và CoFe2O4 cùng tồn tại với các cấu trúc tinh thể lập phương, dạng đám hình cầu với kích thước phổ biến khoảng 50 nm.

Độ phân cực điện theo điện trường của vật liệu tổ hợp đang có dạng suy biến do dòng rò lớn.

Vật liệu tổ hợp BaTiO3 - CoFe2O4 có tính từ mềm với từ độ bão hòa khoảng 9.7 emu/g và lực kháng từ khoảng 940 Oe. Giá trị từ độ giảm so với CoFe2O4 do pha BaTiO3 không có từ tính, lực kháng từ tăng lên do pha không từ tính này có vai trò như các tâm cản trở quá trình khử từ của pha từ tính CoFe2O4.

Tương tác điện - từ trong vật liệu tổ hợp perovskite điện - hợp kim 3d từ cũng được nghiên cứu và giải thích trên cơ sở mô hình tính lý thuyết.

Các kết quả nghiên cứu đã được công bố và được nhận đăng trên các tạp chí khoa học quốc tế thuộc danh mục ISI, trên tạp chí khoa học chuyên ngành trong nước và trong kỷ yếu Hội nghị toàn quốc về Vật lý chất rắn và Khoa học vật liệu. Đề tài cũng đã đào tạo 2 luận văn bậc thạc sĩ và góp phần hỗ trợ đào tạo 1 nghiên cứu sinh.

Có thể tìm đọc toàn văn báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 21172/2022) tại Cục Thông tin, Thống kê.

P.T.T (NASTIS)