Khóa luận Nghiên cứu hiện tượng hiệu dịch trao đổi của màng hai lớp sắt từ-Sắt điện bằng phương pháp Monte Carlo

MỞ ĐẦU Chúng ta đang sống ở kỷ nguyên mà những thiết bị điện tử trở thành những công cụ cốt yếu, thông dụng, và quen thuộc với con người trong tất cả các phương diện đời sống xã hội. Những sản phẩm kỳ diệu mà chúng ta đang có được, những thứ mà đã và đang làm thay đổi cuộc sống của chúng ta một cách tiện lợi, chính là những thành tựu mang lại từ những tiến bộ khoa học và kỹ thuật trong những thập kỷ qua. Trong đó, các nghành Vật lý, Hóa học và Khoa học Vật liệu đóng vai trò then chốt. Để làm việc với những ổ cứng có dung lượng và tốc độ truy cập dữ liệu siêu cao như trong các điện thoại thế hệ mới hay máy tính cá nhân, và máy tính xách tay thì các đầu nghi và đọc rõ ràng phải thiết kế và phát triển theo một nguyên lý khác với những thiết kế truyền thống. Sự ra đời của spin tử (spintronics) đã thay đổi một cách cách mạng những khái niệm cũng như thiết kế về các thiết bị điện tử nói chung và các đầu nghi đọc từ nói riêng so với nghành điện tử truyền thống. Những khái niệm mới như các thiết bị từ trở lớn (giant magnetoresistive devices), các thiết bị van spin (spin valve devices), hay những bộ nhớ ghi từ động không tự xóa (nonvolatile magnetic random access memories-MRAMs), v.v. dường như bị bó hẹp một cách trừu tượng và khó hiểu trong nghiên cứu khoa học cơ bản, song thực tế chúng đã thâm nhập vào trong đời sống xã hội thông qua những thiết bị điện tử tuyệt vời mà chúng ta đang có. Trong số các khái niệm đó, các thiết bị van spin trong các đầu ghi/đọc trên nguyên lý từ trở lớn không thể thiếu được những cấu trúc màng đa lớp, và rõ ràng trong các cấu trúc này hiệu ứng trao đổi hiệu dịch [exchange bias (EB) effect] trở thành then chốt cho hoạt động của thiết bị. EB được dùng trong thiết bị van spin để ổn định nhiệt đối với trật tự từ của lớp từ cứng, mà thiếu đi nó các trạng thái đômen của đầu đọc/ghi từ có thể không thể dự đoán được và dẫn tới những vấn đề nan giải về độ tin cậy của thiết bị. Không chỉ bó hẹp ứng dụng trong van spin, EB còn có một ứng dụng nữa rất quan trọng là nó có thể dùng để ổn định nhiệt các hạt từ, là viên gạch trong công nghệ lưu trữ thông tin dưới dạng ghi từ (magnetic recording), giúp cho việc giảm được kích thước hạt từ để tăng mật độ (dung lương) ghi trên một đơn vị diện tích và thu nhỏ kích thước thiết bị mà không còn sợ sự mất mát thông tin do thăng giáng nhiệt (nghĩa là giới hạn siêu thuận từ-superparamagnetic limit). Từ những ứng dụng to lớn đó, trong những năm gần đây, hiệu ứng trao đổi hiệu dịch đã thu hút sự quan tâm nghiên cứu trở lại bởi các nhà thực nghiệm và lý thuyết trên nhiều đối tượng vật liệu khác nhau đặc biệt là các màng mỏng hai lớp, qua đó nhiều hiện tượng và tính chất lý thú mới được phát hiện. Cũng chính những lý do đó, EB trở thành một trong những lĩnh vực then chốt của từ học và vật liệu từ. Lĩnh vực này đóng góp một cộng đồng đông đạo các nhà từ học trên thế giới. Mặc dù vậy nguồn gốc vi mô của hiệu ứng này vẫn còn là một vấn đề tranh cãi, nguyên nhân phía sau nó là sự thiếu hụt những thông tin cũng như hiểu biết ở lớp tiếp xúc bề mặt tiếp xúc nằm sâu bên trong màng mỏng, bao gồm các đặc trưng về cấu trúc hóa học và cấu hình spin ở cấp độ vi mô. Mặc dù vậy, tính ưu việt của hiệu dịch trao đổi cho ứng dụng thực tiễn đòi hỏi sự hiểu biết một cách rõ ràng cơ chế vật lí chi phối hiệu ứng đó, và đến lượt nó nảy sinh những vấn đề lý thú cho nghiên cứu cơ bản. Lý do chọn đề tài: Song song với những phát hiện quan trong gần đây, rằng hiệu dich trao đổi cũng có thể quan sát trong các tiếp xúc khác với tiếp xúc sắt từ/phản săt từ truyền thống, là phát hiện hiệu ứng trong các lớp sắt từ/sắt điện. Điều đặc biệt quan trọng ở đây là trong lớp sắt điện có tồn tại pha phản sắt từ hoặc ferit từ tương tác từ điện (magnetoelectric coupling effect) với pha sắt điện tạo nên 1 tổ hợp đa pha điện từ trong cùng một vật liệu. Đo đó, tổ hợp này cho phép điều khiển hiệu dịch trao đổi không chỉ bằng mỗi từ trường thông thường mà còn cả điện trường. Mặc dù tiềm năng hứa hẹn này, lĩnh vực này vẫn là một hướng nghiên cứu non trẻ, đặc biệt, các hiểu biết lý thuyết chưa được chú trọng tập trung. Chính vì lý do dó, những phương pháp mô phỏng như Monte Carlo có thể là công cụ hữu ích để nghiên cứu. Chính vì lí do đó, em chọn chủ đề này cho nghiên cứu trong khóa luận của em. Khóa luận của em có tên là: Nghiên cứu hiện tượng hiệu dịch trao đổi của màng hai lớp sắt từ/sắt điện bằng phương pháp Monte Carlo Đối tượng nghiên cứu trong đề tài là: Hệ màng hai lớp sắt từ/sắt điện (Ferromagnet/Ferroelectrics, viết tắt là FM/FE). Phương pháp Nghiên cứu: - Phương pháp nghiên cứu là phương pháp mô phỏng Monte Carlo, đây là một phương pháp tiệm cận giữa lý thuyết và thực nghiệm. Mục tiêu đề tài: - Tìm hiểu về tính chất và ứng dụng của sắt điện và sắt từ, đặc biệt là hiệu ứng hiệu dịch trao đổi với hệ FM/FE và hệ sắt từ/phản sắt từ truyền thống. - Tìm hiểu phương pháp Monte Carlo để mô phỏng hệ nhiệt động nói chung, đặc biệt là mô đường cong từ trễ của hệ sắt từ. Từ đó phát triển để nghiên cứu hiệu dịch trao đổi trong màng FM/FE (xây dựng mô hình và chương trình mô phỏng). - Từ chương trình mô phỏng đường cong từ trễ, nghiên cứu một số tính chất của hiệu ứng hiệu dịch trao đổi trong hệ mô hình màng FM/FE được xây dựng. Bố cục của khóa luận này gồm ba chương. Chương 1 trình bày tổng quan tài liệu. Chương 2 trình bày phương pháp mô phỏng Monte Carlo, mô hình màng hai lớp FM/FE và chương trình mô phỏng đường cong từ trễ để quan sát hiệu dich trao đổi. Một số kết quả mô phỏng từ mô hình được trình bày và bàn luận trong chương 3. Cuối cùng là phần kết luận chung. Chương 1. TỔNG QUAN 1.1. Phân loại vật liệu từ và vật liệu sắt từ 1.1.1. Nguồn gốc của tính chất từ Nguồn gốc của từ tính là sự chuyển động của các điện tích, đó là cách hiểu đơn giản nhất về nguồn gốc của từ trường. Có thể hiểu đơn giản là các điện tích chuyển động trong nguyên tử tạo ra các dòng điện tròn, các dòng điện tạo ra từ trường. Nếu coi nguyên tử là phần tử nhỏ bé 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 Bây giờ ta xét bài toán đơn giản một nguyên tử có một điện tử chuyển động quanh hạt nhân theo mô hình Borh. Mô hình Borh xét điện tử chuyển động trên quỹ đạo bán kính r, vận tốc v. Lúc đó, mômen từ sinh ra do chuyển động của điện tử là: (1.1) Với I là dòng điện tròn, S là diện tích mặt phẳng giới hạn bởi dòng điện kín. Mặt khác, mômen động lượng của điện tử là : . Theo mô hình Borh, mômen động lượng của điện tử trên quỹ đạo bằng một số nguyên lần hằng số Planck. Do đó, ta có: (1.2) (n là một số nguyên, nhận giá trị 1, 2, 3…) Thay (2) vào (1), ta có công thức tính mômen từ quỹ đạo của điện tử như sau: (1.3) gọi là Magneton Borh, dùng để làm đơn vị của mômen từ nguyên tử. Đây là một tính toán về nguồn gốc của từ tính là chuyển động của điện tử. Tuy nhiên, vật lý hiện đại chỉ ra rằng từ tính còn có đóng góp của spin của điện tử. Có thể hiểu spin như là mômen từ sinh ra do chuyển động tự quay của điện tử (hiểu một cách đơn giản). Thực tế, spin là một thuộc tính cơ bản có nguồn gốc lượng tử. Vậy, nguồn gốc của từ tính là do hai sự đóng góp: + Mômen từ quỹ đạo của điện tử + Mômen từ riêng (mômen từ spin) Với các nguyên tử phức tạp, lớp vỏ điện tử gồm nhiều điện tử, mômen từ quỹ đạo tổng cộng và cả mômen từ spin, bằng tổng các mômen từ của các điện tử riêng lẻ. Khi tính tổng các mômen từ quỹ đạo và mômen từ spin có thể xảy ra trường hợp chúng bù trừ nhau và mômen tổng hợp của nguyên tử bằng 0, còn nếu không có bù trừ thì nguyên tử sẽ có mômen từ, tức là chúng có từ tính các nguyên tố kim loại chuyển tiếp có lớp vỏ 3d đầy một phần như Fe, Co, Ni đều có từ tính trong khi lớp vỏ này lấp đầy điện tử như Cu thì không có từ tính. Các hợp chất, đơn chất có chứa nguyên tố có từ tính gọi là vật liệu từ. Dưa vào đặc tính này cũng như đặc tính tương tác và trật tự từ vi mô để phân loại vật liệu từ. Sự phụ thuộc của moment từ và độ cảm từ vào nhiệt độ cũng là dấu hiệu thực nghiệm để phân loại vật liệu từ. Nếu như mômen từ là thước đo độ mạnh yếu của nguồn từ, có đơn vị A.m2 thì đặc trưng cho mức độ từ hóa của vật liệu từ, người ta dùng một đại lượng vật lý gọi là vectơ từ hóa _ ký hiệu là . Véctơ từ hóa là tổng mômen từ trong một đơn vị thể tích: (1.4) Theo cách định nghĩa này thì độ từ hóa có cùng thứ nguyên với cường độ từ trường, là A/m. Ta có quan hệ giữa B, H và M như sau: Với là độ cảm từ, nói lên khả năng cảm ứng của vật chất với từ trường. Do đó, ta có quan hệ : (1.5) Các vật liệu bị từ hóa nhiều hay ít trong từ trường được gọi là các vật liệu từ. 1.1.2. Vật liệu nghịch từ (Diamagnet) Khi chưa đặt vật liệu trong từ trường ngoài, tổng mômen từ nguyên tử của chúng bằng không. Khi ta đặt vật liệu trong từ trường ngoài, mỗi nguyên tử đều xuất hiện một mômen từ phụ, các mômen từ phụ này tạo ra từ trường phụ ngược chiều với sự biến đổi của từ trường ngoài, dẫn đến độ cảm từ của chất nghịch từ có giá trị âm và giảm tuyến tính khi từ trường tăng như Hình 1.1. Hình 1.1 (a) Sơ đồ nguyên tử nghịch từ trong từ trường ngoài. (b) Đường cong từ hóa của vật liệu nghịch từ. Các chất nghịch từ điển hình như: H2O, He, Ne, Ar, Bi, Si, Cu, Ag, Pb,…Mặc dù, Cu và Ag có mômen từ khác không khi chưa đặt trong từ trường ngoài nhưng vẫn là vật liệu nghịch từ khi đặt trong từ trường ngoài do hiệu ứng nghịch từ chiếm ưu thế. 1.1.3. Vật liệu thuận từ (Paramagnet) Vật liệu thuận từ có những nguyên tử hoặc ion từ mà mômen từ cô lập, định hướng hỗn loạn do tác dụng nhiệt, dẫn đến độ từ hóa tổng cộng bằng không khi không có mặt của từ trường ngoài. Khi đặt chất thuận từ trong từ trường ngoài, thì từ trường làm quay các mômen từ theo hướng của từ trường, dẫn đến từ độ của chất có giá trị dương. Tuy nhiên, để định hướng hoàn toàn các mômen từ ở nhiệt độ phòng theo hướng của từ trường thì, đối với chất thuận từ cần một từ trường lớn cỡ 107Oe. Theo định luật Curie: trong đó, C là hằng số Curie. Xem Hình 1.2. Hình 1.2 (a) Sự sắp xếp các mômen từ trong vật liệu thuận từ. (b) Đường cong từ hóa của vật liệu thuận từ. (c) Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của nghịch đảo độ cảm từ. Các chất thuận từ điển hình là Al, Na, O2, Pt…Trước đây, người ta coi các chất thuận từ và nghịch từ là chất từ tính yếu, hay phi từ, gần đây, các chất có tính chất giống thuận từ (siêu thuận từ) lại được nghiên cứu ứng dụng mạnh và không phải là từ tính yếu. 1.1.4. Vật liệu sắt từ (Ferromagnet) Vật liệu sắt từ được biết đến là một chất có từ tính rất mạnh, có độ từ thẩm rất lớn và độ từ hóa lớn hơn độ từ hóa của chất thuận từ. Chất sắt từ điển hình như Fe, Co, Ni, Gd… Chất sắt từ gồm có những mômen từ nguyên tử, nhưng khác với chất thuận từ ở chỗ các mômen này lớn hơn và có khả năng tương tác với nhau. Tương tác này dẫn đến việc hình thành trong lòng vật liệu các vùng đômen mà trong mỗi vùng đômen này, các mômen từ sắp xếp hoàn toàn song song nhau tạo thành từ độ tự phát (có nghĩa là tồn tại độ từ hóa ngay cả khi không có từ trường ngoài). Và nếu không có từ trường ngoài, do năng lượng nhiệt làm cho các mômen từ trong các đômen trong toàn khối sắp xếp hỗn độn, do vậy tổng độ từ hóa của toàn khối vẫn bằng 0. Việc hình thành đômen là để giảm thiệu năng lượng từ do trường khử từ gây ra tức là năng lương sẽ lớn khi các đường sức từ của mỗi một đôment vẫn còn nằm bên ngoài chất sắt từ. Tuy nhiên nếu các đường sức từ này được đóng kín do sự sắp xếp hợp lý của các đômen như trên Hình 1.3 thì sẽ có lợi về mặt năng lượng. Một lý do khác là do sự cạnh tranh của dị hướng từ tinh thể (làm cho moment từ định hướng theo trục dễ tinh thế) và tương tác trao đổi (làm cho các moment từ định hướng song song với nhau) dẫn đến từ độ của toàn bộ khối sắt từ bị phân chia thành những đômen (vùng) từ hóa tự phát để có lợi về mặt năng lượng. (a) (b) Hình 1.3 Cấu trúc đômen trong vật liệu sắt từ, giữa các vùng đômen là những vách ngăn, các vectơ mômen từ định hướng đối song song từng cặp dẫn đến từ độ của toàn mẫu bằng 0. Quá trình từ hóa được thê hiện thông qua sự dịch vách thuận nghịch và bất thuận nghịch (ở từ trương nhỏ) và quá trình quay thuận nghịch và bất thuận nghịch của đômen (trong từ trường lớn) như sau. Nếu ta đặt từ trường ngoài vào vật liệu sẽ có hai hiện tượng xảy ra: + Sự lớn dần của các đômen từ theo phương của từ trường và giảm dần đômen ngược chiều với từ trường (dịch vách ddoomen) + Sự quay của các mômen từ theo hướng của từ trường. Khi tăng dần từ trường đến mức đủ lớn, ta sẽ có hiện tượng bão hòa từ (magnetic saturation), lúc đó tất cả các mômen từ sắp xếp xong song với nhau và trong vật liệu, về mặt lý tưởng, chỉ có một đômen duy nhất. Nếu ta ngắt từ trường, các mômen từ sẽ lại có xu hướng hỗn độn do thăng giáng nhiệt và lại tạo thành các đômen, tuy nhiên, các đomen này vẫn còn tương tác với nhau. Khi ta giảm từ trường về không tổng mômen từ trong toàn khối không giảm dẫn nhưng không bằng không ở từ trường bằng không. Từ độ còn dư này gọi là từ độ dư (remenant magnetization). Nếu ta đổi chiều từ trường và tăng độ lớn, từ độ sẽ giảm dẫn từ giá trị dư về không. Khi từ độ bằng không, ta gọi là trạng thái khử từ và giá trị từ trường tại đó từ độ bằng không gọi là lực kháng từ (coercivity). Nếu từ trường càng âm thì từ độ tiếp tục giảm từ giá trị không về giá trị bão hòa âm. Quá trình tương tự như trên nếu ta tiếp tục tăng tư trường về không và đổi chiều rồi tăng giá trị dương của nó. Điều này tạo thành hiện tượng trễ (magnetic hysteresis) của vật liệu sắt từ như Hình 1.4. Đường cong từ hóa của chất sắt từ và chất thuận từ có điểm khác biệt là đường cong phi tuyến và đạt bão hòa khi từ trường đủ lớn đối với sắt từ, trong khi từ độ của chất thuận từ phụ thuộc từ trường theo hàm Langevin. Hình 1.4 Đường cong từ trễ của chất sắt từ Hai đặc trưng cơ bản quan trọng của chất sắt từ là: + Đường cong từ trễ + Nhiệt độ Curie Nhiệt độ Curie là nhiệt độ mà tại đó chất sắt từ bị mất trật tự sắt từ song song, tại đó tính từ dư của nó mất hẳn và khi T > TC thì trật tự từ trở thành thuận từ và nghịch đảo độ cảm từ tuân theo định luật tuyến tính với T (định luật Curie) như hình 1.5. và khi T < TC thì chất là sắt từ. Nhiệt độ TC được gọi là nhiệt độ chuyển pha sắt từ-thuận từ (là chuyển pha loại 2). TC là thông số đặc trưng cho chất và phụ thuộc vào tương tác trao đổi giữa các moment từ nguyên tử. Có một số sự khác biệt giữa trạng thái thuận từ của chât sắt từ và chất thuận từ như sau. Đối với sắt từ, các moment từ vẫn còn tương tác song do thăng giáng nhiệt nên trât tự tư hỗn loạn và độ cảm từ tuân theo định luật Curie-Weiss . Ngược lại, các moment trong chất sắt từ hoàn toàn không tương tác và không có cạnh tranh giữa tương tác trao đổi và thăng giáng nhiệt, độ cảm từ phụ thuộc nhiệt đô theo định luật Curie. Hình 1.5 Sự phụ thuộc nhiệt độ của từ độ bão hòa và nghịch đảo độ cảm từ của chất sắt từ Mỗi chất sắt từ có khả năng “từ hóa” và “khử từ” khác nhau. Từ tính chất này, người ta lại phân chia chất sắt từ thành những nhóm khác nhau, mà cơ bản có 2 nhóm sắt từ: Sắt từ mềm (soft ferromagnet) Sắt từ mềm không phải là các chất mềm về mặt cơ học, mà “mềm” về phương diện từ (tức là dễ bị từ hóa và khử từ). Sắt từ mềm có đường trễ hẹp (lực kháng từ bé, chỉ cỡ dưới 102 Oe) nhưng lại có từ độ bão hòa rất cao, có độ từ thẩm lớn, nhưng từ tính lại dễ dàng bị mất đi sau khi ngắt từ trường ngoài. Các chất sắt từ mềm truyền thống đã được biết đến như là sắt non, ferrite, Mn, Zn… Các chất sắt từ mềm được sử dụng trong các lõi nam châm điện, lõi biến thế, lõi dẫn từ…, có nghĩa là sử dụng nó như vật dụng trong từ trường ngoài. Do vậy, đặc trưng mà người ta quan tâm đến nó là: tổn hao trễ và tổn hao xoáy: + Tổn hao trễ sinh ra do sự mất mát năng lượng trong quá trình từ hóa, được tính bằng diện tích của đường cong từ trễ. Do vậy, vật liệu sắt từ mềm “xịn” có đường trễ càng hẹp càng tốt. + Tổn hao xoáy sinh ra do các dòng Fuco sinh ra trong từ trường xoay chiều làm nóng vật liệu, năng lượng tỉ lệ thuận với bình phương tần số từ trường, tỉ lệ nghịch với điện trở suất của vật liệu. Sắt từ cứng (hard ferromagnet) Cũng tương tự như sắt từ mềm, từ “cứng” không phải do cơ tính cứng mà nó là vật liệu sắt từ khó từ hóa và cũng khó bị khử từ (tức là từ tính có thể giữ được tốt dưới tác dụng của từ trường ngoài). Một ví dụ đơn giản như nam châm vĩnh cửu. Vật liệu từ cứng có lực kháng từ lớn (trên 102 Oe), nhưng chúng thường có từ độ bão hòa không cao, mặc dù người t among đợi càng cao càng tốt. Tính “cứng” của vật liệu từ cứng đến từ tính dị hướng từ, liên quan đến năng lượng từ có được do tính đối xứng tinh thể của vật liệu. Tức là, thông thường các vật liệu từ cứng thường có cấu trúc tinh thể đối xứng kém ví dụ như tứ giác hay lục giác… Do khả năng giữ lại từ tính, nên vật liệu từ cứng được dung làm vật vật liệu giữ năng lượng (nam châm vĩnh cửu) và lưu trữ thông tin (ổ đĩa cứng, đĩa từ…). Nói đến khả năng tích trữ năng lượng, ta phải nhắc đến một thông số của vật liệu từ cứng là tích năng lượng từ (B.H)max có đơn vị là mật độ năng lượng J/m3, là năng lượng cực đại có khả năng tồn trữ trong một đơn vị thể tích của vật. Để có (B.H)max lớn, cần có lực kháng từ lớn, từ độ cao và đương trễ càng lồi càng tốt. Đơn vị thường dùng của (B.H)max là GOe, 1MGOe = 8 kJ/m3. Các nam châm vĩnh cửu truyền thống được sử dụng là ferrit từ cứng BaSr, hợp kim AlNiCo… Thế hệ nam châm vĩnh cửu mới ra đời sau là các nam châm đất hiếm nên giá thành cao, dễ bị oxi hóa. Trong thời gian gần đây, công nghệ nano phát triển, dẫn đến sự ra đời của một loại nam châm từ cứng mới tổ hợp tính chất của 2 loại nam châm từ cứng và từ mềm, có thể khắc phục các điểm yếu của nam châm tốt nhất, có giá thành hạ và cho phẩm chất cao hơn rất nhiều. 1.1.2.4. Vật liệu phản sắt từ (Antiferromagnet) Vật liệu phản sắt từ có mômen từ của các nguyên tử cạnh tranh nhau sắp xếp đối song (song song và ngược chiều) từng đôi một. Tức là trong vật liệu phản sắt từ, có tồn tại hai phân mạng cấu trúc từ xen kẽ nhau. Mooment từ trong mỗi phân mạng sắp xếp song song với nhau nhưng ngược chiều với moment từ của phân mạng kia. Từ độ của mỗi phân mạng có giá trị tuyệt đối bằng nhau nhưng triệt tiêu nhau. (Vật liệu Ferrit từ là một dạng của phản sắt từ, tuy nhiên hai phân mạng có từ độ khác nhau nên không triệt tiêu lẫn nhau, dẫn tới từ độ tổng cộng khác không). Do đó, ở trạng thái cơ bản, ở không độ tuyệt đối và trong tư trường ngoài bằng không, độ từ hóa tộng cộng của chất phản sắt từ bằng không (Hình 1.6 (a)). Trong phản sắt từ cũng tồn tại các mômen từ tự phát xảy ra khi T TN thì sự sắp xếp mômen từ trở nên hỗn loạn, vật liệu trở thành thuận từ, như trường hợp của trật tự thuận từ của chất sắt từ. Hình.1.6 (a) Sự sắp xếp mômen từ trong vật liệu phản sắt từ (b) Sự phụ thuộc nhiệt độ của nghịch đảo độ cảm từ trong AFM Khi có từ trường ngoài mômen tổng cộng của các vật liệu AFM tăng tỉ lệ với từ trường do sự định hướng của các spin. Ở nhiệt độ thấp, hệ số từ hóa của AFM rất nhỏ. Khi nhiệt độ tăng lên sự sắp xếp đối song từng cặp một của các phân mạng xen kẽ bị vi phạm và hệ số từ hóa tăng lên. Tại nhiệt độ TN, vùng định hướng tự phát của các spin không còn nữa, phản sắt từ chuyển thành thuận từ. Tiếp tục tăng nhiệt độ, hệ số từ hóa giảm xuống. 1.2. Vật liệu điện môi và vật liệu sắt điện Vật liệu điện môi là một trong những vật liệu có ý nghĩa rất quan trọng trong trong các ứng dụng khoa học kỹ thuật và đời sống xã hội. Chúng đã và đang thu hút được nhiều quan tâm cả về nghiên cứu cơ bản cũng như nghiên cứu khả năng triển khai ứng dụng từ các nhà nghiên cứu của Vật ly, Hóa học, và Khoa học Vật liệu. Nguồn gốc của phân cực điện Trong chất điện môi, các điện tử liên kết rất chặt với các iôn nguyên tử, đến mức tại nhiệt độ phòng, dao động nhiệt và điện trường thông thường không thể bứt chúng ra khỏi nguyên tử. Như vậy, chất điện môi không dẫn điện. Tuy nhiên, dưới tác dụng của điện trường ngoài, các điện tích dương sẽ bị dịch khỏi vị trí cân bằng theo hướng của điện trường, còn các điện tích âm thì dịch theo hướng ngược lại. Kết quả là tạo ra các mômen lưỡng cực điệ