Đề này này nhằm thực hiện các mục tiêu sau: Chế tạo thành công các vật liệu từ nhiệt với cấu trúc đơn pha loại NaZn13; Tìm ra quy trình chế tạo và ảnh hưởng của các nguyên tố thay thế Si cho Fe và đất hiếm lên cấu trúc, tính chất từ, từ nhiệt của họ vật liệu LaR(Fe,Si)13; Tiến hành các phép đo nhiễu xạ bột tia X, các phép đo từ, từ nhiệt, điện trở… từ đó xác định tính chất từ của họ vật liệu LaR(Fe,Si)13; Tính toán và đánh giá hiệu ứng từ nhiệt của họ vật liệu này; và Nghiên cứu một cách hệ thống vai trò của các nguyên tố thay thế lên cấu trúc tinh thể cũng như một số tính chất vật lý của họ vật liệu từ nhiệt với cấu trúc loại NaZn13.
Một số kết quả nghiên cứu nổi bật:
- Sự hình thành pha NaZn13 đã được khảo sát trong hệ hợp chất La(Fe1-xSix)13 (với x = 0,12; 0,14; 0,15; 0,18 và 0,21). Khi nồng độ Si tăng trong hệ La(Fe1-xSix)13 có sự chuyển từ cấu trúc lập phương sang cấu trúc tứ diện trong pha NaZn13 do trật tự ưu tiên của các nguyên tử Fe và Si. Ở nhiệt độ phòng, hợp chất La (Fe1-xSix) 13 kết tinh ở cấu trúc lập phương trong vùng 0,12 £ x £ 0,18 và tứ diện khi x ³ 0,21. Khi nồng độ Si thay đổi cấu trúc tinh thể và tính chất từ trong hợp chất thay đổi một cách đều đặn. Các thông số mạng giảm tuyến tính khi nồng độ Si tăng. Nhiệt độ chuyển pha TC tăng khi nồng độ Si tăng còn mômen từ bão hòa Ms giảm tuyến tính. Nguyên nhân có thể do tính sắt từ của hợp chất giảm làm thay đổi tương tác trao đổi giữa đất hiếm – kim loại chuyển tiếp 3d.
- Tính chất nhiệt điện đã được khảo sát trên hợp chất dư Lantan La1+d(Fe0,85Si0,15)13 (d = 0,06 và 0,09). Kết quả chỉ ra rằng trên mẫu tồn tại cấu trúc lập phương ở cả vùng nhiệt độ thấp gần 0 K và vùng nhiệt độ phòng. Điện trở suất có dạng tuyến tính khi nhiệt độ tăng và sự tăng của độ dẫn nhiệt theo nhiệt độ. Công suất nhiệt đạt giá trị nhỏ nhất xung quanh 200 K (gần TC) và tăng ở vùng nhiệt độ phòng.
- Tính chất từ và từ nhiệt của hợp chất La1-yCeyFe11,44Si1,56 (0,0 £ y £ 0,3) khi thay thế một phần Ce cho La đã được khảo sát. Do bán kính của ion Ce3+ nhỏ hơn so với ion La3+ nên sự thay thế của Ce cho La sẽ làm cho hàng số mạng co lại tăng cường hiệu ứng từ thể tích và kéo theo sự giảm của nhiệt độ chuyển pha Curie TC. Giá trị lớn của sự thay đổi entropy từ DSm = 18,67 J/kg·K nhận được đối với y = 0,2 (tại DH = 4 T) là do đóng góp của chuyển pha bậc nhất IEM trong vật liệu này. So với mẫu chưa thay thế Ce cho La thành phần Ce thay thế 20% làm cho DSm tăng khoảng 65% ở từ trường biến thiên 1T. Kết quả nghiên cứu mở ra triển vọng ứng dụng vật liệu này trong công nghiệp làm lạnh từ.
*Có thể tìm đọc toàn văn báo cáo kết quả nghiên cứu (Mã số 14887/2017) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.