ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN _ Vũ Thị Thanh ẢNH HƯỞNG CỦA TỪ TRƯỜNG TRONG QUÁ TRÌNH LẮNG ĐỌNG LÊN TÍNH CHẤT TỪ CỦA DÂY NANO LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN _ Vũ Thị Thanh ẢNH HƢỞNG CỦA TỪ TRƢỜNG TRONG QUÁ TRÌNH LẮNG ĐỌNG LÊN TÍNH CHẤT TỪ CỦA DÂY NANO Chuyên ngành: Vật lý Nhiệt Mã số: LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC :TS.LÊ TUẤN TÚ Hà Nội - 2014 LỜI CẢM ƠN Lời em xin gửi lời biết ơn chân thành đến thầy giáo TS Lê Tuấn Tú, người trực tiếp hướng dẫn em hoàn thành luận văn Thầy tận tình bảo, hướng dẫn, giúp đỡ em việc định hướng luận văn trả lời thắc mắc đề tài luận văn Em xin chân thành cảm ơn thầy! Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy cô môn Vật lý Nhiệt độ thấp trường ĐH Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN truyền đạt kiến thức chuyên ngành vô quý báu Em xin cảm ơn thầy cô giảng dạy em năm qua, kiến thức mà em nhận giảng đường hành trang giúp em vững bước tương lai Em xin gửi lời cảm ơn tới anh Lê Văn Thiêm, người hướng dẫn, hỗ trợ em bước tiến hành thí nghiệm nghiên cứu tài liệu Cám ơn hỗ trợ đề tài VNU QG.14.14 Em không quên gửi lời cảm ơn đến người bạn, anh chị đồng hành, giúp đỡ em trình tìm tài liệu, trao đổi kiến thức truyền đạt kinh nghiệm giúp em hoàn thành luận văn cách tốt Và lời cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình Cảm ơn gia đình bên con, động viên tạo điều kiện tốt cho suốt thời gian qua Sau cùng, em xin kính chúc toàn thể thầy cô giáo mạnh khoẻ, hạnh phúc thành công công việc sống Một lần em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 21 tháng năm 2014 Học viên Vũ Thị Thanh MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỞ ĐẦU CHƢƠNG - TỔNG QUAN VỀ DÂY NANO TỪ TÍNH VÀ VẬT LIỆU CoNiP 1.1 Giới thiệu dây nano 1.1.1 Các dây nano tạo mảng phân tán 1.1.2 Các dây nano đoạn, nhiều đoạn nhiều lớp 1.2 Tính chất từ dây nano từ tính ảnh hưởng từ trường trình lắng đọng 1.2.1 Dị hướng hình dạng 1.2.2 Chu trình từ trễ 1.2.3 Một số ảnh hưởng từ trường 1.3 Một số ứng dụng dây nano từ tính 10 1.3.1 Tăng mật độ nhớ dây nano 10 1.3.2 Động điện từ cỡ nhỏ 11 1.3.3 Thao tác phân tử sinh học 12 1.3.4 Hệ thống cảm biến sinh học treo 13 1.3.5 Phân phối gen 14 1.4 Giới thiệu vật liệu CoNiP số tính chất vật liệu CoNiP 14 CHƢƠNG - CÁC PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 18 2.1 Phương pháp chế tạo 18 2.1.1 Một số phương pháp chế tạo 18 2.1.2 Phương pháp lắng đọng điện hóa 20 2.2 Chế tạo mẫu 23 2.3 Các phương pháp phân tích 24 2.3.1 Phương pháp Vol-Ampe vòng (CV) 24 2.3.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 26 2.3.3 Hiển vi điện tử quét (SEM) 28 2.3.4 Hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 30 2.3.5 Phổ tán sắc lượng tia X (EDS) 31 2.3.6 Thiết bị từ kế mẫu rung (VSM) 33 CHƢƠNG - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36 3.1 Kết đo Vol-Ampe vòng (CV) 36 3.2 Sự phụ thuộc mật độ dòng vào thời gian 36 3.3 Kết đo hiển vi điện tử quét (SEM) 38 3.3.1 Hình thái học bề mặt khuôn polycarbonate (PC) 38 3.3.2 Hình thái học mẫu 38 3.4 Kết đo nhiễu xạ tia X 39 3.4.1 Phổ nhiễu xạ tia X 39 3.4.2 Hằng số mạng tinh thể 40 3.5 Kết đo hiển vi điện tử truyền qua (HRTEM) 41 3.6 Kết phổ tán sắc lượng (EDS) 42 3.7 Tính chất từ 43 3.7.1 Đường cong từ trễ 43 3.7.2 Lực kháng từ Hc 45 3.7.3 Sự phụ thuộc từ độ bão hòa Ms nhiệt độ phòng vào từ trường 46 3.7.4 Tỉ số từ dư từ độ bão hòa Mr/Ms 47 3.7.5 Trường dị hướng Hk lượng dị hướng KU 48 KẾT LUẬN 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 (a) dây nano đơn đoạn; (b) dây nano hai đoạn; (c) dây nano nhiều lớp hai thành phần; (d) chức hóa dây nano hai thành phần Hình 1.2 (a) Dây nano Co bị phân tán; (b) Dây nano CuS tạo mảng Hình 1.3 (a) Dây nano CoPtP đoạn; (b) Dây nano CoPtP sáu đoạn (c) Dây nano nhiều lớp Fe – Au Hình 1.4 Ba hình elipxoit đặc trưng Hình 1.5 Chu trình từ trễ mảng dây nano Ni: (a) từ trường H đặt song song với trục dây nano; (b) từ trường H đặt vuông góc với trục dây nano Hình 1.6 Lực kháng từ vật liệu CoPtP với giá trị khác từ trường Hình 1.7 Hình ảnh AFM vật liệu CoPtP lắng đọng điện hóa: (a) từ trường ngoài; (b) có từ trường (1 Tesla) Hình 1.8 Mô hình lưu trữ liệu nhớ "racetrack" 11 Hình 1.9 Động điện từ cỡ nhỏ 12 Hình 1.10 (a ) Sơ đồ phân tách protein His t protein chưa đánh dấ u; (b) phân tách kháng th ể poly – His t kháng th ể khác 13 Hình 1.11 (a) Sự tương tự mã vạch tiêu chuẩn đoạn dây nano kim loại mã hóa; (b) Sơ đồ xét nghiệm miễn dịch tầng trung gian thực dây nano 13 Hình 1.12 Cấu trúc tinh thể CoNiP 14 Hình 1.13 Sự phụ thuộc trường kháng từ vào độ dày màng CoNiP: vuông góc (đường hình tròn) song song (đường hình vuông) 15 Hình1.14 (a) Ảnh TEM thành phần màng CoNiP; (b) Thông tin thành phần đo phép đo phổ tia X (XPS); (c) Tỉ lệ [Co]/[Ni] thể hàm độ dày 16 Hình 1.15 (a) ảnh TEM cắt phần với độ phân giải cao; (b) nhiễu xạ điện tử 16 Hình 1.16 Sự phụ thuộc hình thái bề mặt CoNiP vào nồng độ NaH2PO2 (a): M; (b): 0,019 M; (c):0,028 M (d): 0,146 M 17 Hình 2.1 Sơ đồ bố trí thí ngiệm phương pháp lắng đọng điện hóa không 22 có từ trường 22 Hình 2.2 Sơ đồ bố trí thí ngiệm phương pháp lắng đọng điện hóa có từ trường 23 Hình 2.3 Mô hình tổng quan thí nghiệm CV 25 Hình 2.4 Hiện tượng nhiễu xạ tinh thể 26 Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo máy XRD 26 Hình 2.6 Máy nhiễu xạ tia X D5005 28 Hình 2.7 Kính hiển vi điện tử quét 29 Hình 2.8 (a) Kính hiển vi điện tử truyền qua; (b) sơ đồ nguyên lý hiển vi điện tử truyền qua 30 Hình 2.9 Phổ tán sắc lượng tiaX (EDS) 33 Hình 2.10 Máy đo từ kế mẫu rung (VSM) 34 Hình 2.11 Mô hình từ kế mẫu rung 34 Hình 3.1 Kết đo CV dung dịch CoNiP 36 Hình 3.2 Sự phụ thuộc mật độ dòng theo thời gian 37 Hình 3.3 Ảnh SEM khuôn PC 38 Hình 3.4 Ảnh hiển vi điện tử quét dây CoNiP 39 Hình 3.5 Phổ nhiễu xạ tia X dây nano CoNiP 40 Hình 3.6 Ảnh hiển vi điện tử truyền qua dây CoNiP với H = Oe 41 Hình 3.7 Ảnh hiển vi điện tử truyền qua dây CoNiP với H = 2100 Oe 42 Hình 3.8 Phổ EDS dây nano CoNiP 43 Hình 3.9 Đường cong từ trễ dây CoNiP với H = Oe 44 Hình 3.10 Đường cong từ trễ dây CoNiP với H = 750 Oe, 1200 Oe 44 Hình 3.11 Đường cong từ trễ dây CoNiP với H = 1500 Oe, 2100 Oe 45 Hình 3.12 Sự phụ thuộc lực kháng từ vào từ trường dây CoNiP 46 Hình 3.13 Sự phụ thuộc từ độ bão hòa vào từ trường dây CoNiP 47 Hình 3.14 Sự phụ thuộc tỷ số Mr/Ms vào từ trường dây CoNiP 48 Hình 3.15 Sự phụ thuộc Hk vào từ trường dây CoNiP 49 Hình 3.16 Sự phụ thuộc KU vào từ trường dây CoNiP 50 MỞ ĐẦU Trong năm gần đây, công nghệ nano hướng nghiên cứu thu hút nhiều quan tâm nhà khoa học nhà đầu tư công nghiệp ứng dụng to lớn chúng sản xuất thiết bị công nghiệp, y sinh, hàng không… Điều thể số công trình khoa học, số phát minh, sáng chế, số công ty có liên quan đến khoa học, công nghệ nano tăng theo cấp số mũ Khi ta nói đến nano nói đến phần tỷ Ví dụ nano giây nói đến khoảng thời gian phần tỷ giây Khoa học nano ngành khoa học nghiên cứu tượng can thiệp vào vật liệu quy mô nguyên tử, phân tử đại phân tử Tại quy mô đó, tính chất vật liệu khác hẳn với tính chất quy mô lớn Khái niệm công nghệ nano nhà vật lý học Richard Feynman nhắc đến lần diễn văn đọc Hội nghị nhà vật lý Mỹ năm 1959 Khi đó, ông dự báo thời kỳ mà người ta ráp nguyên tử với nguyên tử, phân tử với phân tử, công cụ thật nhỏ giúp sản xuất vật chất nhỏ Công nghệ nano phát triển với tốc độ chóng mặt làm thay đổi diện mạo ngành khoa học Đặc biệt, ngành công nghệ tạo cách mạng ứng dụng y sinh học Đây lĩnh vực phát triển nhanh chóng, có loạt ứng dụng phát triển phân tách tế bào, cảm biến sinh học, nghiên cứu chức tế bào loạt ứng dụng y học trị liệu tiềm [2, 4] Trong ngành công nghiệp, tập đoàn sản xuất điện tử đưa công nghệ nano vào ứng dụng, tạo sản phẩm có tính cạnh tranh từ máy nghe nhạc iPod nano đến chip có dung lượng lớn với tốc độ xử lí cực nhanh, thiết bị ứng dụng công nghệ nano ngày nhỏ hơn, xác thiết bị với công nghệ micro trước [10]… Trong y học, để chữa bệnh ung thư người ta tìm cách đưa phân tử thuốc đến tế bào ung thư qua hạt nano, hạt nano đóng vai trò “xe tải kéo”, tránh hiệu ứng phụ gây cho tế bào lành Y tế nano ngày nhằm vào mục tiêu quan tâm sức khỏe người, bệnh di truyền có nguyên nhân từ gien, bệnh HIV/AIDS, ung thư, tim mạch, bệnh lây lan rộng béo phì, tiểu đường, liệt rung, trí nhớ Ngoài ra, nhà khoa học tìm cách đưa công nghệ nano vào giải vấn đề mang tính toàn cầu thực trạng ô nhiễm môi trường ngày gia tăng, việc cải tiến thiết bị quân trang thiết bị, vũ khí nano tối tân mà sức công phá khiến ta hình dung Hiện nay, việc chế tạo dây nano từ tính nhiều nhóm nghiên cứu giới quan tâm Có thể kể đến số cường quốc chiếm lĩnh thị trường công nghệ là: Mĩ, Nhật Bản, Trung Quốc, Đức, Nga số nước Châu Âu… Việt Nam nghiên cứu, chế tạo vật liệu nano để sử dụng ứng dụng Tại môn Vật lí Nhiệt độ thấp Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN, nhóm nghiên cứu chế tạo màng, chế tạo dây có kích thước nano hình thành tiến hành chương trình nghiên cứu, với loại dây đơn chất Ni, Fe, Co loại dây hợp kim CoFe, NiFe, CoPt chế tạo nhiều phương pháp khác như: lắng đọng chùm phân tử (MBE), phún xạ catot, nhiệt cacbon, bốc bay nhiệt, điện hoá…[20] Trong phương pháp chế tạo trên, phương pháp lắng đọng điện hóa có ưu điểm phương pháp khác Huang et al người báo cáo lắng đọng dây nano CoPt sử dụng điện hóa Một nhược điểm việc chế tạo sử dụng phương pháp khó khăn việc có pha hoàn hảo Vì vậy, nhà nghiên cứu tập trung vào số hướng xử lý thay đổi đường kính mẫu [17], thay đổi giá trị pH chất điện phân, thay đổi mật độ trình điện hóa [18], thay đổi thành phần dây ống nano… [19] Trong số báo, nhóm nghiên cứu ảnh hưởng mạnh mẽ từ trường lên tính chất tinh thể tính chất từ dây nano CoPt Hiểu ảnh hưởng từ trường trình lắng đọng đóng vai trò quan trọng việc kiểm soát chế tạo dây nano ống nano Chính luận văn em tập trung vào việc nghiên cứu ảnh hưởng từ trường trình lắng đọng lên tính chất từ dây nano CoNiP Nội dung luận văn gồm phần chính: Chương - Tổng quan dây nano từ tính vật liệu CoNiP Chương - Các phương pháp thực nghiệm Chương - Kết thảo luận Hình 3.5 Phổ nhiễu xạ tia X dây nano CoNiP Phổ nhiễu xạ cho thấy xuất mặt mạng (002) (100) vật liệu CoNiP, cường độ phổ nhiễu xạ mặt (002) mạnh Như ta khẳng định chế tạo pha CoNiP phương pháp lắng đọng điện hóa Nhìn vào giản đồ nhiễu xạ có tham gia từ trường trình chế tạo ta thấy cường độ nhiễu xạ đỉnh phổ phản xạ từ mặt (002) mạnh Điều cho thấy từ trường có ảnh hưởng không nhỏ lên trình tạo thành tinh thể dây CoNiP Cụ thể tinh thể kết tinh mạnh hơn, cấu trúc tinh thể hoàn hảo hơn, hàm lượng pha CoNiP cao 3.4.2 Hằng số mạng tinh thể Từ kết hình ảnh phổ nhiễu xạ tia X ta xác định vị trí đỉnh nhiễu xạ, cỡ 43,750 45,050 tương ứng với cấu trúc lục giác xếp chặt với bề mặt (100) (002) Cấu trúc phù hợp với kết công bố D.Y.Park [6] Các đỉnh đồng Cu điện cực Cu phún xạ bề mặt mẫu polycarbonate Từ đó, ta tính số mạng tinh thể mặt (100) (002) dây CoNiP có cấu trúc tinh thể dạng lục giác (hexagonal) sau: 40 d hkl =( )+ 242h +hk+k l2 a c Áp dụng công thức nhiễu xạ Bargg cho đỉnh (100) (002), ta tính số mạng tinh thể dây CoNiP: a=b= 3λ c= 3sinθ100 λ sinθ002 λ = 1,5406 Å bước sóng tia X Ta thu kết sau: a = b = 2,5725 Å c = 4,0258 Å 3.5 Kết đo hiển vi điện tử truyền qua (HRTEM) Để phân tích kĩ cấu trúc tinh thể phát lớp nguyên tử, ta tiến hành đo hiển vi điện tử truyền qua với hai trường mẫu chế tạo có từ trường Kết thu sau: Hình 3.6 Ảnh hiển vi điện tử truyền qua dây CoNiP với H = Oe 41 Hình 3.7 Ảnh hiển vi điện tử truyền qua dây CoNiP với H = 2100 Oe Hình ảnh cho thấy từ trường có ảnh hưởng đến cấu trúc tinh thể dây nano CoNiP Khi từ trường, ta thấy lớp nguyên tử xuất không rõ nét, xung quanh tồn pha vô định hình Khi có từ trường, lớp nguyên tử xuất cách rõ nét xếp nhau, xung quanh gần không tồn pha vô định trường hợp từ trường, khoảng cách lớp vào khoảng 0,205 nm Kết hoàn toàn phù hợp với kết tính toán từ phổ nhiễu xạ tia X 3.6 Kết phổ tán sắc lƣợng (EDS) Sử dụng mẫu chế tạo trường hợp có từ trường làm khuôn cách rửa dung dịch chloroform Tiếp tục phủ dây CoNiP đế thủy tinh đem đo EDS ta thấy mẫu có nguyên tố Co, Ni, P Kết thể hình sau: 42 Hình 3.8 Phổ EDS dây nano CoNiP Hình 3.8 cho thấy thành phần nguyên tố dây nano CoNiP đo phổ tán xạ lượng (EDS) Từ phổ EDS cho thấy dây nano CoNiP chứa Co, Ni P Đỉnh đồng Cu điện cực chế tạo Từ kết EDS, thành phần phần trăm nguyên tử xác định: Co (81,07 %), Ni (12,68 %) P (6,25 %) So với báo công bố, kết tương đối phù hợp [21] 3.7 Tính chất từ 3.7.1 Đƣờng cong từ trễ Sau chế tạo dây nano CoNiP khuôn PC, cắt mẫu với kích thước (1cm x 1cm) gắn vào đế sử dụng để đo tính chất từ từ kế mẫu rung (VSM) Các vòng từ trễ xác định nhiệt độ phòng Kết đo đường cong từ trễ với từ trường song song với trục dây (màu đen) vuông góc với trục dây (màu đỏ) trường hợp chế tạo có từ trường thể hình đây: 43 1.0 H song song víi d©y H vu«ng gãc víi d©y M/MS-T phßng 0.5 0.0 -0.5 H = Oe -1.0 -10000 -5000 5000 10000 Tõ tr-êng H (Oe) Hình 3.9 Đường cong từ trễ dây nano CoNiP với H = Oe Hình 3.10 Đường cong từ trễ dây nano CoNiP với H = 750 Oe, 1200 Oe 44 Hình 3.11 Đường cong từ trễ dây CoNiP với H = 1500 Oe, 2100 Oe Hình ảnh cho thấy, dây có tính dị hướng có từ trường đặt vào trình lắng đọng tính dị hướng đơn trục dây tăng lên rõ rệt Từ hình ta khẳng định trục dễ từ hóa trục song song với dây 3.7.2 Lực kháng từ Hc Từ kết đường cong từ trễ dây nano CoNiP ta xác định giá trị lực kháng từ có mặt từ trường trình lắng đọng Kết thể hình 3.12 đây: 45 2400 2200 Lùc kh¸ng tõ HC (Oe) 2000 1800 1600 1400 H song song víi d©y H vu«ng gãc víi d©y 1200 500 1000 1500 2000 Tõ tr-êng H (Oe) Hình 3.12 Sự phụ thuộc lực kháng từ vào từ trường dây nano CoNiP Với lắng đọng giữ cố định - 0,85 V, từ đồ thị hình 3.12 ta thấy lực kháng từ tăng nhanh có mặt từ trường Cụ thể lực kháng từ tăng rõ rệt từ cỡ 1909 Oe (H = Oe) lên 2161,5 Oe (H = 750 Oe) từ trường song song với dây tăng mạnh từ 1211 Oe (H = Oe) lên 1710 Oe (H = 750 Oe) từ trường vuông góc với dây Lực kháng từ từ trường song song với dây lớn nhiều lực kháng từ từ trường vuông góc với dây với giá trị tương ứng từ trường Khi từ trường tăng lực kháng từ tăng, đặc biệt từ trường đặt song song với trục dây lực kháng từ đạt giá trị lớn cỡ 2342,4 Oe H = 2100 Oe Điều giải thích từ giản đồ nhiễu xạ tia X, mẫu có hàm lượng pha CoNiP với tỉ lệ cao, chất lượng tinh thể tốt 3.7.3 Sự phụ thuộc từ độ bão hòa Ms nhiệt độ phòng vào từ trƣờng Khi tăng từ trường ta không thấy lực kháng từ Hc tính dị hướng đơn trục tăng mà ta thấy từ độ bão hòa Ms tăng theo từ trường Kết thể sau: 46 MS, NhiÖt ®é phßng (emu/cm ) 390 360 330 300 270 500 1000 1500 2000 2500 Tõ tr-êng H (Oe) Hình 3.13 Sự phụ thuộc từ độ bão hòa vào từ trường dây nano CoNiP Từ đồ thị, ta thấy từ độ bão hòa Ms dây nano CoNiP tăng lên rõ rệt có mặt từ trường trình lắng đọng Cụ thể: từ trường H = Oe, từ độ bão hòa Ms cỡ 280 emu/cm3, từ độ bão hòa Ms tăng lên cỡ 383 emu/cm3 từ trường H = 2100 Oe Như vậy, từ trường có từ trường trình lắng đọng, từ độ bão hòa Ms tăng lên nhanh Khi tiếp tục tăng từ trường từ độ bão hòa tăng không rõ rệt trường hợp bắt đầu đặt từ trường Điều giải thích từ giản đồ nhiễu xạ tia X, mẫu có hàm lượng pha CoNiP với tỉ lệ cao, chất lượng tinh thể tốt Ngoài đặt từ trường trình lắng đọng momen từ xếp trật tự theo hướng từ trường 3.7.4 Tỉ số từ dƣ từ độ bão hòa Mr/Ms Từ đường cong từ trễ ta xác định tỉ số từ dư từ độ bão hòa Mr/Ms với trường hợp từ trường song song với trục dây Kết hình 3.14: 47 0.80 0.75 Mr/Ms-T phßng 0.70 0.65 0.60 0.55 0.50 0.45 500 1000 1500 2000 Tõ tr-êng (Oe) Hình 3.14 Sự phụ thuộc tỷ số Mr/Ms vào từ trường dây nano CoNiP Từ hình ta thấy tỉ số Mr/Ms tăng lên nhanh chóng từ 0,4875 H = Oe, đạt giá trị cực đại cỡ 0,7823 H = 2100 Oe Đặc biệt tăng đột ngột hai trường hợp từ trường bắt đầu có từ trường đặt vào Điều cho thấy tính dị hướng từ thể rõ có mặt từ trường 3.7.5 Trƣờng dị hƣớng Hk lƣợng dị hƣớng KU Để hiểu rõ dị hướng hình dạng dây nano CoNiP, ta xét giá trị trường dị hướng Hk từ tính lượng dị hướng KU Đối với dây nano hình trụ tròn, dị hướng hình dạng trội so với dị hướng từ khác Vì tính toán ta thường tính với dị hướng hình dạng Từ chu trình từ trễ, ta xác định trường dị hướng Hk đặt từ trường song song vuông góc với trục dây Kết phụ thuộc Hk vào từ trường dây CoNiP thể hình sau: 48 H song song víi d©y H vu«ng gãc víi d©y 9000 8000 7000 Hk (Oe) 6000 5000 4000 500 1000 1500 2000 Tõ tr-êng H (Oe) Hình 3.15 Sự phụ thuộc Hk vào từ trường dây nano CoNiP Hình 3.15 cho thấy giá trị trường dị hướng phụ thuộc mạnh mẽ vào từ trường Trường dị hướng thay đổi đột ngột có mặt từ trường Khi tăng từ trường, với trường hợp từ trường song song với dây trường dị hướng giảm, cỡ 4900 Oe (H = Oe) đột ngột xuống cỡ 4300 Oe (H = 750 Oe), với từ trường vuông góc với dây trường dị hướng lại tăng trường dị hướng vuông góc lên tới cỡ 9000 Oe H = 2100 Oe từ trường trường dị hướng vào cỡ 5500 Oe Năng lượng dị hướng KU xác định công thức sau [9, 22] KU = M S ∆H K = M S (H K ⊥ − H K // ) Với Ms từ độ bão hòa, H K ⊥ trường dị hướng trường hợp từ trường vuông góc với trục dây H K // trường dị hướng trường hợp từ trường song song với trục dây Kết lượng dị hướng thể hình 3.16: 49 12 10 Ku (kJ/m ) 0 500 1000 1500 2000 Tõ tr-êng H (Oe) Hình 3.16 Sự phụ thuộc KU vào từ trường dây nano CoNiP Từ hình ta thấy, giá trị lượng trường dị hướng tăng nhanh có đóng góp từ trường Cụ thể KU = kJ/m3 H = Oe tăng nhanh lên đến cỡ kJ/m3 H = 750 Oe đạt giá trị lớn cỡ 11 kJ/m3 (H = 2100 Oe) Năng lượng dị hướng cao tính dị hướng lớn Như vậy, dị hướng đơn trục dây tăng lên mạnh chế tạo có từ trường Từ kết trên, ta khẳng định từ trường đặt trình lắng đọng có ảnh hưởng không nhỏ lên tính chất từ cấu trúc dây nano CoNiP Ảnh hưởng rõ rệt lực kháng từ Hc, từ độ bão hòa Ms, tỉ số từ dư từ độ bão hòa Mr/Ms, lượng dị hướng KU 50 KẾT LUẬN  Chế tạo thành công dây nano CoNiP với đường kính 100 nm dài µm điều kiện từ trường có từ trường  Nghiên cứu mật độ dòng: Mật độ dòng tương đối ổn định cho thấy mẫu chế tạo hoàn chỉnh cấu trúc thành phần Mật độ dòng giảm từ trường đặt vào tăng  Kết đo đường cong từ trễ dây nano CoNiP cho thấy dây có tính dị hướng từ đơn trục dị hướng tăng lắng đọng điều kiện có từ trường: lực kháng từ Hc, từ độ bão hòa Ms, tỉ số từ dư từ độ bão hòa Mr/Ms, lượng dị hướng KU bị ảnh hưởng nhiều từ trường Cụ thể: • Lực kháng từ Hc song song tăng rõ rệt từ cỡ 1909 Oe H = Oe lên cỡ 2342,4 Oe H = 2100 Oe • Từ độ bão hòa Ms tăng lên nhanh: Ms cỡ 280 emu/cm3 (H = Oe), Ms cỡ 383 emu/cm3 (H = 2100 Oe) • Tỉ số Mr/Ms từ trường song song với dây tăng lên nhanh chóng từ 0,4875 H = Oe, đạt giá trị cực đại cỡ 0,7823 H = 2100 Oe • Năng lượng dị hướng KU cỡ kJ/m3 H = Oe tăng nhanh lên đến kJ/m3 H = 750 Oe đạt giá trị lớn cỡ 11 kJ/m3 H = 2100 Oe  Từ trường lắng đọng ảnh hưởng rõ rệt lên cấu trúc tinh thể mẫu: tinh thể kết tinh mạnh hơn, cấu trúc tinh thể hoàn hảo hơn, hàm lượng pha CoNiP cao  Kết phân tích thành phần (EDS) cho thấy mẫu có thành phần Co, Ni, P với phần trăm nguyên tử hợp lý 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Nguyễn Hữu Đức (2003), Vật liệu từ liên kim loại, NXB ĐHQGHN, Hà Nội GS Thân Đức Hiền, GS Lưu Tuấn Tài (2008), Từ học Vật liệu từ, NXBĐHQGHN, Hà Nội Nguyễn Thị Thanh Huyền (2008), Nghiên cứu chế tạo dây nano CoPtP phương pháp điện hoá, Khóa luận tốt nghiệp, Trường ĐH Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN, Hà Nội Nguyễn Phú Thùy (2002), Vật lý tượng từ, NXB ĐHQGHN, Hà Nội Ninh Thị Yến (2011), Nghiên cứu dây nano phương pháp chế tạo dây nano, Khóa luận tốt nghiệp, Trường ĐH Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN, Hà Nội Tiếng Anh Bin Li, Yi Xie, Jiaxing Huang, Yu Liu, and Yitai Qian (2001), " A novel method forthe preparation of III-V semiconductors: sonochemical synthesis of InP nanocrystals", Ultrasonics Sonochemistry, 8, pp 331-334 Editorial (2003), "Why small matters", Nat Biotech, 21, pp 1003-1113 Ho Dong Park, Kwan Hyi Lee, Gyeung Ho Kim, and Won Young Jeung (2006), "Microstructure and magnetic properties of electrodeposited CoPtP Alloys", American Institute of Physics, 99, pp 430-447 Kleber R Pirota,Elvis L Silva, Daniela Zanchet, David Navas, Manuel Vázquez, Manuel Hernández-Vélez, and Marcelo Knobel (2007), "Size effect and surface tension measurements in Ni and Co nanowires", Phys.Rev.B, 76, pp 1-4 10 Koch R H, Deak J G, Abraham D W, Trouilloud P L, Altman R A, Lu Yu, Gallagher W J, Scheuerlein R E (1998), "Springer Handbook of Nanotechnology ", Nat Biotech, 81, pp 451-455 11 Langof L., Fradkin L., Ehrenfreund E., uLifshitz E., Micic O.I., Nozik A.J (2004), "Colloidal InP/ZnS core-shell nanocrystals studied by linearly and circularlypolarized photoluminescence", Chemical Physics, 297, pp 93-98 52 12 Lee, K.B., Park, S and Mirkin, C.A (2004), "Multicomponent magnetic Nanorodsfor biomolecular separations, Angewandte Chemie", International Edition, 43, pp 3048–50 13 Liua, Q.F Lub, X.F Hanc, X.G Liua, B.S Xua, H.S Jia (2012), "The fabrication of CoPt nanowire and nanotube arrays by alternating magnetic field during deposition", Institute of Physics, 46, pp 3663-3667 14 Maurice, J.L., Imhoff, D., Etienne, P., Durand, O., Dubois, S., Piraux, L., George, J.M., Galtier, P and Fert (1998), "Microstructure of magnetic Metallicsuperlattices grown by electrodeposition in membrane nanopores", Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 184, pp 1–18 15 Piraux, L., George, J.M., Despres, J.F., Leroy, C., Ferain, E., Legras, R., Piraux, L., George, J.M., Despres, J.F., Leroy, C., Ferain, E., Legras, R., Ounadjela, K and Fert (1994), "Giant magnetoresistance in magnetic multilayered nanowires", Applied Physics Letters, 65, pp 2484–6 16 Reich, D.H., Tanase, M., Hultgren, A., Bauer, L.A., Chen, C.S and Meyer, G.J (2003), "Biological applications of multifunctional magnetic nanowires", Journal of Applied Physics, 93, pp 7275–80 17 Sun, L., Hao, Y., Chien, C.L and Searson, (2005), "Tuning the properties of magnetic nanowires", IBM Journal of Research and Development, 49, pp 79–102 18 Takanari Ouchi, Naofumi Shimano (2011), "Electrochimica Acta", Int J Electrochem Sci, 56, pp 9575–9580 19 Tok, J.B.H., Chuang, F.Y.S., Kao, M.C., Rose, K.A., Pannu, S.S., Sha, M.Y., striped Chakarova, G., Penn, S.G and Dougherty, G.M (2006), "Metalli nanowires as multiplexed immunoassay platforms for pathogen detection, Angewandte Chemie", International Edition, 45, pp 6900–4 20 Vijay K Varadan, LinFeng Chen, Jining Xie (2009), "Nanomedecine: Design and Appications of Magnentic Nanomaerials, Nanosensors and Nanosystems", Wiley Blackwell, 90, pp 175-327 53 21 Wildt, B., Mali, P and Searsom, P.C., (2006), "Electrochemical template synthesis of multisgment nanowires: fabrication and protein functionalization", Langmuir, 22, pp 10128-34 22 Y.D Park, N.V Myung, M Schwartz, K Nobe, (2002), "Nanostructured magnetic CoNiP electrodeposits: Structure – property relationships", Electrochimica Acta, 47, pp 2800-2893 54 [...]... AFM của màng mỏng CoPtP trong trường hợp không có và có từ trường đặt trong quá trình lắng đọng Hình 1.7 Hình ảnh AFM của vật liệu CoPtP được lắng đọng điện hóa: (a) không có từ trường ngoài; (b) có từ trường ngoài (1 Tesla) Từ hình ảnh 1.7, ta thấy kích thước hạt nhỏ hơn khi mẫu được lắng đọng trong từ trường 9 Như vậy từ các nghiên cứu trước đây của các nhà khoa học cho thấy, từ trường có ảnh hưởng. .. Chu trình từ trễ của một mảng dây nano Ni: (a) từ trường H đặt song song với trục của dây nano; (b) từ trường H đặt vuông góc với trục của dây nano Các thông số thường được dùng trong mô tả đặc trưng của mỗi mẫu là từ độ bão hòa Ms, từ dư Mr, trường bão hòa Hsat và lực kháng từ Hc Quan sát hình 1.5, trường bão hòa Hsat là trường phụ thuộc vào lực kháng từ để đạt tới từ độ bão hòa Ms; từ dư Mr là từ. .. một đoạn và dây nano từ tính nhiều đoạn Hình 1.1 cho ta hình ảnh về dây nano từ một đoạn và dây nano từ nhiều đoạn 4 Hình 1.1 (a) dây nano đơn đoạn; (b) dây nano hai đoạn; (c) dây nano nhiều lớp hai thành phần; (d) chức năng hóa của dây nano hai thành phần 1.1.1 Các dây nano tạo mảng và phân tán Trong hầu hết các ứng dụng, dây nano đều được sử dụng ở dạng cả mảng dây hoặc phân tán thành các dây rời rạc... của từ trường không làm ảnh hưởng đến kết quả đo tính chất từ của mẫu Tuy nhiên, đối với vật liệu có hình dạng khác như màng mỏng hoặc dây thì hướng của từ trường khác nhau cho ta các kết quả khác nhau người ta gọi là dị hướng hình dạng [1] Một vật chịu tác dụng của từ trường ngoài thì sinh ra bên trong vật một từ trường chống lại từ trường ngoài gọi là trường khử từ Trường khử từ Hd tỉ lệ với độ từ. .. Fe-Cu Hầu hết các dây nhiều đoạn này đều thể hiện hiệu ứng từ trở khổng lồ (GMR) rõ nét [15] 1.2 Tính chất từ của dây nano từ tính và sự ảnh hƣởng của từ trƣờng trong quá trình lắng đọng 1.2.1 Dị hƣớng hình dạng Đối với vật liệu từ, khi hình dạng của chúng là hình elipxoit hay hình trụ thì sẽ dễ bị từ hóa hơn so với hình dạng là hình cầu (khi hướng từ trường ngoài dọc theo trục dài của vật).Vật liệu... hút và lực đẩy hình sin lên roto từ, bằng cách này mà các roto từ sẽ quay dưới tác động của stato [21] 1.3.3 Thao tác phân tử sinh học Các dây nano từ tính có thể được sử dụng trong phân tách các phân tử sinh học Cả các dây nano từ tính đơn đoạn và dây nano từ tính nhiều đoạn đều được sử dụng để phân tách tế bào Nói chung, các dây nano từ tính tốt hơn các hạt hình cầu 12 từ tính trong phân tách tế bào... chiều dài của chúng có thể được kiểm soát lên tới 60 µm Các tính chất từ quan trọng của dây nano từ tính như nhiệt độ Curie, lực kháng từ, trường bão hòa, từ dư… phụ thuộc rất mạnh vào các tham số công nghệ như đường kính, chiều dài và thành phần hóa học của dây [17] Trong nghiên cứu khoa học cũng như trong ứng dụng thực tế có hai loại dây nano đang được sử dụng một cách rộng rãi đó là dây nano từ tính. .. của chúng 5 Hình 1.3 (a) Dây nano CoPtP một đoạn; (b) Dây nano CoPtP sáu đoạn (c) Dây nano nhiều lớp Fe – Au [14] Hình 1.3(a) thể hiện hình ảnh dây nano CoPtP một đoạn Hình 1.3(b) cho ta hình ảnh dây nano CoPtP sáu đoạn Hình 1.3(c) biểu diễn một phần dây nano nhiều lớp Fe - Au [12, 14, 15] Đối với dây nano nhiều đoạn, các đoạn có thể được tổng hợp từ các nguyên tố từ - phi từ, điển hình đó là dây nano. .. được thể hiện trong hình1.6 Để tăng lực kháng từ, các tác giả đã tìm ra trong quá trình lắng đọng điện hóa cần phải đặt thêm từ trường ngoài Từ kết quả thu được cho thấy khi đặt từ trường ngoài từ 0 đến 1Tesla thì lực kháng từ của màng được tăng lên rõ rệt [8] 8 Hình 1.6 Lực kháng từ của vật liệu CoPtP với các giá trị khác nhau của từ trường Ngoài ra nhóm nghiên cứu cũng thu được hình ảnh hiển vi lực... hướng của hạt trong các lỗ là tương đối tự do Khi có từ trường, các hạt trong các lỗ khuôn buộc phải định hướng theo hướng của từ trường, tạo thành một kết cấu mạnh mẽ Do đó khi có từ trường, cấu trúc của dây sẽ chặt chẽ hơn, các định hướng tinh thể cũng sẽ tốt hơn [9] Với màng mỏng CoPtP, nhóm tác giả Ho Dong Park và các cộng sự đã nghiên cứu ảnh hưởng của từ trường trong quá trình lắng đọng Kết quả