Ảnh hưởng của từ trường trong quá trình lắng đọng lên tính chất từ của dây nano

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN 1
MỞ ĐẦU 1
CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ DÂY NANO TỪ TÍNH VÀ VẬT LIỆU CoNiP 4
1.1. Gii thiu v  4
o mn 5
n, nhiu lp 5
t t c  ng ca t 
ng 6
1.2.1. D ng 6
 tr 7
1.2.3. Mt s ng ca t ng 8
1.3. Mt s ng dng c  10
1.3.1.  b nh b 10
 11
 sinh hc 12
1.3.4. H thng cm bin sinh hc treo 13
i gen 14
1.4. Gii thiu vt lit s t ca vt liu CoNiP 14
CHƢƠNG 2 - CÁC PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 18
 to 18
2.1.1. Mt s  to 18
 20
2.2. Ch to mu 23
 24
- 24
2.3.2. u x tia X (XRD) 26
2.3.3. Hin t  28
2.3.4. Hin t truyn qua (TEM) 30
2.3.5. Ph ng tia X (EDS) 31
2.3.6. Thit b t k mu rung (VSM) 33

CHƢƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36
3.1. Kt qu - 36
3.2. S ph thuc ca m i gian 36
3.3. Kt qu n t  38
3.3.c b mt c 38
c ca mu 38
3.4. Kt qu u x tia X 39
3.4.1. Ph nhiu x tia X 39
3.4.2. Hng s mng tinh th 40
3.5. Kt qu n t truyn qua (HRTEM) 41
3.6. Kt qu ph ng (EDS) 42
3.t t 43
ng cong t tr 43
3.7.2. L H
c
45
3.7.3. S ph thuc ca t  M
s
ti nhi  ng 46
3.7.4. T s gia t   
r
/M
s
47
ng d ng H
k
ng d ng K
U
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 năng hóa của dây nano hai thành phần 5
Hình 1.2. (a) Dây nano Co bị phân tán; (b) Dây nano CuS được tạo mảng 5
Hình 1.3. (a) Dây nano CoPtP một đoạn; (b) Dây nano CoPtP sáu đoạn 6
(c) Dây nano nhiều lớp Fe – Au 6
Hình 1.4. Ba hình elipxoit đặc trưng 7
Hình 1.5. 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 8
Hình 1.6. Lực kháng từ của vật liệu CoPtP với các giá trị khác nhau của từ trường 9
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) 9
Hình 1.8. Mô hình lưu trữ dữ liệu trong bộ nhớ "racetrack" 11
Hình 1.9. Động cơ điện từ cỡ nhỏ 12
Hình 1.10. (a ) Sơ đồ phân tách các protein His từ các protein chưa được đánh dấu;
(b) phân tách các kháng thể poly–His từ các kháng thể khác 13
Hình 1.11. (a) Sự tương tự giữa một mã vạch tiêu chuẩn và một đoạn dây nano kim
loại được mã hóa; (b) Sơ đồ xét nghiệm miễn dịch tầng trung gian được thực hiện
trên một dây nano 13
Hình 1.12. Cấu trúc tinh thể CoNiP 14
Hình 1.13. Sự phụ thuộc của trường kháng từ vào độ dày của màng CoNiP: vuông
góc (đường hình tròn) và song song (đường hình vuông) 15

Hình1.14. (a) Ảnh TEM từng thành phần của màng CoNiP; (b) Thông tin các thành
phần được đo bởi phép đo phổ tia X (XPS); (c) Tỉ lệ [Co]/[Ni] thể hiện như một
hàm của độ dày 16
Hình 1.15. (a) ảnh TEM cắt từng phần với độ phân giải cao; (b) nhiễu xạ điện tử . 16
Hình 1.16. Sự phụ thuộc của hình thái bề mặt của CoNiP vào nồng độ NaH
2
PO
2

(a): 0 M; (b): 0,019 M; (c):0,028 M và (d): 0,146 M 17
Hình 2.1. Sơ đồ bố trí thí ngiệm phương pháp lắng đọng điện hóa khi không 22
có từ trường ngoài 22
Hình 2.2. Sơ đồ bố trí thí ngiệm phương pháp lắng đọng điện hóa khi có từ trường ngoài 23
Hình 2.3. Mô hình tổng quan của thí nghiệm CV 25
Hình 2.4. Hiện tượng nhiễu xạ trên 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 của hiển vi điện
tử truyền qua 30
Hình 2.9. Phổ tán sắc năng 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 quả đo CV của dung dịch CoNiP 36
Hình 3.2. Sự phụ thuộc của mật độ dòng theo thời gian 37
Hình 3.3. Ảnh SEM của khuôn PC 38
Hình 3.4. Ảnh hiển vi điện tử quét của dây CoNiP 39
Hình 3.5. Phổ nhiễu xạ tia X của dây nano CoNiP 40
Hình 3.6. Ảnh hiển vi điện tử truyền qua của dây CoNiP với H = 0 Oe 41
Hình 3.7. Ảnh hiển vi điện tử truyền qua của dây CoNiP với H = 2100 Oe 42

Hình 3.8. Phổ EDS của dây nano CoNiP 43
Hình 3.9. Đường cong từ trễ của dây CoNiP với H = 0 Oe. 44
Hình 3.10. Đường cong từ trễ của dây CoNiP với H = 750 Oe, 1200 Oe 44
Hình 3.11. Đường cong từ trễ của dây CoNiP với H = 1500 Oe, 2100 Oe 45
Hình 3.12. Sự phụ thuộc của lực kháng từ vào từ trường của dây CoNiP 46
Hình 3.13. Sự phụ thuộc của từ độ bão hòa vào từ trường của dây CoNiP 47
Hình 3.14. Sự phụ thuộc của tỷ số M
r
/M
s
vào từ trường của dây CoNiP 48
Hình 3.15. Sự phụ thuộc của H
k
vào từ trường của dây CoNiP 49
Hình 3.16. Sự phụ thuộc của K
U
vào từ trường của dây CoNiP 50



1
MỞ ĐẦU
Trong nh            
c rt nhiu s 
nghip bi nhng ng dng to ln c   n xu  t b 
nghic th hin bng s 
hc, s , s n khoa h
ngh p s . n mt phn t c
 mn mt khong thi gian bng mt phn t ca
m. Khoa hu v  can

thit liu t . T
t ca vt lin vt tm
 c Richard Feynman nhn l
c ti Hi ngh   
mt thi k  r v v,
 tht nh n xut cht nh a.
 n vi t i din
mo cc bi mo ra mt
cung trong nhng ng dng y sinh hn nhanh
t lot ng d m bin
sinh hu ch t long dng y h
liu ti 4].
n xun t 
ng dng, to ra sn phnh tranh t chihe nhc iPod
ng ln vi t x c nhanh, ct b ng
d  t b v
 [10] cha b
 thu t nanot nano 
u ng ph   nano
ng m nhi vi sc khe con

2
nh do di truy nh hi
chng hi
ting, lit rung, m
ngh i quy c tr
ic ci tin ct b  bt b,
t t i.
Hin nay, vic ch t c nhi
c gi k n mt s ng quchi

 t Bn, Trung Qut s
 Viu, ch tt liu nano
 s dng dng ci b t  thp Ti hc
Khoa hc T - u ch t t

cu, vt p kim CoFe,
c ch to bng nhing
  catot, nhit cacbon, bc bay nhi
 t
. Huang et al i  lng
c dn . Mm ca vic ch to s dng
 c my, 
mt s ng x   ng
a mu [17], i  pH ca ch, i m trong 
n 18], i n ca c ng nano [19]. Trong mt
s    u   c s  ng mnh m ca t
ng   t tinh th  t t c no CoPt. Hiu v s nh
ng ca t ng ng trong
vic kich to  y lua em

3
p trunc u ng ca t ng trong ng
 t t ca CoNiP.
Ni dung lum 3 ph

- Tng quan v  t liu CoNiP.
- c nghim.
3 - Kt qu o lun.

4
CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ DÂY NANO TỪ TÍNH VÀ VẬT LIỆU CoNiP
1.1. Giới thiệu về dây nano
S kt hp gia sinh vt hn nhic
ca khoa h thut   v y
c cc k  y ha ht nano t 
 chn l thng sinh hc. Hu ht t 
dng u ng bao g ng
 phi t c hi v sinh h thc hin.
ng dng ct t   biu y
h sinh h thun li nt t 
th thc hin nhiu chTrong nhing h
t t n.  t dng ca ht t 
,  ng gt chiu, vi t
s gia chi rt cao. 
 Khi vt liu gic
xu s gia s  nm  b m  tng cng
ca vt liu nano lt nhi





.
  hc bi 
  t liu st t dng khi, dng h  ng c  dng 
mng. Hu h c s d kim loi
 c ch to blng m x

c l c nano.  kim vi t 5 n
500 nm, chi c kii 60 t t
quan trng c  Curie, l
t  thuc rt m  
c c
u khoa hng dng thc t i lo
c s dng mnano t  
nano t nhinh v no t m
nano t nhin.

5

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 hu hng dng, c s dng  dng c m
hoi rc.
Hình 1.2. (a) Dây nano Co bị phân tán; (b) Dây nano CuS được tạo mảng [17]
  v i r
u din mng 50 nm.
1.1.2. Các dây nano một đoạn, nhiều đoạn và nhiều lớp
Do mong mut vt li  thc hin c nhiu chc

c nhiu ch


6
Hình 1.3. (a) Dây nano CoPtP một đoạn; (b) Dây nano CoPtP sáu đoạn
(c) Dây nano nhiều lớp Fe – Au [14]
 hi

u din mt phu
lp Fe - Au [12, 14, i vnano nhiu  c tng
hp t  t - phi tNi-Cu, Fe-Cu Hu ht
nhiu u th hin hiu ng t tr khng l ].
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
i vi vt liu tng c 
s d b t ng t c
theo tra vt).Vt ling ng ca t 
ng n kt qu t t ca mui vi vt li
dng hoc ng ca t ng 
kt qu i ta g nng [1]. Mt vt chng ca
t sinh ra t mt t ng chng li t i
ng kh tng kh t H
d
t l v t ng
c lc cho bi:
d
= - N
d
(1)

7
 N
d
 s ng kh t ph thung ca vt. Do
c t a N
d
ch  i

mt v  vt. Mt vt elipxoit 
tr b a), tng cng s ng kh t c (N
a
, N
b
,
N
c
) bng 4 .
N
a
+ N
b
+ N
c
= 4 (2)
Vi mng t ng t E
D
(erg/cm
3
c
cho bi:
E
D
= N
d
M
s
2
(3) tro

s
t  a vt.

Hình 1.4. Ba hình elipxoit đặc trưng
u di  ng s d
c ng cu thon (c > a =b), elipxoit thon 
> b) ng cu dt (c = b > a).
1.2.2. Chu trình từ trễ
i v nano,  tr c th hi [11].
Hình phỏng cầu thon
dài
Hình elipxoit thon
Hình phỏng cầu dẹt

8

Hình 1.5. 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
 ng c  a mi m 

s
, t 
r

sat
 H
c


sat

ng ph thu  t ti t  a
M
s
; t 
r
  ca mu khi t 
T  
s
ca mt vc khi tt c momen t trong vt
y, t  
s
a
vt liu t  dc ca mu.
1.2.3. Một số ảnh hƣởng của từ trƣờng
u Kleber R. Pirota ng s  ra rng n
 t ng, s  ng ca h      i t do.   t
t  buc phi ng ng ca t ng,
tt kt cu mnh m.  ng, c cht
ch ng tinh th  t [9].
V  ng CoPtP,    Ho Dong Park   ng s 
u ng ca t ng. Kt qu c th
hi.6.   ng
n ph T kt qu c cho thy khi
t t  t  c
rt [8].

9


Hình 1.6. Lực kháng từ của vật liệu CoPtP với các giá trị khác nhau của từ trường

   nh hin vi l
AFM cng Cong h t trong
ng.

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)
T  nh 1.7, ta thy c ht nh  c lng
trong t ng.

10
 y t          c cho thy, t
t ca vt lic lng
b
1.3. Một số ứng dụng của dây nano từ tính
u ting d
 sinh hi gen, by t c 
cm bin, ghi t
1.3.1. Tăng mật độ bộ nhớ bằng các dây nano
  M v  mt k thut m  y
c trong vic s d  ki
 cao.
K thum vic di chuy t (magnetic domain
wall) dc theo m dng m c spin cc nh
so v thuu khnh rc nh
 i mt loi b nh t mi vi m  gn so vi
 nh RAM hin nay.
 t p gia 2 domain t 
t   di chuyn trong vt
liu bt mt t c t mc spin. Mt s
c rng chuy 

b nh ki  d liu vi m l nh
RAM hin ti rt nhiu.
Trong mt b nh "racetrack", d li    theo m   
 t - , dc theo m
 t bch chuy
dc theo   u ghi. N  
  d di chuy
 gim m
n m nh   di chuy 

11
ch chuyn bn ti, m n thi
l nh m.


Hình 1.8. Mô hình lưu trữ dữ liệu trong bộ nhớ "racetrack"
ng nghip  u
Almaden ca IBM (M m m 
ln b n s 
domain b t chui chu k  rng xung
 ng s  
hch chuyn d].
1.3.2. Động cơ điện từ cỡ nhỏ
Chuyng thng hay chuyi chuyng ph bin
trong hu ht b y, vic ki 
ng d o trong vi
 c nano. S chuyng thng c c
qua , trong khi vic ki trong chuyn
c tu [20, 21].

12
o ra chuyng quay c t quay trong
  i chi
 ng quay c c kii mt stato


Hình 1.9. Động cơ điện từ cỡ nhỏ
9  cu to ca lo
hp bi nhng cuu nhn c micro. Mi cu
vt liu t mp x  n
quanh mt vt liu t mc sp xu sao
cho khou nh50 u nhn ct vi
ba b khuc lp vi nhau b
c lp vi nhau. Vic kic thit lp sao cho ba
cuu khin b lch pha gia
m
0
. Kt qu  
, b s ng ca stato [21].
1.3.3. Thao tác phân tử sinh học
  c s d sinh
hc. C  n  c s
d   u

13
t    sinh hc b
d ng ca t  ca
nhiu ng dng y sinh c 
ng h  d
nano nhin:

Hình 1.10. (a ) Sơ đồ phân tách các protein His từ các protein chưa được đánh dấu;
(b) phân tách các kháng thể poly–His từ các kháng thể khác [16]
1.3.4. Hệ thống cảm biến sinh học treo

Hình 1.11. (a) Sự tương tự giữa một mã vạch tiêu chuẩn và một đoạn dây nano
kim loại được mã hóa; (b) Sơ đồ xét nghiệm miễn dịch tầng trung gian
được thực hiện trên một dây nano [19]

14
u di s du l
mt cht nn trong b u khin cm bin sinh h m min dch tng
u lp bao gi
     c tng hp b   n trong mu oxit
u bi xy ra trong tng ht s ng ln
      nhn bit d  a trong mt mu mng
nhiu lp.  u ng dng ci
nhiu lp trong mm min d
1.3.5. Phân phối gen
Ph

 
     
   





1.4. Giới thiệu vật liệu CoNiP và một số tính chất của vật liệu CoNiP

Vt liu CoNiP thuc loi vt liu t  dng l
xp cht (hexangonal).

Hình 1.12. Cấu trúc tinh thể CoNiP

15
 ng c ca vt liu CoNiP, cho
thy s sp xp ca  .
c xi vt liu t cc ng dng nhiu
trong h thn t m bi 
  ln c 3000 Oe
[6, i v  ng s ph thuc c     
mt m hin s ph thuc ca ng  
 


Hình 1.13. Sự phụ thuộc của trường kháng từ vào độ dày của màng CoNiP: vuông
góc (đường hình tròn) và song song (đường hình vuông)
Lc  rt nhanh khi   5 nm
n 30 lc  ln nht c 3000 Oe  30 nm. Lc
 c i nh.
 hin nh hin t truyn qua (TEM) ct tng phn ca


16

Hình1.14. (a) Ảnh TEM từng thành phần của màng CoNiP; (b) Thông tin các thành
phần được đo bởi phép đo phổ tia X (XPS); (c) Tỉ lệ [Co]/[Ni] thể hiện như một
hàm của độ dày
u tng , (a)

t ln lc ch  hin t l [Co]/[Ni]
 d li y n 
 

Hình 1.15. (a) ảnh TEM cắt từng phần với độ phân giải cao; (b) nhiễu xạ điện tử

17
th hin c  nm. Ctinh
th cn t l 
 hin s ph thuc c mt ca CoNiP
 NaH
2
PO
2
:

Hình 1.16. Sự phụ thuộc của hình thái bề mặt của CoNiP vào nồng độ NaH
2
PO
2

(a): 0 M; (b): 0,019 M; (c):0,028 M và (d): 0,146 M
 1.16 cho thy ng t ca n NaH
2
PO
2
 
b mt ca CoNiPi vi NaH
2
PO

2
0 M b mt ca mu  
i vi dung da 0,019 M NaH
2
PO
2
 mt xut hin nt. Khi
tip t n dung dch NaH
2
PO
2
b mt t 


18
CHƢƠNG 2 - CÁC PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
2.1. Phƣơng pháp chế tạo
t li c ch to bng nhi
ng m c m , mt s  
ng vi mt s vt liu nh
2.1.1. Một số phƣơng pháp chế tạo
 Phương pháp nhiệt các bon
ng oxit r c tng hp
bng phn ng nhit cacbon. Vn hi oxit to ra t
t di C, O
2
, N
2
hoc NH
3

s to ra d
cn thiy s n hp ca Ga
2
O
3

2
hoc NH
3

s tng bao gm nhng
p sau:
Oxit kim loi + C -> oxit kim loi thp oxi + CO.
Oxit kim loi thp oxi + O
2
-i oxit.
Oxit kim loi thp oxi + NH
3
- CO + H
2.

Oxit kim loi thp oxi + N
2
->  CO.
Oxit kim loi thp oxi + C ->  CO.
  thp khi xy ra
phn ng gia oxit kim loi vu ca sn phm, oxit kim
lo thng O
2
, NH

3
, N
2
hoc cacbon oxit [5].
 Phương pháp hóa ướt

-



Ưu điểm: 
 

19
Nhược điểm: 
-
 Phương pháp cơ học


Ưu điểm: 

Nhược điểm: 


 Phương pháp bốc bay


            
              
              

 

Ưu điểm: 


Nhược điểm: 
         


 Phương pháp phun áp suất
y thn
c nu ch trng c d
su trng c l

20
c su

2
Te
3
c to ra
t k thu
 Phương pháp phún xạ






+



 




magnetron
Ưu điểm: 
.


Nhược điểm:              


2.1.2. Phƣơng pháp lắng đọng điện hóa
Mt c nh thuu hiu qu trong vic
ng vt lio  
c s dng nhi Li
 t ph tng t pha l

21
phn ) khi s dng b cp ngu
b cp ngun s dn cc, gich
m. Mn cn cc WE (Working Electrode), ho
n mn cn cm CE (Counter Electrode).
n m xut hin thn ng kh tn
ct catot. Mt h  bin bao gn c
n cc th n c ng
 gin cn cc, th  u khin

c hoc.

 ch i thit b t tii nhi cao ho
 t l
n thi gian  c s d tng hi s ng
ln vi nh s xp ch  c.
 tng hc lo
nhin. Nh c
theo trc c. gp mt s i b
u b lin cc gi 
ng mm b sch cho m n mu hp nht
 i vi mu sau khi ch to s phc t khc phc
 to mu b ng
ng th ca vt liu
t b lt th lv cn gii quyt 
c mt th l  t
 m bn ca m
c gii quyt nh s d   lng
.
Thc ch





















mu

  













 . 

 kim loi di