ẢNH HƯỞNG của từ TRƯỜNG TRONG QUÁ TRÌNH LẮNG ĐỌNG lên TÍNH CHẤT từ của dây NANO

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG 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
TRƯỜNG 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
Chuyên ngành: Vật lý Nhiệt
Mã số:

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :TS.LÊ TUẤN TÚ

Hà Nội - 2014

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên em xin gửi lời biết ơn chân thành đến thầy giáo TS. Lê Tuấn Tú,
người đã trực tiếp hướng dẫn em hoàn thành luận văn này. Thầy đã tận tình chỉ bảo,
hướng dẫn, giúp đỡ em trong việc định hướng luận văn và trả lời những thắc mắc về
đề tài luận văn. Em xin chân thành cảm ơn thầy!
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến các thầy cô trong bộ môn Vật lý Nhiệt độ
thấp trường ĐH Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN đã truyền đạt những kiến thức
chuyên ngành vô cùng quý báu. Em xin cảm ơn những thầy cô đã giảng dạy em
trong những năm qua, những kiến thức mà em nhận được trên giảng đường sẽ là
hành trang giúp em vững bước trong tương lai.
Em xin gửi lời cảm ơn tới anh Lê Văn Thiêm, người đã hướng dẫn, hỗ trợ
em trong các bước tiến hành thí nghiệm và nghiên cứu tài liệu. Cám ơn sự hỗ trợ
của đề tài VNU QG.14.14.
Em cũng không quên gửi lời cảm ơn đến những người bạn, những anh chị
đã đồng hành, giúp đỡ em trong quá trình tìm tài liệu, trao đổi kiến thức cũng
như truyền đạt những kinh nghiệm giúp em có thể hoàn thành luận văn một cách
tốt nhất.
Và lời cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình của mình. Cảm ơn cả
gia đình đã luôn bên con, động viên và tạo điều kiện tốt nhất cho con trong suốt thời
gian qua.
Sau cùng, em xin kính chúc toàn thể các thầy cô giáo luôn mạnh khoẻ, hạnh
phúc và thành công trong công việc và cuộc sống.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 21 tháng 8 năm 2014
Học viên

Vũ Thị Thanh

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................................................1
MỞ ĐẦU ................................................................................................................................................9
CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ DÂY NANO TỪ TÍNH VÀ VẬT LIỆU CONIP .............. 12
1.1. Giới thiệu về dây nano ....................................................................................12
1.1.1. Các dây nano tạo mảng và phân tán ........................................................13
1.1.2. Các dây nano một đoạn, nhiều đoạn và nhiều lớp ..................................13
1.2. Tính chất từ của dây nano từ tính và sự ảnh hưởng của từ trường trong quá
trình lắng đọng ......................................................................................................14
1.2.1. Dị hướng hình dạng ..................................................................................14
1.2.2. Chu trình từ trễ.........................................................................................15
1.2.3. Một số ảnh hưởng của từ trường ............................................................16
1.3. Một số ứng dụng của dây nano từ tính ..........................................................17
1.3.1. Tăng mật độ bộ nhớ bằng các dây nano ..................................................17
1.3.2. Động cơ điện từ cỡ nhỏ...............................Error! Bookmark not defined.
1.3.3. Thao tác phân tử sinh học ..........................Error! Bookmark not defined.
1.3.4. Hệ thống cảm biến sinh học treo ...............Error! Bookmark not defined.
1.3.5. Phân phối gen ..............................................Error! Bookmark not defined.
1.4. Giới thiệu vật liệu CoNiP và một số tính chất của vật liệu CoNiP ............. Error!
Bookmark not defined.
CHƯƠNG 2 - CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM ERROR! BOOKMARK NOT
DEFINED.


2.1. Phương pháp chế tạo......................................... Error! Bookmark not defined.
2.1.1. Một số phương pháp chế tạo......................Error! Bookmark not defined.
2.1.2. Phương pháp lắng đọng điện hóa ...............Error! Bookmark not defined.
2.2. Chế tạo mẫu ....................................................... Error! Bookmark not defined.
2.3. Các phương pháp phân tích............................... Error! Bookmark not defined.
2.3.1. Phương pháp Vol-Ampe vòng (CV) .............Error! Bookmark not defined.

2.3.2. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) ..............Error! Bookmark not defined.
2.3.3. Hiển vi điện tử quét (SEM) ..........................Error! Bookmark not defined.
2.3.4. Hiển vi điện tử truyền qua (TEM) ................Error! Bookmark not defined.
2.3.5. Phổ tán sắc năng lượng tia X (EDS) .............Error! Bookmark not defined.
2.3.6. Thiết bị từ kế mẫu rung (VSM) ....................Error! Bookmark not defined.
CHƯƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
3.1. Kết quả đo Vol-Ampe vòng (CV) ........................ Error! Bookmark not defined.
3.2. Sự phụ thuộc của mật độ dòng vào thời gian ... Error! Bookmark not defined.
3.3. Kết quả đo hiển vi điện tử quét (SEM) ............... Error! Bookmark not defined.
3.3.1. Hình thái học bề mặt của khuôn polycarbonate (PC) Error! Bookmark not
defined.
3.3.2. Hình thái học của mẫu .................................Error! Bookmark not defined.
3.4. Kết quả đo nhiễu xạ tia X ................................... Error! Bookmark not defined.
3.4.1. Phổ nhiễu xạ tia X ........................................Error! Bookmark not defined.


3.4.2. Hằng số mạng tinh thể ................................Error! Bookmark not defined.
3.5. Kết quả đo hiển vi điện tử truyền qua (HRTEM) Error! Bookmark not defined.
3.6. Kết quả phổ tán sắc năng lượng (EDS) .............. Error! Bookmark not defined.
3.7. Tính chất từ ........................................................ Error! Bookmark not defined.
3.7.1. Đường cong từ trễ .......................................Error! Bookmark not defined.
3.7.2. Lực kháng từ Hc ...........................................Error! Bookmark not defined.
3.7.3. Sự phụ thuộc của từ độ bão hòa Ms tại nhiệt độ phòng vào từ trường
...............................................................................Error! Bookmark not defined.
3.7.4. Tỉ số giữa từ dư và từ độ bão hòa Mr/Ms....Error! Bookmark not defined.
3.7.5. Trường dị hướng Hk và năng lượng dị hướng KU...... Error! Bookmark not
defined.
KẾT LUẬN ...............................................................ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................................. 18

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 ...........................13
Hình 1.2. (a) Dây nano Co bị phân tán; (b) Dây nano CuS được tạo mảng ............13
Hình 1.3. (a) Dây nano CoPtP một đoạn; (b) Dây nano CoPtP sáu đoạn ...............14
(c) Dây nano nhiều lớp Fe – Au ................................................................................14
Hình 1.4. Ba hình elipxoit đặc trưng.........................................................................15
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 ............15
Hình 1.6. Lực kháng từ của vật liệu CoPtP với các giá trị khác nhau của từ trường
...................................................................................................................................16
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) ....................................................17
Hình 1.8. Mô hình lưu trữ dữ liệu trong bộ nhớ "racetrack" Error! Bookmark not
defined.
Hình 1.9. Động cơ điện từ cỡ nhỏ ............................ Error! Bookmark not defined.
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 Error! Bookmark not
defined.
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...................................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 1.12. Cấu trúc tinh thể CoNiP .......................... Error! Bookmark not defined.
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) ...... Error! Bookmark not
defined.
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 ......................................................... Error! Bookmark not defined.

Hình 1.15. (a) ảnh TEM cắt từng phần với độ phân giải cao; (b) nhiễu xạ điện tử
................................................................................... Error! Bookmark not defined.


Hình 1.16. Sự phụ thuộc của hình thái bề mặt của CoNiP vào nồng độ NaH2PO2
(a): 0 M; (b): 0,019 M; (c):0,028 M và (d): 0,146 M ............. Error! Bookmark not
defined.
Hình 2.1. Sơ đồ bố trí thí ngiệm phương pháp lắng đọng điện hóa khi không . Error!
Bookmark not defined.
có từ trường ngoài ..................................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 2.2. Sơ đồ bố trí thí ngiệm phương pháp lắng đọng điện hóa khi có từ trường ngoài
................................................................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 2.3. Mô hình tổng quan của thí nghiệm CV ..... Error! Bookmark not defined.
Hình 2.4. Hiện tượng nhiễu xạ trên tinh thể ............. Error! Bookmark not defined.
Hình 2.5. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo máy XRD ........... Error! Bookmark not defined.
Hình 2.6. Máy nhiễu xạ tia X D5005 ........................ Error! Bookmark not defined.
Hình 2.7. Kính hiển vi điện tử quét ........................... Error! Bookmark not defined.
Hình 2.8. (a) Kính hiển vi điện tử truyền qua; (b) sơ đồ nguyên lý của hiển vi điện
tử truyền qua ............................................................. Error! Bookmark not defined.
Hình 2.9. Phổ tán sắc năng lượng tiaX (EDS) .......... Error! Bookmark not defined.
Hình 2.10. Máy đo từ kế mẫu rung (VSM) ............... Error! Bookmark not defined.
Hình 2.11. Mô hình từ kế mẫu rung ......................... Error! Bookmark not defined.
Hình 3.1. Kết quả đo CV của dung dịch CoNiP ....... Error! Bookmark not defined.
Hình 3.2. Sự phụ thuộc của mật độ dòng theo thời gian ........ Error! Bookmark not
defined.
Hình 3.3. Ảnh SEM của khuôn PC ............................ Error! Bookmark not defined.
Hình 3.4. Ảnh hiển vi điện tử quét của dây CoNiP .. Error! Bookmark not defined.
Hình 3.5. Phổ nhiễu xạ tia X của dây nano CoNiP .. Error! Bookmark not defined.
Hình 3.6. Ảnh hiển vi điện tử truyền qua của dây CoNiP với H = 0 Oe ......... Error!
Bookmark not defined.

Hình 3.7. Ảnh hiển vi điện tử truyền qua của dây CoNiP với H = 2100 Oe ... Error!
Bookmark not defined.
Hình 3.8. Phổ EDS của dây nano CoNiP ................ Error! Bookmark not defined.
Hình 3.9. Đường cong từ trễ của dây CoNiP với H = 0 Oe. .. Error! Bookmark not
defined.


Hình 3.10. Đường cong từ trễ của dây CoNiP với H = 750 Oe, 1200 Oe ....... Error!
Bookmark not defined.
Hình 3.11. Đường cong từ trễ của dây CoNiP với H = 1500 Oe, 2100 Oe ..... Error!
Bookmark not defined.
Hình 3.12. Sự phụ thuộc của lực kháng từ vào từ trường của dây CoNiP ....... Error!
Bookmark not defined.
Hình 3.13. Sự phụ thuộc của từ độ bão hòa vào từ trường của dây CoNiP ..... Error!
Bookmark not defined.
Hình 3.14. Sự phụ thuộc của tỷ số Mr/Ms vào từ trường của dây CoNiP ........ Error!
Bookmark not defined.
Hình 3.15. Sự phụ thuộc của Hk vào từ trường của dây CoNiP.... Error! Bookmark
not defined.
Hình 3.16. Sự phụ thuộc của KU vào từ trường của dây CoNiP .... Error! Bookmark
not defined.


MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, công nghệ nano là hướng nghiên cứu thu hút được rất
nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học cũng như các nhà đầu tư công nghiệp bởi những
ứng dụng to lớn của chúng trong sản xuất các thiết bị công nghiệp, y sinh, hàng không…
Điều đó được thể hiện bằng số các công trình khoa học, số các phát minh, sáng chế, số các
công ty có liên quan đến khoa học, công nghệ nano tăng theo cấp số mũ. Khi ta nói đến nano
là nói đến một phần tỷ của cái gì đó. Ví dụ một nano giây là nói đến một khoảng thời gian

bằng một phần tỷ của một giây. Khoa học nano là ngành khoa học nghiên cứu về các hiện
tượng và sự can thiệp vào vật liệu tại các quy mô nguyên tử, phân tử và đại phân tử. Tại các
quy mô đó, tính chất của vật liệu khác hẳn với tính chất tại các quy mô lớn hơn. Khái niệm
công nghệ nano được nhà vật lý học Richard Feynman nhắc đến lần đầu tiên trong bài diễn
văn đọc tại Hội nghị các nhà vật lý Mỹ năm 1959. Khi đó, ông đã dự báo một thời kỳ mà
người ta có thể ráp nguyên tử với nguyên tử, phân tử với phân tử, các công cụ thật nhỏ giúp
sản xuất các vật chất nhỏ hơn nữa.
Công nghệ nano đang phát triển với tốc độ chóng mặt và làm thay đổi diện mạo của
các ngành khoa học. Đặc biệt, ngành công nghệ mới này đang tạo ra một cuộc cách mạng
trong những ứng dụng y sinh học. Đây là lĩnh vực phát triển nhanh chóng, đã có một loạt
ứng dụng đã được phát triển như phân tách tế bào, cảm biến sinh học, nghiên cứu chức năng
tế bào cũng như một loạt các ứng dụng y học và trị liệu tiềm năng [2, 4].
Trong ngành công nghiệp, các tập đoàn sản xuất điện tử đã đưa công nghệ nano vào
ứng dụng, tạo ra sản phẩm có tính cạnh tranh từ chiếc máy nghe nhạc iPod nano đến các con
chip có dung lượng lớn với tốc độ xử lí cực nhanh, các thiết bị ứng dụng công nghệ nano
ngày càng nhỏ hơn, chính xác hơn các thiết bị với công nghệ micro trước đó [10]… Trong y
học, để chữa bệnh ung thư người ta tìm cách đưa các phân tử thuốc đến đúng các tế bào ung
thư qua các hạt nano, các hạt nano đóng vai trò là “xe tải kéo”, tránh được các hiệu ứng phụ
gây ra cho tế bào lành. Y tế nano ngày nay đang nhằm vào những mục tiêu được quan tâm
nhất đối với sức khỏe con người, đó là các bệnh do di truyền có nguyên nhân từ gien, các
bệnh hiện nay như HIV/AIDS, ung thư, tim mạch, các bệnh đang lây lan rộng hiện nay như
béo phì, tiểu đường, liệt rung, mất trí nhớ. Ngoài ra, các nhà khoa học tìm cách đưa công
nghệ nano vào giải quyết các vấn đề mang tính toàn cầu như thực trạng ô nhiễm môi trường

10


ngày càng gia tăng, việc cải tiến các thiết bị quân sự bằng các trang thiết bị, vũ khí nano rất
tối tân mà sức công phá khiến ta không thể hình dung nổi.
Hiện nay, việc chế tạo các dây nano từ tính đang được nhiều nhóm nghiên cứu trên

thế giới quan tâm. Có thể kể đến một số cường quốc đang chiếm lĩnh thị trường công nghệ
này hiện nay là: Mĩ, Nhật Bản, Trung Quốc, Đức, Nga và một số nước Châu Âu… Việt
Nam cũng đã và đang nghiên cứu, chế tạo các vật liệu nano để sử dụng các ứng dụng của nó.
Tại bộ 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 cũng đã được hình thành và đang
tiến hành các chương trình nghiên cứu, với các loại dây đơn chất như Ni, Fe, Co và các loại
dây hợp kim như CoFe, NiFe, CoPt... và được chế tạo bằng nhiều phương pháp khác nhau
như: lắng đọng chùm phân tử (MBE), phún xạ catot, nhiệt cacbon, bốc bay nhiệt, điện
hoá…[20]. Trong các phương pháp chế tạo trên, phương pháp lắng đọng điện hóa có những
ưu điểm hơn các phương pháp khác. Huang et al là người đầu tiên báo cáo sự lắng đọng của
các dây nano CoPt sử dụng điện hóa. Một nhược điểm của việc chế tạo sử dụng phương
pháp này là sự khó khăn trong việc có được một pha hoàn hảo. Vì vậy, các nhà nghiên cứu
đã tập trung vào một số hướng xử lý đầu tiên đó là thay đổi đường kính của mẫu [17], thay
đổi giá trị pH của chất điện phân, thay đổi mật độ trong quá trình điện hóa [18], thay đổi
thành phần của dây hoặc ống nano… [19]. Trong một số bài báo, các nhóm nghiên cứu đã
chỉ ra được sự ảnh hưởng mạnh mẽ của từ trường lên tính chất tinh thể và tính chất từ của
dây nano CoPt. Hiểu về sự ảnh hưởng của từ trường trong quá trình lắng đọng đóng một vai
trò quan trọng trong việc kiểm soát và chế tạo các dây nano và ống nano. Chính vì vậy luận
văn của em đã tập trung vào việc nghiên cứu ảnh hưởng của từ trường trong quá trình lắng
đọng lên tính chất từ của dây nano CoNiP.
Nội dung luận văn gồm 3 phần chính:
Chương 1 - Tổng quan về dây nano từ tính và vật liệu CoNiP.
Chương 2 - Các phương pháp thực nghiệm.
Chương 3 - Kết quả và thảo luận.

11


12

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ DÂY NANO TỪ TÍNH VÀ VẬT LIỆU CoNiP
1.1. Giới thiệu về dây nano
Sự kết hợp giữa sinh vật học và vật lý học đã tác động đến nhiều lĩnh vực của khoa
học và kỹ thuật ở quy mô micro và nano. Trong những lĩnh vực đó thì từ y sinh là lĩnh vực
cực kỳ thú vị và đầy hứa hẹn. Ví dụ, các hạt nano từ đã được dùng để chọn lọc đầu dò và
thao tác các hệ thống sinh học. Hầu hết các hạt từ tính sử dụng đều có dạng hình cầu,
thường bao gồm lõi từ và vỏ, nó cho phép chức năng hóa các phối tử độc hại về sinh học để
thực hiện các mục đích y sinh mong muốn. Các ứng dụng của các hạt từ tính đang trở nên
phổ biến hơn trong các nghiên cứu y học và công nghệ sinh học, các nghiên cứu này sẽ
thuận lợi nếu các hạt từ tính có thể thực hiện nhiều chức năng. Trong nhiều trường hợp
riêng biệt, các dây nano từ có tính trật tự cao đã được tính đến. Dây nano từ tính là một dạng
của hạt từ tính. Dây nano còn gọi là thanh nano, nó có cấu trúc dị hướng gần như một chiều,
với tỷ số giữa chiều dài và đường kính của dây rất cao. Các dây nano cũng cho thấy các tính
chất điện kì lạ nhờ vào sự thay đổi hình dạng. Khi vật liệu giảm kích thước xuống nano mét,
tỉ số giữa số nguyên tử nằm ở bề mặt và số nguyên tử tổng cộng của vật liệu nano lớn hơn
rất nhiều so với vâ ̣t liê ̣u khố i.
Các dây nano từ tính sở hữu các tính chất đặc biệt, đó là sự khác nhau hoàn toàn giữa
các vật liệu sắt từ dạng khối, dạng hạt hình phỏng cầu và dạng màng mỏng. Hầu hết các dây
nano từ tính được sử dụng trong y sinh là các thanh kim loại hình trụ được chế tạo bằng
phương pháp lắng đọng điện hóa trên các tấm xốp có kích thước lỗ cỡ nano. Bán kính của
chúng có thể kiểm soát trong phạm vi từ 5 đến 500 nm, 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 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.

13

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.

Hình 1.2. (a) Dây nano Co bị phân tán; (b) Dây nano CuS được tạo mảng [17]
Hình 1.2(a) chỉ ra ví dụ về dây nano Co phân tán rời rạc có đường kính 70 nm. Trên
hình 1.2(b) biểu diễn mảng dây nano CuS có đường kính khoảng 50 nm.

1.1.2. Các dây nano một đoạn, nhiều đoạn và nhiều lớp
Do mong muốn có một vật liệu nano đơn lẻ có thể thực hiện được nhiều chức năng
cùng một lúc nên cấu trúc nano nhiều đoạn đã được nghiên cứu chuyên sâu, cũng do đó mà
khám phá được nhiều chức năng vốn có của chúng.

14


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 Ni-Cu, 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 hưởng của từ trường trong quá trình
lắng đọng
1.2.1. Dị hướng 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 có dạng hình cầu, hướng 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 hóa M tạo ra nó, nhưng có hướng ngược lại, được cho bởi:
d

= - Nd

(1)

Trong đó Nd là hệ số trường khử từ phụ thuộc vào hình dạng của vật. Do phép tính
khá phức tạp nên giá trị chính xác của Nd chỉ có thể được tính toán bởi một vật hình elipxoit
có từ hóa đồng đều trên toàn bộ vật. Một vật elipxoit có bán trục a, b và c (c b a), tổng
của các hằng số trường khử từ trên 3 bán trục (Na, Nb, Nc) bằng 4 .
Na + Nb + Nc = 4π (2)

15


Với một hướng từ hóa cho trước thì năng lượng từ tĩnh ED (erg/cm3) được cho bởi:
ED =

NdMs2

(3) trong đó: Ms là từ độ bão hòa của vật.

Hình phỏng cầu thon
dài

Hình elipxoit thon

Hình phỏng cầu dẹt
Hình 1.4. Ba hình elipxoit đặc trưng
Hình 1.4 biểu diễn 3 hình elipxoit đặc trưng thường sử dụng trong nghiên cứu các
dây nano có từ tính: hình phỏng cầu thon dài (c > a =b), elipxoit thon (c » a > b) và hình
phỏng cầu dẹt (c = b > a).
1.2.2. Chu trình từ trễ
Đối với các dây nano, chu trình từ trễ được thể hiện như hình 1.5 [11].

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
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

16


là trường phụ thuộc vào lực kháng từ để đạt tới từ độ bão hòa Ms; từ dư Mr là từ độ của mẫu
khi từ trường ngoài mất đi.
Từ độ bão hòa Ms của một vật đạt được khi tất cả các momen từ trong vật hoàn toàn
song song với nhau. Vì vậy, từ độ bão hòa Ms là tính chất bên trong của vật liệu từ tính,
không liên quan tới hình dạng và kích thước của mẫu.
1.2.3. Một số ảnh hưởng của từ trường
Nhóm nghiên cứu Kleber R. Pirota và các cộng sự đã chỉ ra rằng nếu không có từ
trường, sự định 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 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].

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 nguyên tử AFM của
màng mỏng CoPtP trong trường hợp không có và có từ trường đặt trong quá trình lắng
đọng.

17


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.
Như vậy từ các nghiên cứu trước đây của các nhà khoa học cho thấy, từ trường có
ảnh hưởng rõ rệt lên cấu trúc và tính chất của vật liệu được lắng đọng bằng phương pháp
điện hóa.
1.3. Một số ứng dụng của dây nano từ tính
Các dây nano có nhiều tiềm năng ứng dụng trong các ngành khác nhau như y sinh
(phân tách các phân tử sinh học, phân phối gen, bẫy từ của các tế bào…) và cảm biến, ghi
từ…
1.3.1. Tăng mật độ bộ nhớ bằng các dây nano
Các nhà vật lý Mỹ vừa công bố một kỹ thuật mới cho phép chúng ta nhảy thêm một
bước trong việc sử dụng các dây nano từ tính cho các linh kiện lưu trữ thông tin mật độ cao.

Kỹ thuật này bao gồm việc di chuyển các vách đômen từ (magnetic domain wall) dọc
theo một dây nano bằng cách sử dụng mật độ dòng phân cực spin cực nhỏ so với các kỹ
thuật trước đây. Các nhà nghiên cứu khẳng định rằng bước nhảy này có thể đem lại một loại
bộ nhớ từ mới với mật độ lưu trữ gấp hàng trăm lần so với các bộ nhớ RAM hiện nay.
Vách đômen từ tính là một biên hẹp giữa 2 domain từ liên tiếp, mà có vector từ hóa
hướng theo hai phương khác nhau. Vách đômen có thể di chuyển trong vật liệu bằng cách
đặt một từ trường ngoài hoặc đặt một dòng phân cực spin. Một số nhà vật lý đã tính toán
được rằng chuyển động này có thể được khai thác trong các bộ nhớ kiểu "racetrack", mà có
thể lưu trữ dữ liệu với mật độ lớn hơn các bộ nhớ RAM hiện tại rất nhiều.

18


Trong một bộ nhớ "racetrack", dữ liệu được lưu trữ theo một dãy của các đômen từ
tính - được ngăn cách bởi các vách đômen, dọc theo một dây nano (hình 1.8). Các bit riêng
biệt được lưu trữ và truy xuất bằng cách dịch chuyển các dãy này dọc theo các dây nano và
cắt ngang đầu đọc, đầu ghi. Nếu công nghệ này thành công, một phương pháp khả thi là sử
dụng các dòng phân cực spin để di chuyển các vách domain trong các dây nano.Và thách
thức chính là làm sao để giảm mật độ dòng xuống đến mức đủ nhỏ để có thể di chuyển các
vách đômen khi mà chúng bị hãm dịch chuyển bởi các sai hỏng trong dây. Hiện tại, mật độ
dòng cần thiết là quá lớn cho các bộ nhớ thương phẩm.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Nguyễn Hữu Đức (2003), Vật liệu từ liên kim loại, NXB ĐHQGHN, Hà Nội.
2. GS. Thân Đức Hiền, GS. Lưu Tuấn Tài (2008), Từ học và Vật liệu từ, NXBĐHQGHN,
Hà Nội.
3. Nguyễn Thị Thanh Huyền (2008), Nghiên cứu chế tạo dây nano CoPtP bằng phương
pháp điện hoá, Khóa luận tốt nghiệp, Trường ĐH Khoa học Tự

nhiên -

ĐHQGHN, Hà Nội.
4. Nguyễn Phú Thùy (2002), Vật lý các hiện tượng từ, NXB ĐHQGHN, Hà Nội.
5. Ninh Thị Yến (2011), Nghiên cứu về dây nano và các phương pháp chế tạo dây nano, Khóa
luận tốt nghiệp, Trường ĐH Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN, Hà Nội.
Tiếng Anh
6. 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.
7. Editorial (2003), "Why small matters", Nat. Biotech, 21, pp. 1003-1113.
8. 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.
9. 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.

19


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.
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

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.
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.

21