Tóm tắt Luận án Chế tạo vật liệu và nghiên cứu tính chất của dây nano từ tính nền Co

ởng của từ trường trong quá trình lắng đọng Nhóm tác giả Mary D cùng các cộng sự đã chế tạo thành công dây nano từ tính Co bằng phương pháp lắng đọng điện hóa đặt trong từ trường với độ lớn từ 0 đến 10 T. Theo kết quả nhận được, dây nano Co được lắng đọng trong từ trường đã cải thiện rõ ràng về tính chất từ với giá trị từ độ bão hòa và lực kháng từ lớn hơn so với khi không có từ trường. Từ độ bão hòa có giá trị lần lượt là 57, 71 và 83,5 (emu/g) tương ứng với mẫu dây nano Co lắng đọng trong từ trường 0, 5 và 10 T. Tương tự, lực kháng từ thu được là 500, 600 và 700 Oe tương ứng với từ trường có độ lớn lần lượt là 0, 5 và 10 T. 1.1.5 Ảnh hưởng của độ pH trong dung dịch lắng đọng Nhóm tác giả Zafa N và các cộng sự đã nghiên cứu sự ảnh hưởng của độ pH lên cấu trúc tinh thể và tính chất từ của dây nano Co. Họ đã thu được kết quả là với pH < 2,5, dây Co vừa có cấu trúc tinh theo kiểu fcc và hcp. Ngược lại, với độ pH  3,5 dây nano Co có cấu trúc tinh thể theo kiểu hcp. Hơn nữa, với pH < 2,5, giá trị HS < 0 và hướng trục dễ song song với trục dây. Đối với độ pH  3,5, giá trị HS > 0 và dây nano Co có trục dễ định hướng theo phương vuông góc với trục dây. 5 1.2 Một số nghiên cứu về vật liệu Co-Ni-P Nhóm tác giả Park D.Y đã nghiên cứu chế tạo vật liệu màng Co-Ni-P có cấu trúc nano. Kết quả nghiên cứu cho thấy, độ pH và nồng độ NaH2PO2 đã ảnh hưởng đến tính chất từ của màng Co-Ni-P. Những màng Co-Ni-P có độ pH < 2,25 thể hiện tính chất từ mềm. Trong khi đó, màng Co-Ni-P có độ pH > 2,25 cho tính chất từ cứng. Xiaoli H và các cộng sự đã nghiên cứu và chế tạo dây nano Co-Ni-P bằng phương pháp lắng đọng điện hóa sử dụng khuôn mẫu AAO. Kết quả khảo sát tính chất từ cho thấy rằng, hình dạng đường cong từ trễ đo theo hai phương từ trường đặt song song và vuông góc với trục của dây là hầu như trùng nhau với lực kháng từ khoảng 200 Oe. 1.3 Các tính chất vật lý cơ bản của dây nano từ tính 1.3.1 Dị hướng từ tinh thể Trong tinh thể, sự sắp xếp mômen từ thường gắn với đối xứng của mạng tinh thể và luôn có một phương định hướng ưu tiên dọc theo một trục nào đó của tinh thể. Khi từ hóa theo phương ưu tiên này từ độ M dễ đạt trạng thái bão hòa nên được gọi là trục từ hóa dễ. Dị hướng từ đơn trục thường thấy với trục từ hóa dễ song song với trục c của tinh thể cấu trúc lục giác. Năng lượng dị hướng từ trong trường hợp này chỉ phụ thuộc vào định hướng của vectơ từ độ M với trục từ hóa dễ. 1.3.2 Dị hướng hình dạng Dị hướng hình dạng phụ thuộc vào kích thước và hình dạng của mẫu. Dị hướng hình dạng là sự khác nhau về mặt năng lượng khi từ hóa theo chiều dài nhất và chiều ngắn nhất của mẫu. Khi mẫu vật liệu chịu tác dụng của từ trường ngoài thì từ trường nội tại bên trong mẫu vật liệu sẽ sinh ra một từ trường, từ 6 trường này có tác dụng chống lại từ trường ngoài đặt vào mẫu gọi là trường khử từ.   sdd MNH . (1.3) Đối với mẫu vật liệu dạng hình elipxoit có các bán trục a, b và c (c ≥ b ≥a), thì trường khử từ trong trường hợp này có thể viết như sau: Na + Nb +Nc = 4π (1.4) 1.3.2.1 Hình phỏng cầu thon dài (c > a = b) Vật liệu dây nano từ tính có dạng hình phỏng cầu thon dài thì hệ số trường khử từ được cho bởi biểu thức sau: 2 1/2 2 2 1/2 2 1/2 1 ( 1) 4 ln( ) 2( 1) 2( 1) ( 1) a b m m m N N m m m m m               (1.6) 2 1/2 2 2 1/2 2 1/2 1 ( 1) 4 ln 1 1 2( 1) ( 1) c m m m N m m m m                  (1.7) Ở đó m = c/a là hệ số tỷ lệ. 1.3.2.2 Cấu trúc đômen từ Vật liệu dây nano từ tính có dạng hình trụ dài vô hạn, giá trị Na = 2, khi đó bán kính tới hạn được cho bởi công thức: s c M Aq r 2/1 2/1   (1.12) Trong đó, q có giá trị nằm trong khoảng từ 1,8412 đến 2,0816. A là hằng số tương tác trao đổi (erg/cm) và Ms là từ độ bão hòa (emu/cm3). CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 2.1 Chế tạo dây nano từ tính bằng phương pháp lắng đọng điện hóa 2.1.1 Phương pháp dòng-thế Phương pháp dòng-thế là phương pháp điện hóa học. Nó được dùng để nghiên cứu cơ chế phản ứng xảy ra của các chất và cho biết thông tin về thế khử, thế ôxi hóa. 7 2.1.2 Phương pháp lắng đọng điện hóa Phương pháp lắng đọng điện hóa là quá trình phủ một lớp màng kim loại hoặc hợp kim mong muốn lên trên bề mặt đế mẫu bởi tác động của dòng điện. 2.2 Quy trình chế tạo vật liệu dây nano từ tính Các vật liệu dùng trong thực nghiệm Các hóa chất được dùng luận án gồm có CoSO4.7H2O, CoCl2.6H2O, NiCl2.6H2O, H2PtCl6.6H2O, Na4P2O7, NaH2PO2, NaCl, NaOH, H3BO3, HAuCl4, C6H8O7 và Saccharin. Khuôn mẫu polycarnonate (PC) Khuôn mẫu PC được sử dụng nghiên cứu chế tạo vật liệu dây nano từ tính có đường kính lỗ ống từ 100 nm đến 600 nm với chiều dày khoảng từ 3,5 µm đến 9 µm. Chế tạo lớp điện cực làm việc lên một mặt của khuôn mẫu Quá trình phún xạ lớp vật liệu như vàng hoặc đồng lên bề mặt khuôn mẫu PC được thực hiện trên thiết bị phún xạ catot. Quy trình tổng hợp vật liệu dây nano từ tính Hình 2.9. Mô tả quá trình tổng hợp vật liệu dây nano từ tính Khuôn mẫu PC Nhìn mặt cắt của lỗ ống Phún xạ lớp Cu hoặc Au lên 1 mặt của PC Dây nano mọc ra từ bên trong lỗ khuôn PC Loại bỏ lớp Cu hoặc Au Dây nano Phân hủy khuôn PC 8 Các dây nano từ tính đã chế tạo Bảng 2.2: Các dây nano được chế tạo,nghiên cứu trong luận án TT Cấu trúc I Dây nano đơn đoạn (đường kính/nm) 1.1 Co (100) 1.2 Co-Pt-P (100) 1.3 Co-Ni-P (100, 200, 400, 600) 1.4 Au (100) II Dây nano Co-Ni-P được lắng đọng trong từ trường (HA = 750; 1200; 1500 và 2010 Oe) III Dây nano Co-Ni-P được lắng đọng với độ pH khác nhau (pH =2,0; 2,5; 3,5; 4,5; 5,5 và 6,5) IV Dây nano nhiều đoạn (chiều dài từng đoạn/nm) 4.1 Au(600)/Co(2500)/Au(600)/Co(900)/Au(300) 4.2 Au(300)/Co(300)/Au(100)/Co(300)/Au(200)/Co(1500) 4.3 Au(200)/Co(750)/Au(120)/Co(400)/Au(120)/Co(400)/Au(120 )/Co(400) 4.4 Au(300)/Co-Ni-P(400)/Au(200)/Co-Ni-P(400)/Au(300)/Co- Ni-P(1800) 2.3 Các phương pháp kỹ thuật phân tích mẫu Các mẫu vật liệu dây nano từ tính sau khi chế tạo đã được nghiên cứu, phân tích bằng hiển vi điện tử quét (SEM), hiển vi điện tử truyền qua (TEM), hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao (HR-TEM), nhiễu xạ tia X (XRD). Tính chất từ của vật liệu được khảo sát bằng phép đo từ kế mẫu rung (VSM). CHƯƠNG 3. TỔNG HỢP VẬT LIỆU DÂY NANO TỪ TÍNH NỀN Co 3.1 Khảo sát đặc trưng dòng-thế Hình 3.2 chỉ ra đường đặc trưng dòng - thế của dung dịch chứa 0,7 M NaCl, 0,4 M H3BO3 và 0,206 M CoCl2.6H2O. Trong 9 đồ thị này, ta có thể quan sát thấy một đỉnh khử ở khoảng thế - 0,6 V và quá trình lắng đọng (quá trình khử) bắt đầu trong khoảng thế từ -0,45 V đến -0,9 V. Hình 3.4 trình bày đường đặc trưng dòng-thế của dung dịch có chứa 0,7 M NaCl, 0,2 M CoCl2.6H2O, 0,2 M NiCl2.6H2O; 0,25 M NaH2PO2; 0,4 M H3BO3; 0,001 M Sarccharin. Quá trình khử trong dung dịch này xảy ra bắt đầu từ thế khử -0,53 V đến - 1,14 V và có xuất hiện một đỉnh khử yếu ở thế -0,92 V. 3.2 Nghiên cứu tính chất của vật liệu dây nano từ tính Co 3.2.1 Khảo sát hình thái học, thành phần và vi cấu trúc tinh thể Hình 3.5. Ảnh SEM của mảng dây nano Co. Hình 3.6. Phổ EDX của mảng dây nano Co. Hình 3.2. Đường đặc trưng dòng-thế của dung dịch chứa muối NaCl, H3BO3 và CoCl2.6H2O. -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 -3 -2 -1 1 2 M Ët ® é d ßn g (m A /c m 2 ) §iÖn thÕ (V) -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 -6 -4 -2 0 2 4 6 M Ë t ® é d ß n g ( m A /c m 2 ) §iÖn thÕ (V) Hình 3.4. Đường đặc trưng dòng- thế của dung dịch chứa NaCl, H3BO3,CoCl2.6H2O,NiCl2.6H2O, NaH2PO2 và Sarcchrin. 10 Hình 3.5 trình bày ảnh SEM của mảng các dây nano Co. Từ ảnh SEM cho thấy rằng, các dây nano Co này là chưa đồng nhất với nhau về đường kính. Một đầu của dây nano có hình dạng nhọn với đường kính nhỏ hơn đường kính ở giữa. Đường kính trung bình ở giữa dây nano là 100 nm và chiều dài là khoảng 4,5 µm. Hình 3.6 chỉ ra rằng, thành phần nguyên tố hóa học của Co được đo bằng phổ EDX. Ta có thể quan sát thấy rõ ràng ba đỉnh phổ năng lượng của Co. Điều này chứng tỏ rằng, dây nano Co được tạo ra trong quá trình lắng đọng có độ tinh khiết. Đỉnh phổ năng lượng của Cu xuất hiện trong phổ EDX này là do mẫu đo đặt trên đế Cu. Đỉnh phổ năng lượng của O xuất hiện là do oxy xuất hiện trên bề mặt của điện cực Cu hay oxy hình thành tự nhiên trên bề mặt của dây nano Co sau khi đã loại bỏ khuôn mẫu PC. Giản đồ nhiễu xạ tia X của vật liệu dây nano Co được trình bày trong hình 3.7. Kết quả thu được cho thấy, dây nano Co có ba đỉnh nhiễu xạ tương ứng với các mặt (100), (002) và (101). Cấu trúc tinh thể của các pha này đều là lục giác xếp chặt (hcp). 3.2.2 Khảo sát tính chất từ của dây nano từ tính Co Hình 3.8 chỉ ra đường cong từ trễ của mảng các dây nano Co với từ trường đặt song song và vuông góc với trục của dây. Theo kết quả của phép đo đường cong từ trễ này, lực kháng từ thu 30 35 40 45 50 55 60 (0 0 2 ) (1 0 1 ) Cu Cu (1 0 0 ) 2 (®é) C ­ ên g ® é n h iÔ u x ¹ ( ® v ty ) Hình 3.7. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mảng dây nano Co. -8000 -4000 0 4000 8000 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 M /M M a x H (Oe) || H T H Hình 3.8. Đường cong từ trễ của mảng dây nano Co. 11 được khi đặt từ trường song song và vuông góc với các dây nano Co lần lượt là 145 Oe và 120 Oe. Hơn nữa, dạng đường cong trễ của hai phép đo là hoàn toàn khác nhau. Điều này thể hiện tính dị hướng từ của các dây nano Co. 3.3 Nghiên cứu tính chất của vật liệu dây nano từ tính Co-Pt- P 3.3.1 Khảo sát hình thái học, thành phần và vi cấu trúc tinh thể. Hình 3.10 trình bày ảnh SEM của mảng dây nano Co-Pt-P. Những dây nano Co-Pt-P này có đường kính trung bình và chiều dài lần lượt là 100 nm và 6 µm. Kết quả phân tích phổ EDX đã xác định được phần trăm nguyên tử của các nguyên tố trong dây nano này như sau: Co:Pt:P = 78,63:4,15:17,22. Hình 3.12 trình bày giản đồ nhiễu xạ tia X của dây nano Co- Pt-P. Giản đồ nhiễu xạ tia X đã chỉ rõ vị trí hai đỉnh nhiễu xạ ở góc 44,2 o và 47 o lần lượt là ứng với các mặt tinh thể Co-(002) và mặt tinh thể Co-(101). Kết quả phân tích cấu trúc tinh thể từ dữ liệu X-Ray cho thấy, cả hai đỉnh nhiễu xạ của mặt tinh thể Hình 3.10. Ảnh SEM của mảng dây nano Co-Pt-P. Hình 3.12. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mảng dây nano Co-Pt-P. -13000 -6500 0 6500 13000 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 M /M M a x H (Oe) || H T H Hình 3.13. Đường cong từ trễ của mảng dây nano Co-Pt-P. 12 (002) và (101) đều có cấu trúc lục giác xếp chặt (hcp). 3.2.2 Khảo sát tính chất từ của dây nano từ tính Co-Pt-P Hình 3.13 trình bày đường cong từ trễ của mảng các dây nano Co-Pt-P. Ta có thể quan sát thấy, hình dáng đường trong từ trễ của các dây nano Co-Pt-P là hầu như chồng lên nhau khi từ trường đặt theo phương song song và vuông góc với trục dây nano. Giá trị Hc đạt được là 1300 Oe và tỷ số Mr/MMax là 0,33. Như vậy, có thể thấy rằng dây nano Co-Pt-P có đặc trưng tính chất của vật liệu từ cứng. 3.4 Nghiên cứu tính chất của vật liệu dây nano từ tính Co-Ni-P 3.4.1 Khảo sát hình thái học, thành phần và vi cấu trúc tinh thể Hình 3.14 chỉ ra dây nano Co-Ni-P có đường kính là 200 nm và chiều dài lần lượt là 3,5 µm, 5 µm và 9 µm tương ứng với thời gian lắng đọng là 8 phút, 12 phút và 23 phút. Hình 3.15 trình bày giản đồ nhiễu xạ tia X của mảng dây nano Co-Ni-P với chiều dài khoảng 5 µm. Ta có thể nhận thấy rằng, vị trí của các đỉnh nhiễu xạ ở góc 42,07 o và 44,93 o là tương ứng với mặt tinh thể (100) và (002). Cấu trúc của các mặt tinh thể này đều là lục giác xếp chặt (hcp). Số liệu thu Hình 3.14. Ảnh SEM của dây nano Co-Ni-P được chế tạo với thời gian lắng đọng khác nhau (a) 8 phút, (b) 12 phút và (c) 23 phút. a b c 30 35 40 45 50 55 60 Cu (1 00 ) (0 0 2) C ­ ên g ® é n h iÔ u x ¹ (® vt y)  (®é) Hình 3.15. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mảng dây nano Co-Ni-P. 13 được từ phép đo nhiễu xạ tia X của dây nano Co-Ni-P là phù hợp với mã thẻ chuẩn JCPDS 89-4308. Kết quả phân tích từ phổ EDX cho thấy, dây nano Co-Ni-P có chứa các thành phần nguyên tố với tỷ lệ phần trăm nguyên tử của Co:Ni:P lần lượt là 65,59:20,71:13,70. 3.4.2 Khảo sát tính chất từ của mảng dây nano từ tính Co- Ni-P có chiều dài khoảng 5 µm Hình 3.17 trình bày đường cong từ trễ của mảng dây nano Co-Ni-P với đường kính dây là 200 nm và chiều dài là khoảng 5 µm. Hình dạng đường cong từ trễ của vật liệu dây nano Co-Ni-P là hoàn toàn khác nhau khi từ trường đặt song song và vuông góc với trục dây. Kết quả này chứng tỏ rằng, dây nano Co-Ni-P có tính dị hướng từ rõ ràng và đã cải thiện được tính chất từ rõ nét hơn thể hiện ở Hc và Mr/MMax. Khi từ trường đặt song song với trục của dây, Hc đạt được là 1940 Oe và tỷ số Mr/MMax là 0,5. Với từ trường đặt vuông góc với trục của dây, Hc và tỷ số Mr/MMax lần lượt là 1225 Oe và 0,25. CHƯƠNG 4: ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC ĐIỀU KIỆN CÔNG NGHỆ LÊN CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT TỪ CỦA DÂY NANO TỪ TÍNH Co-Ni-P 4.1 Ảnh hưởng của độ pH lên vật liệu dây nano từ tính Co- Ni-P 4.1.1 Thành phần hóa học của dây nano từ tính Co-Ni-P Kết quả phân tích phổ EDX của dây nano Co-Ni-P ở các giá trị pH khác nhau được trình bày trong bảng 4.1. -10000 -5000 0 5000 10000 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 (e) || H T H M /M M a x H (Oe) Hình 3.17. Đường cong từ trễ của dây nano Co-Ni-P. 14 Bảng 4.1: Thành phần nguyên tố hóa học của dây nano Co- Ni-P có pH thay đổi từ 2 đến 6,5 được xác định bằng phổ sắc năng lượng tia X. 4.1.2 Cấu trúc tinh thể của dây nano từ tính Co- Ni-P Hình 4.3 trình bày giản đồ nhiễu xạ tia X của dây Co-Ni-P với đường kính 200 nm được lắng đọng trong dung dịch với pH thay đổi từ 2,0 đến 6,5. Tất cả các dây nano Co-Ni-P đều xuất hiện đỉnh nhiễu xạ của mặt tinh thể (002). Cường độ của mặt tinh thể (002) tăng khi pH trong dung dịch tăng. Đỉnh nhiễu xạ xuất hiện ở góc 44,9 o là tương ứng với mặt tinh thể (002). Độ pH của dung dịch tăng từ 4,5 đến 6,5, cường độ đỉnh nhiễu xạ (002) tăng rất mạnh và bắt đầu xuất hiện thêm các đỉnh nhiễu xạ (100), pha Ni-P. Đỉnh nhiễu xạ xuất hiện ở góc 42,4 o và 39 o lần lượt tương ứng với pha (100) và pha Ni-P. Cấu trúc tinh thể của các mẫu này đều là lục giác xếp chặt (hcp). 4.1.3 Tính chất từ của dây nano từ tính Co-Ni-P Hình 4.4 trình bày các đường cong từ trễ của mảng dây nano Co-Ni-P được chế tạo với giá trị pH khác nhau. Hình dáng các đường cong từ trễ của mảng dây nano Co-Ni-P được chế tạo với giá trị pH trong phạm vi từ 2,0 đến 6,5 thay đổi một cách rõ ràng. Với giá trị pH  2,5 trong dung dịch thì mảng dây nano Độ pH Nguyên tố (% nguyên tử) Co Ni P pH = 2,0 84,19 9,83 5,98 pH = 2,5 84,69 10,10 5,21 pH = 3,5 75,74 17,10 7,16 pH = 4,5 70,34 20,28 9,38 pH = 5,5 65,59 20,71 13,70 pH = 6,5 67,34 23,10 9,56 30 35 40 45 50 55 60 f e d c b a CuCu (0 02 ) N iP (1 00 ) (a) pH=2.0 (b) pH=2.5 (c) pH=3.5 (d) pH=4.5 (e) pH=5.5 (f) pH=6.5 C ­ê ng ® é nh iÔ u x¹ ( ®v ty )  (®é) Hình 4.3. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mảng dây nano Co-Ni-P với đường kính 200 nm ở các giá trị pH khác nhau. 15 Co-Ni-P thể hiện tính chất từ mềm. Khi giá trị pH trong dung dịch tăng từ 3,5 đến 6,5, dây nano Co-Ni-P thể hiện tính từ cứng. 4.2 Ảnh hưởng của đường kính khuôn mẫu lên dây nano từ tính Co-Ni-P 4.2.1 Đặc trưng dòng - thời gian Quá trình lắng đọng được ghi lại bằng các đường đặc trưng mật độ dòng-thời gian. Đồ thị mật độ dòng-thời gian chỉ rõ ràng rằng quá trình lắng đọng dây nano là trạng thái khá ổn định với thời gian từ khoảng 200 đến 900 s. 4.2.2. Hình thái học của dây nano Co-Ni-P Hình 4.9 trình bày một số ảnh SEM của mảng dây nano Co- Ni-P. Đường kính của các dây nano này lần lượt là 100, 200, 400 và 600 nm. Chiều dài của những dây nano này là khoảng 4 µm. Vi cấu trúc của dây nano Co-Ni-P được phân tích bằng ảnh TEM và HR-TEM. Hình 4.10 (a) chỉ ra loại ảnh TEM của một dây nano Co-Ni-P với đường kính 200 nm. Hình 4.10 (c) trình bày ảnh HR-TEM của dây nano Co-Ni-P. Chúng ta có thể quan sát thấy, các lớp nguyên tử được sắp xếp theo từng lớp chồng -10000 -5000 0 5000 10000 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 (a) M /M m a x H (Oe) || H T H -10000 -5000 0 5000 10000 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 (b) M /M M a x H (Oe) || H T H -10000 -5000 0 5000 10000 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 (c) M /M M a x H (Oe) || H T H -10000 -5000 0 5000 10000 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 (d) M /M M a x H (Oe) || H T H -10000 -5000 0 5000 10000 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 (e) || H T H M /M M a x H (Oe) -10000 -5000 0 5000 10000 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 (f) M /M M a x H (Oe) || H T H Hình 4.4. Đường cong từ trễ của mảng dây nano Co-Ni-P với đường kính 200 nm ở các giá trị pH (a) 2,0; (b) 2,5; (c) 3,5; (d) 4,5; (e) 5,5 và (f) 6,5. 16 lên nhau. Không gian mạng được xác định khoảng 0,205 nm tương ứng với mặt (002) của lục giác xếp chặt. 4.2.3 Cấu trúc tinh thể của dây nano Co-Ni-P với đường kính khác nhau Cấu trúc tinh thể của dây nano Co-Ni-P với đường kính là 100 và 600 nm đã được nghiên cứu bằng nhiễu xạ tia X. Mẫu dây nano Co-Ni-P với đường kính 100 và 600 nm đều xuất hiện d a c Hình 4.9. Ảnh SEM của mảng dây Co-Ni-P với đường kính khác nhau: (a) 100 nm, (b) 200 nm, (c) 400 nm and (d) 600 nm. b a Hình 4.10. (a) Ảnh TEM và (c) ảnh HR-TEM của một dây nano Co- Ni-P với đường kính 200 nm. c 0.205 nm 17 đỉnh nhiễu xạ ở vị trí góc 44,9 o và 41,8 o. Vị trí của đỉnh nhiễu xạ ở góc 44,9 o và 41,8 o lần lượt là các mặt tinh thể (002) và (100). Các mặt tinh thể (002) và (100) có cấu trúc theo kiểu lục giác xếp chặt. 4.2.4 Ảnh hưởng của đường kính khuôn mẫu lên tính chất từ của dây nano Co-Ni-P Hình 4.12 trình bày đường cong từ trễ của mảng dây Co-Ni-P với các đường kính khác nhau. Hình dáng của các đường cong từ trễ này đều thay đổi theo cả hai phương đo từ trường đặt song song và vuông góc với mảng dây khi đường kính dây thay đổi. Hc và tỷ số Mr/MMax là giảm khi đường kính của dây nano tăng (hình 4.13). Bán kính tới hạn rc có thể được xác định bởi công thức sau: 2. 2 Sa c MN A qr  (4.1) Kết quả tính toán cho thấy, với dây nano Co-Ni-P có bán kính r < 129 nm (đường kính nhỏ hơn 258 nm) quá trình đảo từ xảy ra theo mô hình quay đều (coherent). Trái lại, đối với dây nano Co-Ni-P có bán kính r > 129 nm (đường kính lớn hơn 258 nm) quá trình đảo từ xảy ra theo cơ chế quay xoắn (curling). Căn cứ vào kết quả thí nghiệm của phép đo đường cong từ trễ, hằng số dị hướng từ hiệu dụng Keff của dây -10000 -5000 0 5000 10000 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 b M /M M a x H (Oe) // H T H -10000 -5000 0 5000 10000 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 d M /M M a x H (Oe) // H T H -10000 -5000 0 5000 10000 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 a // H T H M /M M a x H (Oe) -10000 -5000 0 5000 10000 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 c M /M M a x H (Oe) // H T H Hình 4.12. Đường cong từ trễ của mảng dây nano Co-Ni-P được đo ở nhiệt độ phòng với các đường kính khác nhau a) 100 nm; b) 200 nm; c) 400 nm; d) 600 nm. 18 nano Co-Ni-P đã được tính toán. Hằng số dị hướng từ hiệu dụng Keff được xác định theo công thức:  //.2 SSMaxeff HHMK   (4.2) Trong đó MMax là từ độ lớn nhất tại H =10000 Oe, SH là giá trị trường dị hướng khi đo vuông góc với trục của dây, // SH là giá trị trường dị hướng khi đo song song với trục của dây. Hình 4.14 trình bày đường đặc trưng của hằng số dị hướng từ hiệu dụng Keff phụ thuộc vào đường kính của dây nano. Có thể quan sát thấy rằng, hằng số dị hướng từ hiệu dụng giảm khi đường kính dây Co-Ni-P tăng lên. Trong trường hợp Keff > 0, dây nano Co-Ni-P với đường kính nhỏ hơn 276 nm, trục dễ từ hóa song song với trục của dây. Ngược lại, trong trường hợp Keff < 0, dây nano Co-Ni-P có đường kính lớn hơn 276 nm, trục dễ từ hóa sẽ vuông góc với trục của dây. 4.3 Ảnh hưởng của từ trường lắng đọng lên dây nano từ tính Co-Ni-P 4.3.1 Đường đặc trưng mật độ dòng - thời gian Cường độ từ trường đặt vào trong quá trình lắng đọng các dây nano có giá trị là 750, 1200, 1500 và 2010 Oe và được đặt song song với các lỗ khuôn. Đối với trường hợp, khi không có từ trường ngoài đặt vào mẫu, mật độ dòng có giá trị vào cỡ 12 Hình 4.13. Sự phụ thuộc của lực kháng từ và tỷ số Mr/MMax vào đường kính dây. 0 100 200 300 400 500 600 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 d c ~ 276 nm K ef f ( 1 0 6 e rg /c m 3 ) d (nm) Hình 4.14. Sự phụ thuộc của hằng số dị hướng từ hiệu dụng vào đường kính dây 19 mA/cm2. Khi có từ trường ngoài, mật độ dòng giảm mạnh xuống còn khoảng 6 mA/cm2. Như vậy, từ trường đặt vào trong quá trình chế tạo dây nano đã tác động rất lớn đến mật độ dòng. 4.3.2 Hình thái học và vi cấu trúc tinh thể của dây nano từ tính Co-Ni-P Hình 4.17 trình bày ảnh hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao (HR-TEM) của hai mẫu dây nano Co-Ni-P được chế tạo ở các từ trường có giá trị cường độ lần lượt là 0 Oe và 2010 Oe. Khi không có từ trường ngoài đặt vào, cấu trúc các lớp nguyên tử hình thành trong dây nano Co-Ni- P thể hiện chưa rõ ràng. Tuy nhiên, khi đặt từ trường với cường độ lên đến 2010 Oe trong quá trình lắng đọng, các lớp nguyên tử Co-Ni-P được sắp xếp rõ ràng như thấy trong hình 4.17 (b). Hình 4.18 trình bày giản đồ nhiễu xạ tia X của dây nano Co- Ni-P được lắng đọng trong từ trường với cường độ khác nhau. Cường độ của đỉnh nhiễu xạ (002) của dây nano Co-Ni-P tăng so với khi không đặt từ trường trong quá trình lắng đọng. Đỉnh nhiễu xạ chính của dây nano Co-Ni-P là pha (002) (a) (b Hình 4.17. Ảnh HR-TEM của dây nano Co-Ni-P được lắng đọng dưới tác dụng của từ trường: (a) HA= 0 Oe và (b)HA= 2010 Oe. 30 35 40 45 50 55 60 (d) (c) (b) (a) (0 0 2 ) Cu Cu C ­ ê n g ® é n h iÔ u x ¹ ( ® v ty )  (®é) (a) H A = 0 Oe (b) H A =1200 Oe (c) H A =1500 Oe (d) H A =2010 Oe Hình 4.18. Giản đồ nhiễu xạ tia X của Co-Ni-P được lắng đọng với giá trị từ trường: HA = 0 Oe; 1200 Oe; 1500 Oe; và 2010Oe. 20 với cấu trúc lục giác xếp chặt. Như vậy, từ trường đặt vào trong quá trình lắng đọng đã làm cho cường độ của đỉnh nhiễu xạ (002) tăng lên rất rõ ràng. 4.3.3 Tính chất từ của dây nano từ tính Co-Ni-P Hình 4.20 (a) chỉ ra sự phụ thuộc của tỷ số Mr/MMax vào cường độ từ trường ngoài đặt vào. Dây nano Co-Ni-P được lắng đọng khi không đặt từ trường ngoài đặt vào (HA = 0) có giá trị Mr/MMax khoảng 0,5 theo phương song song với trục của dây nano. Giá trị Mr/MMax lần lượt tăng lên từ 0,7 tới 0,79 tương ứng với giá trị từ trường ngoài đặt vào trong quá trình lắng đọng tăng từ 750 đến 2010 Oe. Hình 4.20 (b) trình bày sự phụ thuộc của Hc vào cường độ từ trường ngoài đặt vào trong quá trình lắng đọng. Giá trị Hc tăng từ 1940 Oe đến 2300 Oe khi từ trường lắng đọng tăng từ 0 Oe đến 2010 Oe theo phương song song với trục dây. Có thể nhận thấy, từ trường đặt vào trong quá trình lắng đọng có ảnh hưởng lớn đến tính chất từ của vật liệu dây nano Co-Ni-P. Lực kháng từ và tỷ số Mr/MMax của dây nano Co-Ni-P được chế tạo trong từ trường có giá trị lớn hơn so với mảng dây nano Co-Ni-P không đặt trong từ trường. CHƯƠNG V: NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU DÂY NANO TỪ TÍNH NHIỀU ĐOẠN 5.1 Tính chất của dây nano từ tính nhiều đoạn Co/Au 0 500 1000 1500 2000 2500 1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400 H C ( O e ) H A (Oe) // H b 0 500 1000 1500 2000 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 // H M r/M M a x H A (Oe) a Hình 4.20. (a) Sự phụ thuộc của tỷ số Mr/MMax và (b) Hc vào từ trường lắng đọng HA. 21 5.1.1 Khảo sát hình thái học của dây nano nhiều đoạn Co/Au Hình 5.2 trình bày ảnh SEM của dây nano nhiều đoạn Co/Au với các đoạn Co có độ dài khác nhau. Sự tương phản giữa hai đoạn đen và đoạn trắng xen lẫn nhau của dây nano nhiều đoạn Co/Au được chỉ ra tương ứng với đoạn Co và đoạn Au. Đường kính của dây nano nhiều đoạn Co/Au là 100 nm. 5.1.3 Tính chất từ của dây nano từ tính nhiều đoạn Co/Au Hình 5.4 trình bày đường cong từ trễ của các dây nano đơn đoạn Co và dây nano nhiều đoạn Co/Au với các đoạn Co có chiều dài khác nhau. Sự thay đổi chiều dài của đoạn Co đã làm cho hình dạng đường cong từ trễ thay đổi. Cụ thể, chiều dài đoạn Co giảm từ 2500 nm xuống còn 750 nm tương ứng với sự thay đổi hình dáng đường cong từ trễ từ dị hướng đơn -6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000 -1.0 -0.5 0.0 0