Luận văn nghiên cứu từ trường bề mặt của vật liệu từ cứng cấu trúc micro nano

i ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜ NG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ é l l l l é l l NGUYỄN THỊ KIỀU LI NH l l NGHIÊN CỨU TỪ TRƯỜNG BỀ MẶT CỦA VẬT LIỆU TỪ CỨNG CẤU TRÚC MICRO - NANO l l k l k l l LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LIỆU VÀ LI NH KIỆN NANÔ l l l Hà Nộ i – 2012 l z l l l ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜ NG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ é l l l l é l l NGUYỄN THỊ KIỀU LI NH l l NGHIÊN CỨU TỪ TRƯỜNG BỀ MẶT CỦA VẬT LIỆU TỪ CỨNG CẤU TRÚC MICRO - NANO l l k l k l l Ch u yê n n gà nh: Vậ t l iệ u l i nh k iệ n N a nô Mã số: Ch u yê n n gà nh đào tạo thí đ iểm h l p x z m p p k p c p v l h m y p z h p i c y p z p p o z p v v l LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LIỆU VÀ LI NH KIỆN NANÔ l l l l l l l NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS PHẠ M ĐỨC THẮ NG l l k Hà Nộ i – 2012 l z é l v MỤC LỤC k MỞ ĐẦU .1 k é CHƯƠNG TỔNG QUAN .2 l l l 1.1 Từ t rườ ng cá c đạ i lượ ng đặ c t rư n g cho từ t rườ ng v e p c i 3 p z y p c p v e p c v v e p c 1.1.1 Từ t rườ n g v e p c 1.1.2 Cá c đạ i lượ ng đặ c t rư n g cho từ t rườ ng p z y p c p v e p c v v e p c 1.2 H iệ n tượ ng từ t rễ z p v p c v v e 1.3 Dị hướ n g từ p c v 1.3.1 Dị hướ ng từ t i nh thể p c v v z p v 1.3.2 Dị hướ ng ứ n g s uấ t .8 p c p c l h v 1.3.3 Dị hướ ng hì nh n g p c p g p c 1.4 Cấ u t rú c từ 10 h v e v 1.5 Vậ t l iệ u từ n g 13 v y z h v p c 1.5.1 Cá c đặ c t rư n g củ a vậ t l iệ u từ n g 14 p v e p c x i v y z h v p c 1.5.2 Ứ n g dụ ng củ a vậ t l iệ u từ ng .15 p c g p c x i v y z h v p c CHƯƠNG CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆ M 18 l l l k 2.1 Ch uẩ n bị mà n g mỏ ng từ n g cấ u t rú c m i c ro 18 h p @ l p c l p c v p c h v e l z e 2.2 Mô phỏ ng từ t rườ n g bề mặ t .18 k s p c v v e p c @ l v 2.2.1 Mô hì nh lý th u yế t 18 k p y v h m v 2.2.2 Phươ ng pháp mô phỏ n g 19 p c s s l s p c 2.3 Khảo sá t khả nă n g bắ t giữ tế bào hồ ng cầ u 21 l v o p p c @ v c z v @ p c h 2.3.1 Đặ c điểm củ a tế bào hồ ng cầ u 21 é p z l x v @ p c h 2.3.2 Mơ hì nh lý th u yế t 22 k p y v h m v 2.3.3 Khảo sá t khả nă ng bắ t g iữ tế bào hồ n g cầ u 23 l v o p p c @ v c z v @ p c h CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 25 l l 3.1 Ả nh hưở n g củ a số lượ n g n am châm lê n phâ n bố củ a từ t rườ ng bề mặ t25 p p c x l y p c p x l l y p l s p @ x v v e p c @ l v 3.2 Khảo sá t ả nh hưở n g củ a kí ch thướ c n am châm lê n phâ n bố củ a từ t rườ ng bề mặ t 33 l @ l v v p p c x o v p x l l y p l s p @ x v v e p c vi 3.3 Khảo sá t ả nh hưở n g củ a chiề u dà y n am châm lê n phâ n bố củ a từ t rườ n g bề mặ t 36 l @ l v p p c x z h g m p x l l y p l s p @ x v v e p c v 3.4 Khảo sá t ả nh hưở n g củ a khoả n g cá ch g iữ a cá c n am châm lê n phâ n bố củ a từ t rườ ng bề mặ t 39 l x v v v e p p c p @ l c x o p c 3 c z x 3 p x l l y p l s p @ v 3.5 Q u a n sá t hì nh ả nh tế bào hồ n g cầ u bị bắ t giữ 43 h x p l v p p v @ p c h @ @ v c z KẾT LUẬN .45 l TÀI LIỆU THA M KHẢO 46 k TÓM TẮT LUẬN VĂN k l k g v x p m p c p v l z p o h 3 é o v p s e c c z o v e p g p o c y v e h p c @ v p i p z x z x z h l v o z l v v v p 3 v v v p c v s v p v c l x c v p p y 3 z p v i z p z 3 x v v v p h e l v p v 3 p z v p p z 3 x l p s p v v z h l i 3 p p p c m z x c v h p p p c x h h h p v z l h x z v o p z h y y c p v l c y p p p z h i v p h h v e p z p c x p p e h 3 v c p h p p v p p 3 x p p v x c x v e v v l l p p e p c v c z c z x c l x v v p s v y h v e c p z h p g i v o l v o y z @ p @ i p h p p c x s v h o p l y p c p v p v 3 e p h v x h c v v l z v l p x l p h g m p x p p @ c p x v c c o v p i p c p c l g y c 3 h @ i p h z c c c i z v e c z h p p x l z p x 3 l p y z p p s l p l p c p v l p p v p p l e v g y o g 3 l z l i p p c l c @ 3 c l v l p @ z l v p i p z z p z 3 c l p p l h v s s p s m p m v p g l c l s h i @ c @ v x v p z s p l h p p p l x z p p p c e z l p 3 v l l z z z p c g @ p p v p e l i 3 z p p v p c p v v z l c i v v v v p s p x p p p v v v s c v p p v h v p o c h c 3 p s v c s l z v v p y k p o v c p v p p z e i v h l m l z v s p i p p @ s z h h l h p c v l h 3 p s v v s z l h m c s c x p p p p s s y z v c s p p 3 @ i MỞ ĐẦU Từ tì nh mộ t th uộ c tì nh củ a vậ t l iệ u Nhí n ch u n g cá c chấ t, t rạ ng thá i, dù ì t h a y nhiề u đề u biể u hiệ n tì nh chấ t từ Vậ t l iệ u có tì nh chấ t sắ t từ mạ nh cá c n am châm từ ng đấ t h iếm - kim loại ch u yể n t iếp, cũ n g có tì nh n ghị ch từ yế u cá c phâ n tử s i nh họ c V iệ c n ghiê n u tì nh chấ t từ củ a vậ t l iệ u bằ ng phươ n g pháp mô phỏ n g đ a ng th u hú t q u a n tâm củ a cá c nhà ngh iê n u ví phươ n g pháp nà y rấ t n g iả n, cho kế t q uả nh a nh chì nh xá c, q u a cho phép t iế t kiệm mặ t thời g i a n th ao tá c cũ n g chi phì thự c hiệ n q uá t rí nh n ghiê n u Cá c vậ t l iệ u từ có nh iề u ứ ng dụ n g q u a n t rọ ng t ro n g kho a họ c kỹ th uậ t c uộ c số ng Mộ t t ro ng cá c h iệ u ứ ng đượ c q u a n tâm n ghiê n u khả nă n g g iữ cá c phầ n tử kì ch thướ c nhỏ có tì nh n ghị ch từ nhờ phâ n bố củ a từ t rườ ng khô n g đồ ng nhấ t t rê n bề mặ t củ a cá c cấ u t rú c sắ t từ Bằ n g việ c sử dụ ng cá c cấ u t rú c từ có kì ch thướ c phù hợp, n g t a lư u g iữ đượ c cá c phầ n tử s i nh họ c mà khô n g cầ n sử dụ n g đế n q uá t rí nh c nă ng hó a bề mặ t vậ t l iệ u dù n g để bắ t giữ cá c phầ n tử s i nh họ c L uậ n vă n nà y đượ c thự c h iệ n vớ i mụ c đì ch khảo sá t phâ n bố củ a từ t rườ n g t rê n bề mặ t củ a cá c n am châm từ n g N dF eB có cấ u t rú c m i cro- n a no sử dụ n g phầ n mềm mô phỏ ng Ả nh hưở n g củ a cá c thô n g số số lượ ng n am châm, kì ch thướ c n am châm, ch iề u dà y n am châm khoả ng cá ch giữ a cá c n am châm đượ c n ghiê n u mộ t cá ch hệ thố ng Bê n cạ nh l uậ n vă n cũ ng thử n ghiệm v iệ c bắ t giữ phầ n tử s i nh họ c bằ ng cá ch sử dụ ng cá c v i n am châm N dFeB T ro n g l uậ n vă n nà y phầ n tử s i nh họ c bị bắ t giữ tế bào hồ ng cầ u v l l p 3 e c c @ p p p x x p l p l l l l v l x l p g v l c z e l e p c h CHƯƠ NG TỔNG QUAN l l l 1.1 Từ t rườ ng cá c đại lượ n g đặ c t rư ng cho từ t rườ n g 1.1.1 Từ t rườ ng Từ t rườ n g mộ t mô i t rườ n g vậ t chấ t đặ c b iệ t b ao q u a nh cá c đ iệ n tì ch ch u yể n độ n g tá c dụ ng lự c từ lê n đ iệ n tì ch ch u yể n độ ng t ro n g Từ t rườ n g đượ c tạo r a bằ n g h a i cá ch: sử dụ ng cá c c uộ n dâ y có dị ng đ iệ n chạ y t ro ng dâ y dẫ n hoặ c n am châm vĩ nh cử u T ro ng cá c n am châm vĩ nh cử u khô n g có cá c dị ng đ iệ n theo n ghĩ a thô ng thườ n g mà có ch u yể n độ n g q uĩ đạo ch u yể n độ n g s pi n củ a đ iệ n tử Đó n g uồ n gố c bả n củ a h iệ n tượ n g từ t ro ng vậ t l iệ u [3] 1.1.2 Cá c đại lượ n g đặ c t rư n g cho từ t rườ ng  Cườ ng độ từ trườ ng H  Cảm ứ n g từ B  Từ độ M v e p v h m p p e p z p o p i i 3 v h y z m e p y m p p c v l y p p s z z p c p p v x v e p z x p p x c x p v z p c v p @ l v i y e p c v v e p p 3 p e y p z v c p g c l g v g g p z l c p v c p 3 p v c i e m c c p x i p é v c l v v y p z p z p y c p p l p p e p c c k v c v c p v e v p e c p c v v e p c v m h p p h z l p p @ h p c c v x p e p p 3 x 3 p c 3 3 x p g e c @ p l h @ v c 3 p c p h v c p p v p i e v c c p l h z g m z m p v l p p p p h x i p v g p p p c c p h v c h p v e p c  Trườ ng khử từ Hd 1.2 H iệ n tượ n g từ t rễ Từ t rễ (m ag n e t i c h ys t e r es is) h iệ n tượ n g bấ t th uậ n n ghị ch g iữ a q uá t rí nh từ hó a đảo từ cá c vậ t l iệ u sắ t từ khả nă n g g iữ lại từ tì nh củ a cá c vậ t l iệ u sắ t từ H iệ n tượ ng từ t rễ mộ t đặ c t rư ng q u a n t rọ n g dễ thấ y nhấ t cá c chấ t sắ t từ [8] 1.3 Dị hướ n g từ T ro ng t i nh thể, môm e n từ (h a y từ độ) l n có x u hướ n g đị nh hướ ng th eo mộ t phươ n g u t iê n củ a t i nh thể, tạo nê n khả nă ng từ hó a c nh a u th eo cá c phươ n g c nh a u củ a t i nh thể, tì nh dị hướ n g từ [3] Dị hướ ng từ phụ th uộ c vào nă ng lượ ng nội củ a hệ tạ i mộ t hướ ng nhấ t đị nh củ a từ độ tự phá t Nă n g lượ n g đượ c gọi nă n g lượ n g dị hướ ng từ Nế u dị hướ n g từ gâ y r a tì nh đố i xứ ng t ro n g cấ u t rú c t i nh thể củ a vậ t l iệ u thí đượ c gọi dị hướ n g từ t i nh thể Bê n cạ nh ng uồ n gố c tì nh đối xứ n g t i nh thể, dị hướ n g từ t i nh thể cị n đượ c tạo r a ứ n g s uấ t h a y hí nh n g củ a vậ t từ h a y t rậ t tự củ a cá c cặp sp i n với đị nh hướ n g c nh a u [4] 1.3.1 Dị hướ ng từ t i nh thể Dị hướ n g từ t i nh thể n g nă ng lượ n g t ro ng cá c vậ t có từ tì nh có n g uồ n gố c l iê n q u a n đế n tì nh đố i xứ ng t i nh thể đị nh hướ n g củ a môm e n từ Dị hướ n g từ t i nh thể mộ t đặ c điểm nội củ a vậ t l iệ u sắ t từ, phụ th uộ c nhiề u vào kì ch thướ c hí nh n g củ a vậ t l iệ u 1.3.2 Dị hướ ng ứ n g s uất N gồi ng góp củ a dị hướ ng từ t i nh thể, cò n có n g góp đá n g kể c củ a dị hướ ng từ ứ n g s uấ t Dị hướ ng ứ ng s uấ t thườ ng đượ c thấ y t ro ng cá c vậ t l iệ u từ g iảo H iệ n tượ ng từ giảo h iệ n tượ ng hí nh n g, kì ch thướ c củ a vậ t l iệ u từ ( thườ ng sắ t từ) bị th a y đổi tá c dụ n g từ t rườ n g n goài Bả n chấ t củ a h iệ n tượ n g từ g iảo tươ ng tá c s pi n-q uỹ đạo củ a cá c điệ n tử t ro n g vậ t l iệ u sắ t từ 1.3.3 Dị hướ ng hì nh ng Dị hướ ng hí nh n g phụ th uộ c vào kì ch thướ c hí nh ng củ a mẫ u Dị hướ n g hí nh ng đượ c đị nh n ghĩ a mộ t cá ch n g iả n c nh a u mặ t nă n g lượ n g kh i từ hó a th eo ch iề u dà i nhấ t ch iề u n gắ n nhấ t củ a mẫ u sắ t từ Hí nh n g mẫ u q u yế t đị nh cá c cự c từ tự Do tươ n g tá c g iữ a cá c cự c từ, x uấ t h iệ n mộ t t rườ ng khử từ ngượ c với chiề u từ hó a, chố ng lại từ hó a Do đó, mơm e n từ có x u hướ n g đị nh hướ ng th eo t rụ c có nă ng lượ n g từ hó a nhỏ nhấ t củ a vậ t l iệ u [4] 1.4 Cấ u t rú c từ  Ở cấp độ ng u yê n tử, phâ n tử: cấ u t rú c từ l iê n q u a n đế n sắ p xếp có t rậ t tự củ a cá c sp i n từ t ro ng mạ n g t i nh thể Cấ u t rú c th uậ n từ Cấ u t rú c sắ t từ Cấ u t rú c phả n sắ t từ Cấ u t rú c f e r r i từ e z p p v p v v x v z i v p p s c v p z p l h v p c p x z c m v v e z y p i z v o v x z y z h x v v p v p c c p p c g p c z e y z c p v e v o p p p c h x c p p c v @ c e c p e p v v z c h y i z p p v g v c p v c m x p z x 3 v h i v v y z e p h v l l v v v p p p z p z p c e c v e p c c p p c c o z p e v g x p v v p p x v y v h p v x z l 3 c c c c p o c p x v h e v e v h p p p c v h g p z p h p p p c x o p p p v p g p p p p y y p p v c h x z c l v y p p v p m z c z g p p p p x p c g p p i c g v v p z c y v c z v h p v v g x i v v h z p p p c p c c p s p c z v c c v p z l x y z v p v p i c p y c v i v z z e p l x c p i i v p v y p z h l v v c v v x p p l l s p e v c p h p v h p z h h g g c z l s z p v l h v c x v p z c c v e v p i e y h c o v v z p c i v p p x p c s z v c m v c v p 3 p p p p o p p l c c e 3 p g v p v p c p p c p g h z p v p v c p v v v e p p 3 p c h p z v p z g s p h y z v y i z h v x l v v z p v c p o c p z v p p v p c g h c m p x l v x p g v x p y c y v p i p v c p p p v p l y p v v p p p m p v z h p m z i v p v l v h z g v v p p z s x p v z p v c z v p p l v g p v v c l v p g o v z l v c g h l l v p l p l i y v @ y p p c c v p c z p p p p z v x v l p p v v p l z v i c v y z v y v @ v v v l l v p h x s p p y e p z c z s p v g c l l e x v c v 3 m c p o e p p p p z e h l h p c e v v c c v l v x h v z l s v p c x p p y p v p c p v p v l v l g v v c c y m y p x p i e z 3 g z v o p v v h c e v c p p p v p p c g e c c p s x v v p l v v l v e o c e p p c p h p z z p l p c v i 3 p z g p v v v i o x v i c g c z h v e p h v p v v p h v p c c z v p c p c y l z p x l p h l c 3 x x y c o z c p l v p g y p 3 p p c x e i x l h i v l v v v v h p l p h x v x v p p p v x h h v e 3 s x p h v p v e v l s h c z e m p v v h v v v h p e p p l v v h v v v e h s v e p l e e v e z s c p l p v c v z p v e v y z p h x p p p l l s p s v e v v  Ở cấp độ mà ng mỏ n g: cấ u t rú c từ tổ hợp h h a y nh iề u lớp vậ t l iệ u từ c nh a u xếp x e n kẽ nh a u hoặ c bị n gă n cá ch bở i lớp vậ t l iệ u ph i từ o s p p l x h p l c s l p p s c p e p h o v p e x v h y v s @ p c x p z x m p @ z z h y y s s i i v v y z y h z h s v z v  Cấ u t rú c G MR (Gi a n t m a g ne to r es is t a n c e)  Cấ u t rú c T MR (T u n ne l i ng m a g ne to r es is t a n c e)  Cấ u t rú c Sp i n-v a n  Cấ u t rú c từ ng dã y ch uỗ i: Cấ u t rú c từ n g ch uỗ i tổ hợ p có hệ thố n g củ a rấ t nh iề u cá c cấ u t rú c từ, cá c s e nso r, để tạo nh mộ t sả n phẩm có khả nă n g ứ n g dụ n g t ro n g thự c tế Sự r a đờ i củ a cá c cấ u t rú c n g ch uỗ i cho phép cá c phép đo, cá c ngh iệm đượ c t iế n hà nh vớ i tố c độ nh a nh hơ n độ chì nh xá c c ao hơ n [2] T ro ng l uậ n vă n nà y n g n ghiê n u mộ t cấ u t rú c từ n g ch uỗi n giả n tổ hợ p củ a cá c n am châm từ kì ch thướ c m i cro (hí nh 1.18) Cá c n am châm đượ c sắ p xếp theo mộ t t rậ t tự nhấ t đị nh cô ng v iệ c củ a ng tô i khảo sá t từ t rườ ng t rê n bề mặ t củ a n am châm h v x l v v v e h v e 3 k s h c y h e p c i p y z c p h v v p c e v l e x z e e c e l p h p p v c p v v v p m x s e 3 p v e x z e l v v e x p e l e z l v x p e c e 3 l v e p l v z g e l p p c e x p p v h z z z y l v x p v v 3 p p i s l h z v v v e 3 l g p v p p p x p s c c l 3 h p z p i p p p s l p h c p v p p p p m g s l x g x v i c s c c s p p p z p z x h g p z k v p y p v v p l h p e 3 e s p e p s z v e o c h v p e @ p x l l v l v v c v x z p e x z l v p c v v v 3 o p l p h p l v v p 3 i h l p z c v e v e i g p c h z p z 3 p x p c v z p p y x l o l 1.5 Vậ t l iệ u từ n g v y z h v p c Vậ t l iệ u từ n g vậ t l iệ u sắ t từ, khó khử từ khó từ hó a Ý nghĩ a củ a tì nh từ “ n g” đâ y chì nh th uộ c tì nh khó khử từ khó bị từ hó a, khơ n g x uấ t phá t từ tì nh chấ t họ c củ a vậ t l iệ u từ [9] v v p p v h y z v s h p v v c v p p v p c m y i 3 v v p y z y h v l h x v i v v v y o p o o z h v o i v o i v o x @ p v x c x 3 x o p c v 1.5.1 Cá c đặ c t rư n g củ a vật l iệ u từ ng p e p c x i v y z h v p c Vậ t l iệ u từ ng có nh iề u đặ c t rư ng từ họ c, tì nh chấ t từ củ a vậ t l iệ u từ ng phụ th uộ c nh iề u vào nhiệ t độ, độ bề n, độ chố n g mà i mò n Dướ i đâ y l iệ t kê mộ t số đặ c t rư n g q u a n t rọ ng v s v v p h v y e p z h p v z c h h x p c i p v p e p p z v z h p p p v @ e p p c v p 3 p c v p l z v l v x p z i v p m y y z h z v v o p l c v l c  Lự c ng từ  Cảm ứ ng từ dư  Tí ch nă n g lượ n g từ cự c đại o p l c p v c p v p g c y p c v 3 p z 1.5.2 Ứ n g dụ ng củ a vậ t l iệ u từ n g p c g p c x i v y z h v p c Vậ t l iệ u từ ng đượ c ứ n g dụ n g rấ t rộ n g rãi t ro ng cá c đồ chơi, má y làm lạ nh từ, cá c thiế t bị kỹ th uậ t điệ n thô ng dụ ng cá c mô tơ đ iệ n, lo a điệ n độ ng, m i cro phơ n, khó a từ cá c thiế t bị c ao cấp cá c ổ đĩ a ng,…[3] H iệ n n a y, cá c vậ t l iệ u từ ng l iê n kim loại đấ t h iếm – k im loạ i ch u yể n t iếp, điể n hí nh hợp chấ t N dF eB vậ t l iệ u từ ng tố t nhấ t v y p l v z 3 e z h s i s y v y v h l p @ o z v z p v v h i p e v v g p o x v c c y i v y z y p p v p z z v o z h c g p z p c c z v p o z e p 3 l p e p s z v p p v v e g x p c v c z e p @ y v c v v l p l p y v l c p x z p z 3 h p p m z y l x p m z p c p z p v z s p z y l p p p p c x m p y v Cù ng với nhữ ng ứ ng dụ ng t u yệ t vờ i t ro n g cá c lĩ nh vự c đò chơ i, th iế t bị, đồ đ iệ n tử… thí h iệ n n a y vậ t l iệ u từ ng cũ n g đ a ng đượ c ứ n g dụ ng rộ n g rã i t ro ng cô n g nghệ s i nh họ c Sự phá t t r iể n củ a cá c phươ n g pháp dù n g để điề u nh vị t rì tế bào t rê n bề mặ t mộ t thá ch thứ c q u a n t rọ n g t ro n g s i nh họ c tế bào Thậ t vậ y, i th iệ n cô n g n ghệ cho ch uỗi tế bào làm cho t r ao đổ i vớ i co n ngườ i để giúp co n n gười theo dõi t iế n hó a củ a cá nhâ n [21] Cá c n ghiê n u gầ n đâ y r a rằ ng đố i tượ ng n ghị ch từ vi mô, chẳ n g hạ n nhữ ng giọ t kì ch thướ c m i cro hoặ c cá c v i hạ t đượ c nâ n g lê n hoặ c bị mắ c kẹ t bằ ng cá ch sử dụ n g từ t rườ ng biế n thiê n c ao T ro ng l uậ n vă n nà y, n g tô i khảo sá t khả nă n g bắ t giữ phầ n tử s i nh họ c bằ ng việ c sử dụ ng cá c v i n am châm N dF eB H iệ n n a y t ro n g phò n g n ghiệm Cơ n g n ghệ m i cro n a no có sẵ n tế bào hồ ng cầ u việ n 103 c u ng cấp, tế bào nà y khô ng p p z p v v p p v c z s e e l p v z p z p z @ m c p p c p z c p y c p p c v l z p e i v p z c p x i p z p x l v i p c p s v e p l z c l v z v p l v p l g c c o p g z p i v p p c e p i p p c l v v z e e p p h p s p p z s c m m v i z p c c p c v p e p v p @ m z z h 3 c x @ v g p e z h o l p h i v v @ p z z c p v z p p z v e c p c z c p z c 3 e p p g p c v g x p @ o l @ o p e p p c 3 z 3 p l v p s p l p c y p @ v c e c c l p p p p p x p 3 p 3 c p x p p c x l e s h y m p 3 y v l p z @ i i c x x p c v p p p i m v v p g p z h z z h e v y v l v v h c c h v p l c z z p v l v i y s p g v g v c i v e c m e x o x p v z p c c v p p p l z @ l p @ c p z p c p i p p p c v e p p z p x z p 3 @ l v v z z z c @ z i v c e c p c c c v v s gâ y hại gí cho ngườ i ngh iệm nê n t ro ng l uậ n vă n nà y n g khảo sá t khả nă n g bắ t giữ tế bào hồ ng cầ u củ a cá c v i n am châm N dFeB c m p z p c c @ v p c z c v z v p @ p c c z l h p p x v e p i c z y p x h p l i p p l m l g p c v z p o l v o e CHƯƠ NG CÁC PHƯƠ NG PHÁP THỰC NGHIỆ M l l l k 2.1 Ch uẩ n bị mà ng mỏ n g từ ng cấ u t rú c m i cro h p @ l p c l p c v p c h v e l z e Lớ p N dFeB đượ c lắ ng đọ n g t rê n đế S i bằ n g phươ ng pháp phú n xạ t r io de Nh iệ t độ củ a đế mà ng mỏ ng phú n xạ 450oC, s a u đượ c ủ 750oC t ro ng 10 phú t Để n gă n chặ n kh uế ch tá n xi hó a củ a lớp từ n g t a phủ mộ t lớp T a dà y 100 nm lê n mặ t lớp từ ng Mà n g mỏ n g có cấ u t rú c m i c ro đượ c tạo r a bằ ng phươ n g pháp hí nh thái họ c từ nh iệ t (hí nh 2.1) s l z v p v g @ p g s x l x p p é p m c e s o c z p p l p c y l p p y p c p c c h y e z p k i p c p v s p i l c @ y i p p p p z p p v v v v s s p p p o v s c l l l s p z c p x l z l p v x h x c s p y c p s s v p p v e z v h s e v p g c l v z x s e e l p p v e c y s v e x p Hì nh 2.1 Hì nh ả nh mà ng mỏ n g sử dụ ng ( a) phươ ng pháp hì nh thái họ c, ( b) phươ ng pháp từ nhiệ t p p s s v p p z l p c l p c l g p c x s p c s s p v z @ s p c v 2.2 Mô phỏ ng từ t rườ ng bề mặ t 2.2.1 Mơ hì nh lý th u yế t Từ t rườ n g đượ c tạo r a bở i mà n g mỏ n g từ cấ u t rú c m i c ro đượ c tì nh tố n bằ ng cá ch sử dụ n g mơ hí nh dị n g tươ n g đươ n g Am p er i a n [] Mơ hí nh nà y p dụ n g cho mà n g mỏ ng n am châm n ghiê n u đâ y cho lự c n g từ c ao kế t cấ u n goài mặ t phẳ n g mạ nh (sự từ hó a củ a mà ng đượ c co i khơ ng th a y đổ i, n g a y t rườ n g khử từ lớ n, mặ c dù khơ ng đề u) Độ bề n củ a từ hó a nà y cũ ng cho phép áp dụ n g cá c ng u yê n tắ c chồ n g chấ t cho hệ thố ng b ao gồm nh iề u yế u tố [13] Áp dụ ng đị nh l uậ t B io t – S av a r t  I  d l  R dB   (2.1) 4 R  Với R bá n kì nh vé c tơ từ đ iểm q u a n sá t tớ i phầ n tử dò ng I dl điệ n Đối vớ i t rườ ng hợ p củ a c uộ n so l e no i d g iố ng mộ t lă n g t rụ chữ nhậ t kì ch thướ c a × b × 2h, m iê u tả mộ t n am châm hí nh lă ng t rụ từ hó a dọ c theo t rụ c z B iể u thứ c dBx, dB y, dBz lấ y tì ch phâ n từ - a đế n a, - b đế n b –h đế n h G iá t rị cảm ứ n g từ đ iểm q u a n sá t bấ t kỳ P( x0, y0, z0) đượ c thể h iệ n bở i cá c cô ng thứ c s a u đâ y [23]: k s p k p c 3 c p c x p z v p h c m v h m l v e x l s c p p v z p p c p c p m o v h s z e e z x p o p c z e p k c z h v y v s i p p p m x o @ v p v é 3 p p c p l p p o e y v v 3 v p l c h v c m l g c p p x p p h 3 l c l c p x y g l c v v s z p p l o @ g c v v p s l p l p @ l x c c p e h c c p z p p p s o c p e v g l m p c l m p l p z v y e l p v p v @ c v x v p g o c p p v x m l c h p z v c @ x x c l v s g p c p p y h v z v x i x e v g y g z p z z v z v p l x z g c h p o p v e p i c s @ l i x h @ v v p z l h x p l v v z s p v g p c g y p é v y g p v p l v z p m z l z x h i v g h x l h p l y p v m v v @ l p x v y e p l s o z c z p l p p g v p x m c p l y p p p x c v @ v v e p c v p p y p e x @ v g i v p v p z p v e v o e p @ z z 3 v p e c m  B 0 ) x 4 I   ln(   2h         2        (2.2)   I   B 0 ) y 4 2        ln(        (2.3)  2h   1  2      0 I          Bz   arctan    4 2h     1      x v x (2.4) p Phầ n mềm M a c M M ems dự a theo nhữ ng sở lý th u yế t t rê n từ t rườ n g củ a mà n g mỏ ng từ để mô phỏ n g tì nh tố n từ t rườ ng bề mặ t củ a vậ t l iệ u từ N dF eB p l e x l g p l c l l k p c x v k k p e l l l g s x p v c e p i v p p c v p l v y v v e p h c m v @ v e l p v i v x v i v e y p z c h v e 2.2.2 Phươ n g pháp mô phỏ ng p v z v s o z v v e v e p p i p s c l z z c s p c p v h p x h s s c m o v @ x e p p v v e p p c z p v p v x p 3 3 p p c y z c v p e v i p 3 h p o l v o v h x v s p k y x z 3 k p x k h x i e p z l l p y p v c Để khảo sá t từ t rườ ng bề mặ t củ a vậ t l iệ u N dF eB, ng sử dụ n g phầ n mềm mô phỏ n g M a c M M ems T rướ c t iê n n g tô i sử dụ n g chươ n g t rí nh M a c Mm ems để th iế t kế mơ hí nh gồm nhiề u n am châm N dF eB kì ch thướ c m i cro sắ p xếp theo mộ t t rậ t tự nhấ t đị nh t ro ng khô n g g i a n b a ch iề u S a u nhập cá c g iá t rị b iế n cầ n thiế t v iế t phươ n g t rí nh để mô phỏ n g từ t rườ ng bề mặ t C uối cù ng n g tô i sử dụ n g chươ n g t rí nh C a l c u l a to r để x uấ t r a giá t rị từ t rườ ng hí nh ả nh từ t rườ n g củ a vậ t l iệ u é s p k l s Mô phỏ ng h iệ n tượ ng kho a họ c nh a nh chó n g t rở nh mộ t phầ n củ a việ c th iế t kế tố i u hó a q u y t rí nh t ro n g tấ t cá c lĩ nh vự c kỹ th uậ t M a c M M ems mô i t rườ ng cho phép bạ n thự c hiệ n cá c n ghiê n u kho a họ c l iê n q u a n đế n từ t rườ n g k l c v x o l l k s l p e z v v l c e z p z v v g i p k v e x o v y z @ k l k e v l v p c v e c v p p e p e y h y y v p l c z x p p v h z l p p c s e e p l c g x l v h p p o x z z h p v z c p x i l p s x e c p l p v v p z p v c l v i c e c i p x v z v v l c v l p v v p p e v s l v p p l e s @ l @ c e x c x p v c e p h g p p s v e p v p 3 z c p z i e l h c p c v l v l 3 @ v z c o h e z v p e z v c g g v v l l x p e c z p p c p h 2.3 Khảo sá t khả nă n g bắ t g iữ tế bào hồ n g cầ u l v o p p c @ v c z v @ p c h N ghiê n u b a n đầ u cấ u t rú c tì nh chấ t củ a cá c phâ n tử cho thấ y cá c phầ n tử s i nh họ c đề u có nh phầ n n ghị ch từ Ngh iê n u s i nh họ c cũ ng cho thấ y tì nh chấ t từ củ a cá c tế bào l iê n q u a n đế n h emog lo bi n e H emog lo bi n e nghị ch từ kh i t rạ n g thá i o x y hó a, th uậ n từ t ro ng t rạ n g thá i khử o x y Hồ n g cầ u, h a y hồ n g h u yế t cầ u ( có n ghĩ a tế bào má u đỏ), loạ i tế bào má u có c nă n g chì nh hơ hấp, ch u n chở h emog lo bi n, q u a đư a O2 từ phổ i đế n cá c mô T ro n g l uậ n vă n nà y ng mô tả việ c sử dụ ng cá c v i n am châm từ ng N dFeB để bẫ y cá c tế bào hồ ng cầ u l s p v v p v m m v p 3 p c p @ v p c c i @ y y l z v v @ i h h z z h l i p v e e p c y x p c l v c c e p z c z p @ z h e h p l y p v p v @ z p c 3 3 m v p c p l z p l o z s l e z s l 3 p @ x x p v v i z y v x v l y p p p v p p g v c p v h p e p x p l y v p p @ c h s i v l p x x l h v v e z p m c p 3 p p x h z p @ p x v m h h h p v e v s z v z h z l o p c p p e y p l g e y p c y h p v m p c m x p v c e c p c 3 h p l c m p @ i m p 3 h 2.3.1 Đặ c điểm củ a tế bào hồ n g cầ u é p z l x v @ p c h Dướ i kì nh h iể n v i q u a ng họ c, hồ n g cầ u đượ c thấ y có hí nh t rị n; nê n thời t rướ c ngườ i t a cho rằ ng cá c tế bào hí nh cầ u (hí nh cầ u nhí n dướ i mọ i gó c độ đề u thấ y t rò n) - đâ y ng uồ n gố c tê n gọ i "hồ ng cầ u" Dướ i kì nh h iể n v i điệ n tử, tế bào hồ n g cầ u có hí nh đĩ a lõm h mặ t vớ i đườ n g kì nh khoả ng 7.8 µm (1000.000µm = 1m), độ dà y 2.5 µm chỗ dà y nhấ t khơ n g q 1µm t r u ng tâm z v e v m p l p v c e c o z p p v p h z x p e m g p y p p p c p m i z c h h p x y l p y h m c v @ v x g v p l v c 2.3.2 Mơ hì nh lý th u yế t k x m p p z l p p z i v p c v c i p z o h v h c c p p p p h c p o h h z p m p o p p p v z z p i c e l h p v g p o l c v l e p l z p z p z c p v p v p z p v @ l h châm từ t rườ n g đề u g iảm tă n g khoả ng cá ch từ đầ u đo đế n bề mặ t n am châm Như n g c với mơ hí nh n am châm x uấ t h iệ n thêm củ a cá c đỉ nh cự c đạ i đỉ nh cự c t iể u, tứ c x uấ t hiệ n thêm cá c vù n g từ t rườ ng biế n th iê n l l y p p v c p v o e p 3 v c i z z h p h c l v z l o p y p z p h v x z v l p c o p p l v l y p c z l i p v x e l l p g p x l v z c p h z z o p l p z y e p x l z g v c p z v v v e h p p v e p p p l c @ p z @ x p l v z v p p x p l 3 l p z i p p c l h p x l p p 10 h Bzmax (T) Bzmin (T) 0.242 -0.045 0.193 -0.027 0.15 -0.012 0.089 0.0065 10 0.028 0.014 0.241 -0.046 0.192 -0.028 0.149 -0.013 0.088 0.0066 10 0.027 0.013 v c p p x l p @ x l v l x p l z p l l g 10 h p p l 10 10 Khoả ng cá ch từ đầ u đo đế n bề mặ t n am châm d (µm) p m l p g l h c l i h v dọ c theo đườ n g mà u đỏ mơ hì nh nam v l l p l y x l Bả ng 3.1 Giá t rị Bzmax, Bzmin khảo sá t châm n am châm Kí ch thướ c n am châm Số lượ n Ch iề u Ch iề u Ch iề u dài l rộ ng dà y g w h n am (µm) châm (µm) (µm) c l Mơ hì nh n am châm Mơ hí nh n am châm v ng có kì ch thướ c l 10ì10 m2, d y àm, kho ng cá ch g iữ a n am châm 10 µ m đượ c thể h iệ n t rê n hí nh 3.4 a, kế t q uả khảo sá t từ t rườ n g t rê n bề mặ t n am châm, với cảm ứ n g từ dư Br = T đượ c thể h iệ n t ro n g hí nh 3.4 b Cũ n g g iố ng cá c mơ hí nh n am châm, n am châm, từ t rườ n g khảo sá t th eo đườ n g mà u đe n ( từ t rườ ng t rê n bề mặ t n am châm) g iảm kh i t a tă ng khoả n g cá ch từ đầ u đo đế n bề mặ t n am châm đế n khoả n g cá ch d > 15 µm khơ n g cị n x uấ t h iệ n cá c vù n g từ t rườ ng biế n th iê n t rê n bề mặ t n am châm, lú c nà y từ t rườ n g giảm dầ n v c e p k p k p z x c v p l p e p v v x @ p o p v e c c 3 p p c c p l c z z x p h g p p 3 i i v p @ p c o z v e p z l p c v e e p p x c p c p v v v p l v 3 l v p i e c p l p p p h p p i l l c h z l l y p l v l l p h c l v c v p 3 l p l x l p e x p @ o v p x p v l e p p x i z v e x o l l p p m p p @ l l o z c v p x p l v z v l p e z v v p o l o o v c p l h 3 l v p p v l v x l l p p g e 3 z l g @ l @ v y c v e v p c o x v p g c c l l y p m ( a) x ( b) @ ( c) Hì nh 3.4 a) Mơ hì nh n am châm, b) hì nh ả nh từ t rườ ng mơ hì nh nam châm đượ c khảo sá t dọ c theo đườ n g mà u đe n khoả ng cá ch d c nh a u, c)hì nh ả nh từ t rườ n g củ a mơ hì nh n am châm đượ c khảo sá t dọ c th eo đườ n g mà u đỏ khoả n g cá ch d c nha u p x p v v k o l e p o p p c c v 3 g x p v e l g x l p p p o p p x l c x @ l p h l p e p p l v z p v v o e p p c o l c 3 v x g g l p o v e p p x p h p x l c l p l p h p v z h Hí nh 3.4 c kế t q uả khảo sá t từ t rườ ng dọ c th eo đườ ng mà u đỏ củ a mơ hí nh, đâ y chì nh hí nh ả nh từ t rườ n g vị t rì giữ a cá c n am châm Chú ng t a thấ y, khoả n g cá ch d < µm từ t rườ n g đạ t cự c đại tạ i vị t rì g iữ a n am châm, ng kh i khoả ng cá ch d > µm từ t rườ ng đạ t cự c t iể u vị t rì giữ a n am châm p p m p o o p z o y c o p 3 p y c p g v h v v l g o l e p v v l v c v v e z p v e v v i c v p p e e v c p p c z 3 g x v c 3 p z v v p v z e x z h p l i v p v z i c l h l e c v e p p z x c z p x c x v x l p x l p v x l v l p l m p c Mơ hì nh n am châm k p p x l l ( a) x ( b) @ ( c) Hì nh 3.5 a) Mơ hì nh nam châm, b) hì nh ả nh từ t rườ n g mơ hì nh nam châm đượ c khảo sá t dọ c theo đườ ng mà u đ e n khoả n g cá ch d c nha u, c)hì nh ả nh từ t rườ n g củ a mơ hì nh n am châm đượ c khảo sá t dọ c th eo đườ n g mà u đỏ khoả n g cá ch d c nha u p x p v v k o l e p o p p c c v 3 g x p v e l g x l p p o p p x l p c x l @ l p h p e p p l v v z p v o e p o p c l c x v g g l p o v e p p p x h p c x l 3 l p l h p p v z h Mô hì nh n am châm k p p x l l Kế t q uả khảo sá t từ t rườ ng bề mặ t củ a mô hí nh n am châm g iố ng với kế t q uả củ a cá c mơ hí nh t rê n Sự c b iệ t đâ y x uấ t h iệ n thêm củ a cá c vù n g từ t rườ ng biế n th iê n ví số lượ n g n am châm tă ng lê n v h i p c x v v h o e l l p v p c @ z p v v v v e z e p p p c o i l @ l y p v @ c z p x v x p l l m l p p y p v l p c x p y l h p v l z c p z v p l c i z x o v ( b) @ ( a) x ( c) Hì nh 3.6 a) Mơ hì nh nam châm, b) hì nh ả nh từ t rườ n g củ a mơ hì nh nam châm đượ c khảo sá t dọ c theo đườ ng mà u đ e n khoả n g cá ch d c nha u, c) hì nh ả nh từ t rườ ng củ a mơ hì nh n am châm đượ c khảo sá t dọ c th eo đườ ng mà u x a nh khoả n g cá ch d c nha u p x p v v k o l e p o p p c c v 3 g p x v e l g x l p p p x l p p o c x @ l l p h p e l p p v z p v v o p o e p c l c 3 v x g g l p o v e p p x p p h x l 3 c l p l h p p x p v z h Kh i khảo sá t dọ c th eo đườ n g mà u đe n ng t a cũ n g thấ y từ t rườ n g t rê n bề mặ t n am châm g iảm dầ n tă ng khoả ng cá ch từ đầ u đo đế n bề mặ t n am châm Đế n khoả ng cá ch d > 15 µm thí khơ ng cị n x uấ t h iệ n cá c vù n g từ t rườ ng b iế n th iê n nữ a, từ t rườ n g lú c nà y giảm dầ n khô n g Kế t q uả khảo sá t từ t rườ ng dọ c th eo đườ n g chéo mà u x a nh củ a mơ hí nh tươ n g tự n g t a khảo sá t th eo đườ ng mà u đ e n, ví đâ y đề u hí nh ả nh từ t rườ ng t rê n bề mặ t n am châm Hí nh 3.7 kế t q uả khảo sá t từ t rườ ng tạ i vị t rì g iữ a cá c n am châm, ng t a thấ y rằ ng kh i d > 15 µm khơ n g cò n tồ n tạ i cá c vù ng từ t rườ n g biế n thiê n nữ a Ví vậ y mà d < 15 µm cá c phầ n tử s i nh họ c bị bắ t g iữ tạ i vị t rì giữ a cá c n am châm, d > µm thí cá c phầ n tử s i nh z l v é p p p x v v c h l l 3 c p p i l o p 3 y s p v e p x e p o l z z p p l p v z v v z c l g v l @ p @ c 3 z v x p v z i p v e c p x p p p v v v x v l v e z c e m l p v e z o o z z g p e p o l z v p y c @ l p g v p p m v l @ p l v x c e l c p p i x p v o x p e e v c v l v x l p p v v @ c c x z m l v v z i p l p v p l z c o z @ p p h @ h p o e x p v l c v z p p e v c c c v h v p v c p c p p e v v p p x 3 o v z p c v c i c i v e e p p p p o p i h p l z l o p c c p v x y p p z c p v l m h p v v g p p v p v l p m c s l h v g c p g z l e v c e o l l p h l p p l l o p v x o c o v g g l họ c tập ch u ng nh iề u vị t rì giữ a n am châm Kế t q uả khảo sá t tươ n g tự n g t a t iếp tụ c tă n g số lượ n g n am châm l v p c s v x v h z p s c v p z v h p v c z l i v y e p c c z p x x p l x l l v h o l v v p c v o z l Hì nh 3.7 Hì nh ả nh từ t rườ n g mô hì nh n am châm đượ c khảo sá t dọ c th eo đườ n g mà u đỏ khoả n g cá ch d c nha u p p p p c l h p p v v z v e o p p c c 3 x l g p o p p x x l l p o l v g v e h 3.2 Khảo sá t ả nh hưở ng củ a kí ch thướ c n am châm lê n phâ n bố củ a từ t rườ ng bề mặ t Mô hí nh n am châm v ng có kỡ ch th c l 10ì10 m2, d y µm, khoả ng cá ch giữ a n am châm bằ ng vớ i kì ch thướ c n am châm, từ t rườ ng đượ c khảo sá t dọ c th eo đườ ng mà u đỏ củ a mơ hí nh kì ch thướ c n am châm th a y đổ i (hí nh 3.6 a) Kế t q uả khảo sá t từ t rườ ng dọ c th eo đườ n g mà u đỏ củ a mơ hí nh n am chõm cú kỡ ch th c 10ì10 àm2 đượ c thể h iệ n t rê n hí nh 3.7 Chú n g t a thấ y nă n g lượ n g từ t rườ ng vị t rì t r u ng tâm giữ a n am châm lớ n hơ n cá c vị t rì g iữ a n am châm khoả ng cá ch d < µm Tạ i vị t rì c ao hơ n d > µm nă ng lượ ng từ t rườ n g t r u n g tâm củ a n am châm t rở lê n nhỏ nhấ t l v v e p c v @ g z v y p l e v v h p c l l l @ h p p l c p l o i v v v c x z i v p x h v v e p h o p p c l v c g x l l v z c z z y p 3 o l v v v v e 3 l o p e l p e z x v c i g l p c l p x l e 3 o o v x c h v z l p v c x p v o v p e x p x c y p l s p @ x v p c p l k p i p z e o v p l v c p p l l p e x e x p p v p y v l h p p v x l x p x l x p l p v g y g p e p l p v x v x m p c v y c p c p l v e m z l p x v v z x c l p v i p o p 3 o p c p l c l p l m p p v e x c l p c ( a) ( b) ( c) ( d) @ x g Hì nh 3.8 a) hì nh ả nh từ t rườ ng củ a mơ hì nh n am châm, kí ch thướ c 20ì20 àm2 c kho sỏ t d c theo đườ n g mà u đỏ khoả n g cá ch d c nha u, b) kí ch th c 30ì30 àm2, c) kớ ch th c 50ì50 àm2, d) kớ ch th c 100ì100 àm2 p x p p o l v l p g 3 o v v v e e p p v p c c x l l h p p v l z g o p o p x l c 3 v l o g o v 3 p x h l @ o v l Vớ i cá c n am châm có kì ch thướ c 20ì20 àm2 (hớ nh 3.8 a) chỳ ng t a thấ y cườ n g độ từ t rườ ng tạ i vị t rì t r u ng tâm giữ a n am châm lớ n hơ n cá c vị t rì x u ng q u a nh tạ i khoả ng cá ch d < µm Tạ i vị t rì c ao hơ n d >6 µm từ t rườ n g t r u ng tâ m củ a n am châm lạ i t rở lê n nhỏ nhấ t Đối vớ i n am châm cú kỡ ch th c 30ì30 àm2 (hớ nh 3.8 b) cườ n g độ từ t rườ ng tạ i vị t rì t r u ng tâm giữ a n am châm lớ n hơ n cá c vị t rì x u ng q u a nh tạ i khoả ng cá ch d < 10 µm Tạ i vị t rì c ao hơ n d > 10 µm từ t rườ n g t r u ng tâm củ a n am châm lạ i t rở lê n nhỏ nhấ t Kh i vị t rì q uá x a bề mặ t n am châm d >50 µm thí từ t rườ n g giảm z p h x c p p p z x v 3 v i z e p p c v c z l v e c y z l v l z v p i i e v e v e p l c z h p p c v p o p v e v l i v z v x p e x l x x p 3 l x p z c p l y y g p p l c v p v v x e v p i c v v e v e h p p m h c p c v l v x l l z p x i v l y z p o g l 3 z l y p x l c y z h c l i l p p v x e g l e v l e p o é z v v x v i l y y p p g v l e h p p x 3 v @ v l @ i v e e p v p p h c x p v l e p c c h h p l x c v g p p v v l v z e p o p x p l c v c x l v