Nghiên cứu từ trường bề mặt của vật liệu từ cứng cấu trúc micro-nano : Luận văn ThS. Vật liệu và linh kiện nano

i ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN THỊ KIỀU LINH NGHIÊN CỨU TỪ TRƯỜNG BỀ MẶT CỦA VẬT LIỆU TỪ CỨNG CẤU TRÚC MICRO - NANO LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LIỆU VÀ LINH KIỆN NANÔ Hà Nội – 2012 ii ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN THỊ KIỀU LINH NGHIÊN CỨU TỪ TRƯỜNG BỀ MẶT CỦA VẬT LIỆU TỪ CỨNG CẤU TRÚC MICRO - NANO Chuyên ngành: Vật liệu linh kiện Nanô Mã số: Chuyên ngành đào tạo thí điểm LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LIỆU VÀ LINH KIỆN NANÔ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS PHẠM ĐỨC THẮNG Hà Nội – 2012 iii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn PGS TS Phạm Đức Thắng, thầy người tận tình hướng dẫn giúp đỡ em suốt trình em thực luận văn Em xin cảm ơn ThS Lê Việt Cường, anh nhiệt tình hướng dẫn em trình làm thực nghiệm thực mơ ph ng tính tốn Em xin cảm ơn TS i Nguy n Quốc Trình c nh ng lời khuyên qu áu Đồng thời, em xin cảm ơn thầy giáo, cô giáo khoa Vật l k thuật Công nghệ nano, Trường đại học Công nghệ Đại học Quốc gia Hà Nội viện Khoa học vật liệu Viện KH CN Việt Nam dạy dỗ, ảo truyền đạt kiến thức cho em suốt trình học tập, rèn luyện trường, trình thực luận văn Luận văn đư c hoàn thành với hỗ tr phần t đề tài QG.10.41 c a ĐHQGHN 103.02.87.09 c a Qu PT KH CNQG Lời cảm ơn sâu sắc xin gửi tới gia đình, nh ng người ln động viên, khuyến khích hỗ tr vơ điều kiện cho kh khăn Xin cảm ơn tất ạn è nh ng người thân tạo điều kiện, động viên giúp đỡ suốt trình học tập Học viên Nguyễn Thị Kiều Linh iv LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn cơng trình nghiên cứu tơi thực hướng dẫn khoa học c a PGS.TS Phạm Đức Thắng Các kết trình ày luận văn trung thực, chưa đư c công ố cơng trình nghiên cứu khác Tơi xin chịu hồn toàn trách nhiệm lời cam đoan Học viên Nguyễn Thị Kiều Linh v MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 T trường đại lư ng đặc trưng cho t trường 1.1.1 T trường 1.1.2 Các đại lư ng đặc trưng cho t trường 1.2 Hiện tư ng t tr 1.3 Dị hướng t 1.3.1 Dị hướng t tinh thể 1.3.2 Dị hướng ứng suất 1.3.3 Dị hướng hình dạng 1.4 Cấu trúc t 10 1.5 Vật liệu t cứng 13 1.5.1 Các đặc trưng c a vật liệu t cứng 14 1.5.2 Ứng dụng c a vật liệu t cứng 15 CHƯƠNG CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 18 2.1 Chuẩn ị màng m ng t cứng cấu trúc micro 18 2.2 Mô ph ng t trường ề mặt 18 2.2.1 Mơ hình l thuyết 18 2.2.2 Phương pháp mô ph ng 19 2.3 Khảo sát khả gi tế hồng cầu 21 2.3.1 Đặc điểm c a tế hồng cầu 21 2.3.2 Mơ hình l thuyết 22 2.3.3 Khảo sát khả gi tế hồng cầu 23 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 25 3.1 Ảnh hưởng c a số lư ng nam châm lên phân ố c a t trường ề mặt 25 3.2 Khảo sát ảnh hưởng c a kích thước nam châm lên phân ố c a t trường ề mặt 33 vi 3.3 Khảo sát ảnh hưởng c a chiều dày nam châm lên phân ố c a t trường ề mặt 36 3.4 Khảo sát ảnh hưởng c a khoảng cách gi a nam châm lên phân ố c a t trường ề mặt 39 3.5 Quan sát hình ảnh tế hồng cầu ị gi 43 KẾT LUẬN 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO 46 vii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1 a) Từ trường nam châm hình trụ, b) Từ trường hạt điện tích chuyển động Hình 1.2 Chuyển động quĩ đạo chuyển động spin điện tử Hình 1.3 Hình ảnh từ trường dòng điện thẳng Hình 1.4 Hình ảnh từ trường dòng điện tròn Hình 1.5 Hình ảnh từ trường cuộn solenoid Hình 1.6 Cách xác định véc tơ cảm ứng từ Hình 1.7 Trường khử từ Hd mẫu bị từ hóa Hình 1.8 Đường cong từ trễ M(H) vật liệu sắt từ với lực kháng từ HC độ từ dư Mr, từ độ bão hòa MS Hình 1.9 Ví dụ dị hướng từ tinh thể tinh thể ôxit sắt Fe3O4 Hình 1.10 a) Mơmen từ (M) vật liệu thay đổi ảnh hưởng ứng suất, b) vật liệu thay đổi hình dạng ảnh hưởng từ trường (H) Hình 1.11 a) Từ độ bên tinh thể sắt từ, b) Các đường sức cảm ứng từ vật liệu, c) Trường khử từ phía bên vật liệu ngược với chiều từ độ, d) Các cực từ tinh thể hình cầu, e) Cực từ tinh thể elip tròn xoay với từ độ song song với trục dài, f) Chiều trường khử từ phương từ độ tạo với trục a tinh thể elipsoit góc θ Hình 1.12 Sự xếp spin cấu trúc từ 10 Hình 1.13 Cấu trúc GMR 11 Hình 1.14 Cấu trúc TMR 11 Hình 1.15 Cấu trúc Spin – van 12 Hình 1.16 Ma trận nhớ MRAM 12 Hình 1.17 Sơ đồ biochip sử dụng công nghệ spin điện tử, bao gồm dãy chuyển đổi tín hiệu sử dụng cơng nghệ spin điện tử, dãy đầu dò phân tử sinh học cố định bề mặt cảm biến (trong trường hợp phân tử DNA đơn), dung dịch chứa phân tử cần dò (các chuỗi DNA) hạt từ liên kết với bề mặt cảm biến thơng qua việc lai hóa 13 Hình 1.18 Tổ hợp nam châm từ 13 Hình 1.19 Sự phát triển vật liệu từ cứng xét phương diện thể tích 14 viii Hình 1.20 Đường cong từ trễ đặc trưng vật liệu từ cứng 15 Hình 2.1 Hình ảnh màng mỏng sử dụng (a) phương pháp hình thái học, (b) phương pháp từ nhiệt 18 Hình 2.2 Hình ảnh chương trình MacMMems 20 Hình 2.3 Hình ảnh chương trình Calculator 20 Hình 2.4 Hình ảnh tế bào hồng cầu 22 Hình 2.5 Ống nghiệm chứa tế bào hồng cầu 24 Hình 3.1 a) Mơ hình nam châm, b) hình ảnh từ trường bề mặt nam châm khảo sát dọc theo đường màu đen, c) hình ảnh từ trường bề mặt nam châm khảo sát dọc theo đường màu đỏ 25 Hình 3.2 a) Mơ hình nam châm, b) hình ảnh từ trường mơ hình nam châm khảo sát dọc theo đường màu đỏ khoảng cách d khác 27 Hình 3.3 a) Mơ hình nam châm, b) hình ảnh từ trường mơ hình nam châm khảo sát dọc theo đường màu đỏ khoảng cách d khác 28 Hình 3.4 a) Mơ hình nam châm, b) hình ảnh từ trường mơ hình nam châm khảo sát dọc theo đường màu đen khoảng cách d khác nhau, c)hình ảnh từ trường mơ hình nam châm khảo sát dọc theo đường màu đỏ khoảng cách d khác 30 Hình 3.5 a) Mơ hình nam châm, b) hình ảnh từ trường mơ hình nam châm khảo sát dọc theo đường màu đen khoảng cách d khác nhau, c)hình ảnh từ trường mơ hình nam châm khảo sát dọc theo đường màu đỏ khoảng cách d khác 31 Hình 3.6 a) Mơ hình nam châm, b) hình ảnh từ trường mơ hình nam châm khảo sát dọc theo đường màu đen khoảng cách d khác nhau, c) hình ảnh từ trường mơ hình nam châm khảo sát dọc theo đường màu xanh khoảng cách d khác 32 Hình 3.7 Hình ảnh từ trường mơ hình nam châm khảo sát dọc theo đường màu đỏ khoảng cách d khác 33 Hình 3.8 a) hình ảnh từ trường mơ hình nam chõm, kớch thc 20ì20 àm2 c kho sỏt dọc theo đường màu đỏ khoảng cách d khác nhau, b) kớch thc 30ì30 àm2, c) kớch thc 50ì50 µm2, d) kích thước 100×100 µm2 34 ix Hình 3.9 a) hình ảnh từ trường mơ hình nam chõm kớch thc 10ì10 àm2, chiu dy h = µm khảo sát dọc theo đường màu đỏ khoảng cách d khác nhau, b) h = 10 µm, c) h = 15 µm 37 Hình 3.10 a) hình ảnh từ trường mơ hình nam châm kích thước 50ì50 àm2, chiu dy h = 10 àm c kho sát dọc theo đường màu đỏ khoảng cách d khác nhau, b) chiều dày h = 30 µm, c) chiều dày h = 50 µm 38 Hình 3.11 a) Mơ hình nam châm có kích thc 10ì10 àm2,khong cỏch gia cỏc nam chõm l g = 1µm, b) hình ảnh từ trường mơ hình nam châm khảo sát dọc theo đường màu đen khoảng cách d khác nhau, c)hình ảnh từ trường mơ hình nam châm khảo sát dọc theo đường màu đỏ khoảng cách d khác 40 Hình 3.12 a) Mơ hình nam chõm cú kớch thc 10ì10 àm2,khong cỏch gia cỏc nam châm g = 5µm, b) hình ảnh từ trường mơ hình nam châm khảo sát dọc theo đường màu đen khoảng cách d khác nhau, c)hình ảnh từ trường mơ hình nam châm khảo sát dọc theo đường màu đỏ khoảng cách d khác 41 Hình 3.13 a) Mơ hỡnh nam chõm cú kớch thc 10ì10 àm2,khong cỏch nam châm g = 15µm, b) hình ảnh từ trường mơ hình nam châm khảo sát dọc theo đường màu đen khoảng cách d khác nhau, c)hình ảnh từ trường mơ hình nam châm khảo sát dọc theo đường màu đỏ khoảng cách d khác 42 Hình 3.14 Sự phân bố tế bào hồng cầu mảng vi nam châm 44 MỞ ĐẦU T tính thuộc tính c a vật liệu Nhìn chung chất, trạng thái, d hay nhiều iểu tính chất t Vật liệu c thể c tính chất sắt t mạnh nam châm t cứng đất - kim loại chuyển tiếp, c thể c tính nghịch t yếu phân tử sinh học Việc nghiên cứu tính chất t c a vật liệu ằng phương pháp mô ph ng thu hút quan tâm c a nhà nghiên cứu phương pháp đơn giản, cho kết nhanh xác, qua đ c thể cho phép tiết kiệm mặt thời gian thao tác chi phí thực trình nghiên cứu Các vật liệu t c nhiều ứng dụng quan trọng khoa học k thuật sống Một hiệu ứng đư c quan tâm nghiên cứu đ khả gi phần tử kích thước nh c tính nghịch t nhờ phân ố c a t trường không đồng ề mặt c a cấu trúc sắt t ằng việc sử dụng cấu trúc t c kích thước ph h p, c thể lưu gi đư c phần tử sinh học mà không cần sử dụng đến trình chức h a ề mặt vật liệu d ng để gi phần tử sinh học cần nghiên cứu Luận văn đư c thực với mục đích khảo sát phân ố c a t trường ề mặt nam châm t cứng NdFe c cấu trúc micro-nano ằng cách sử dụng phần mềm mô ph ng Ảnh hưởng c a thông số số lư ng nam châm, kích thước nam châm, chiều dày nam châm khoảng cách gi a nam châm đư c nghiên cứu cách hệ thống Bên cạnh đ luận văn thử nghiệm việc gi phần tử sinh học ằng cách sử dụng vi nam châm NdFeB Trong luận văn phần tử sinh học ị gi tế hồng cầu 34 lư ng t trường trung tâm c a nam châm trở lên nh Khi vị trí xa ề mặt nam châm d >15 µm t trường giảm dần Vậy khoảng cách d < 15 µm phần tử sinh học ị gi vị trí gi a nam châm tập trung nhiều vị trí gi a nam châm d >3 µm Khi tăng kích thước c a nam châm khoảng cách phần tử sinh học tập trung vị trí gi a nam châm, xột cỏc nam chõm c kớch thc 20ì20 àm2, 30ì30 µm2, 50×50 µm2, 100×100 µm2 để iết câu trả lời (a) (b) (c) (d) Hình 3.8 a) hình ảnh từ trường mơ hình nam châm, kích thước 20×20 µm2 khảo sát dọc theo đường màu đỏ khong cỏch d khỏc nhau, b) kớch thc 30ì30 àm2, c) kớch thc 50ì50 àm2, d) kớch thc 100ì100 àm2.(d khoảng cách từ đầu đo đến bề mặt nam châm) 35 Với nam châm c kích thước 20ì20 àm2 (hỡnh 3.8a) chỳng ta c th thy ti khoảng cách d = µm khoảng cách gi a đỉnh cực đại đỉnh cực tiểu ngắn, khoảng cách d < µm cường độ t trường vị trí trung tâm gi a nam châm lớn vị trí xung quanh Tại vị trí cao d >6 µm t trường trung tâm c a nam châm lại trở lên nh Khi vị trí xa ề mặt nam châm d >30 µm t trường giảm Vậy khoảng cách d < 30 µm phần tử sinh học ị gi vị trí gi a nam châm tập trung nhiều vị trí gi a nam châm d >6 µm Đối với nam châm c kích thước 30ì30 àm2 (hỡnh 3.8b) cng t trng ti v trí trung tâm gi a nam châm lớn vị trí xung quanh khoảng cách d < 10 µm Tại vị trí cao d > 10 µm t trường trung tâm c a nam châm lại trở lên nh Khi vị trí q xa ề mặt nam châm d >50 µm t trường giảm Vậy nam chõm c kớch thc 30ì30 àm2 thỡ ti khong cách d < 50 µm phần tử sinh học ị gi vị trí gi a nam châm tập trung nhiều vị trí gi a nam châm d > 10 µm Khi kớch thc nam chõm l 50ì50 àm2 (hỡnh 3.8c), nng lư ng t trường vị trí trung tâm gi a nam châm lớn vị trí xung quanh khoảng cách d < 20 µm Tại vị trí cao d > 20 µm t trường trung tâm c a nam châm lại trở lên nh Khi vị trí xa ề mặt nam châm d > 80 µm t trường giảm Vậy nam châm c kớch thc 50ì50 àm2 thỡ ti khong cỏch d < 80 µm phần tử sinh học ị gi vị trí gi a nam châm tập trung nhiều vị trí gi a nam châm d > 20 µm Đối với nam châm c kớch thc 100ì100 àm2 (hỡnh 3.8d) nng l ng t trường vị trí trung tâm gi a nam châm lớn vị trí xung quanh khoảng cách d < 40 µm Tại vị trí cao d > 40 µm t trường trung tâm c a nam châm lại trở lên nh Khi vị trí xa ề mặt nam châm d >170 µm t trường giảm Vậy nam châm c kích thước 100×100 µm2 khoảng cách d < 170 µm phần tử sinh học ị gi vị trí gi a nam châm tập trung nhiều vị trí gi a nam châm d > 50 µm Vậy tăng kích thước c a nam châm vị trí mà phần tử sinh học tập trung gi a nam châm xa ề mặt nam châm Vì mơ hình nam châm khảo sát khoảng cách gi a nam châm ằng với kích thước nam châm, tăng kích thước nam châm khoảng cách gi a nam châm tăng nên vị trí mà h p lực gi a đường sức t đ lớn để lư ng t trường vị trí gi a nam châm cực tiểu xa ề mặt nam châm Với kích thước c a nam châm ta c thể sử dụng để gi phần tử sinh học 36 c kích thước khác nhau, chẳng hạn kích thước nam châm lớn c thể sử dụng để gi phần tử sinh học c kích thước lớn nam nam châm c kích thước nh Nhưng điều cịn t y thuộc vào hình dạng khối lư ng riêng c a phần tử sinh học Với phần tử sinh học c kích thước nh hồng cầu việc sử dụng nam chõm c kớch thc 10ì10 àm2 lm y t c thể ph h p 3.3 Khảo sát ảnh hưởng chiều dày nam châm lên phân bố từ trường bề mặt Kết khảo sát t trường dọc theo đường màu đ c a mô hỡnh nam chõm c kớch thc 10ì10 àm2 độ dày nam châm h = µm đư c thể hình 3.7 Khi độ dày c a nam châm µm khoảng cách d > µm lư ng t trường khoảng cách gi a nam châm cực tiểu, phần tử sinh học tập trung vị trí gi a nam châm khoảng cách d > µm Hình 3.9 kết khảo sát t trường dọc theo đường màu đ c a mụ hỡnh nam chõm cú kớch thc 10ì10 àm2 độ dày nam châm đư c tăng lên µm (hình 3.9a), 10 µm (hình 3.9b), 15 µm (hình 3.9c) Chúng ta c thể thấy chiều dày c a nam châm µm khoảng cách d > µm lư ng t trường đạt cực tiểu vị trí gi a nam châm, tức khoảng cách d > µm phần tử sinh học tập trung vị trí gi a nam châm Khi độ dày c a nam châm tăng lên 10 µm lư ng t trường vị trí gi a nam châm đạt cực tiểu khoảng cách d = µm, độ dày c a nam châm tăng lên 15 µm t trường vị trí gi a nam châm đạt cực tiểu khoảng cách d = µm Vậy tăng độ dày c a nam châm ta thấy khoảng cách mà t trường đạt cực tiểu vị trí gi a nam châm gần ề mặt nam châm Nghĩa tăng chiều dày c a nam châm phần tử sinh học tập trung ch yếu vị trí gi a nam châm chúng sát ề mặt nam châm Điều ph h p với phân ố c a đường sức t c a nam châm, chiều dày c a nam châm tăng cường độ t trường tăng, đường sức t tồn xung quanh nam châm nh ng khoảng cách xa Đường sức t vị trí gi a nam châm c chiều hướng xuống dưới, h p lực c a đường sức t tạo ởi nam châm, mà tăng chiều dày c a nam châm khoảng cách mà t trường đạt cực tiểu vị trí gi a nam châm gần ề mặt nam châm Như vậy, với chiều dày khác c a nam châm ta c thể sử dụng để gi phần tử sinh học c kích thước khác 37 (a) (b) (c) Hình 3.9 a) hình ảnh từ trường mơ hình nam chõm kớch thc 10ì10 àm2, chiu dy h = µm khảo sát dọc theo đường màu đỏ khoảng cách d khác nhau, b) h = 10 µm, c) h = 15 µm 38 (a) (b) (c) Hình 3.10 a) hình ảnh từ trường mụ hỡnh nam chõm kớch thc 50ì50 àm2, chiu dày h = 10 µm khảo sát dọc theo đường màu đỏ khoảng cách từ đầu đo đến bề mặt nam châm d khác nhau, b) chiều dày h = 30 µm, c) chiều dày h = 50 µm 39 Tương tự mơ hình nam chõm vuụng c kớch thc l 50ì50 àm Khi tăng chiều dày c a nam châm t trường ề mặt nam châm tăng, v ng lư ng t trường đạt cực tiểu vị trí gi a nam châm gần ề mặt nam châm chiều dày tăng Khi chiều dày nam châm µm khoảng cách d > 20 µm lư ng t trường đạt cực tiểu vị trí gi a nam châm hình 3.8c , chiều dày ằng 10 µm với d > 15 µm lư ng t trường đạt cực tiểu vị trí gi a nam châm hình 3.10a Khi chiều dày ằng 30 µm 50 µm t trường đạt cực tiểu vị trí gi a nam châm d > 10 µm d > 5µm (hình 3.10b, hình 3.10c) 3.4 Khảo sát ảnh hưởng khoảng cách nam châm lên phân bố từ trường bề mặt Hình 3.11a mơ hình nam châm c kớch thc 10ì10 àm2, chiu dy c a nam châm h = µm, khoảng cách gi a nam châm g = µm Kết khảo sát t trường dọc theo đường màu đen đường màu đ với r = T đư c thể hình 3.11b 3.11c Trong hình 3.12 c thể thấy khoảng cách d > µm ề mặt nam châm khơng tồn v ng t trường iến thiên Trong hình 3.11c ta thấy với d < µm t trường vị trí gi a nam châm đạt cực tiểu, phần tử sinh học ị gi tập trung vị trí gi a nam châm khoảng cách d < µm Khi khoảng cách gi a nam châm nh việc gi phần tử sinh học trở lên kh khăn v ng t trường iến thiên tồn khoảng ngắn ề mặt nam châm Chúng ta c thể thấy hình 3.11 , hình ảnh t trường khoảng cách d = µm khác so với hình khác, khoảng cách giá trị zmax gi a nam châm mà lại mép c a nam châm giá trị zmax c a nam châm gi a nh hẳn nam châm ên cạnh Vì mơ hình khoảng cách gi a nam châm nh nên nam châm chịu ảnh hưởng nhiều c a nam châm quanh n Chúng ta c thể thấy là, ề mặt nam châm đường sức t sát ề mặt nam châm c chiều hướng lên trên, khoảng cách gi a nam châm gần xuất nhiều đường sức t ngư c chiều nam châm cạnh n tạo ra, làm giảm t trường c a nam châm Nam châm gi a chịu nhiều ảnh hưởng c a nam châm ên cạnh lên t trường c a nam châm nh Hai nam châm ngồi c ng chịu ảnh hưởng c a nam châm ên cạnh lên t trường lớn hơn, mép c a nam châm chịu ảnh hưởng lên t trường đạt cực đại mép c a nam châm c ng 40 Tương tự hình 3.11c, vị trí d = µm, t trường đạt cực đại mép gi a nam châm c ng, t trường gi a nam châm gi a nh t trường gi a nam châm c ng Các đường sức t vị trí gi a nam châm c chiều hướng xuống dưới, khoảng cách gi a nam châm gần nên c nhiều đường sức t c ng chiều nam châm ên cạnh tạo Tại khoảng cách gi a nam châm gi a c nhiều đường sức t c ng chiều nên t trường vị trí nh t trường gi a nam châm ngồi c ng Vị trí gi a nam châm ngồi c ng chịu ảnh hưởng nên t trường lớn hơn, mép gi a nam châm c ng chịu ảnh hưởng nên t trường lớn (a) (b) (c) Hình 3.11 a) Mơ hình nam châm cú kớch thc 10ì10 àm2,khong cỏch gia cỏc nam chõm g = 1µm, b) hình ảnh từ trường mơ hình nam châm khảo sát dọc theo đường màu đen khoảng cách d khác nhau, c)hình ảnh từ trường mơ hình nam châm khảo sát dọc theo đường màu đỏ khoảng cách d khác 41 Với mơ hình nam chõm c kớch thc 10ì10 àm2, chiu dy c a nam châm µm, khoảng cách gi a nam châm µm (hình 3.12a) Khi khảo sát theo đường màu đen (hình 3.12 ta thấy khoảng cách d > 15 µm ề mặt nam châm khơng cịn tồn v ng t trường iến thiên Hình 3.12c cho thấy d < 12 µm t trường vị trí gi a nam châm đạt cực tiểu, phần tử sinh học ị gi tập trung vị trí gi a nam châm khoảng cách d < 12 µm Vậy khoảng cách gi a nam châm nh t trường vị trí gi a nam châm đạt cực tiểu khoảng cách gần ề mặt nam châm (a) (b) (c) Hình 3.12 a) Mơ hình nam chõm cú kớch thc 10ì10 àm2,khong cỏch gia cỏc nam châm g = 5µm, b) hình ảnh từ trường mơ hình nam châm khảo sát dọc theo đường màu đen khoảng cách d khác nhau, c)hình ảnh từ trường mơ hình nam châm khảo sát dọc theo đường màu đỏ khoảng cách d khác 42 (a) (b) (c) Hình 3.13 a) Mơ hình nam châm có kích thước 10ì10 àm2,khong cỏch gia cỏc nam chõm l g = 15µm, b) hình ảnh từ trường mơ hình nam châm khảo sát dọc theo đường màu đen khoảng cách d khác nhau, c)hình ảnh từ trường mơ hình nam châm khảo sát dọc theo đường màu đỏ khoảng cách d khác Mụ hỡnh nam chõm c kớch thc 10ì10 àm2, chiều dày c a nam châm µm, khoảng cách gi a nam châm 10 µm đư c thể hình 3.6a Kết khảo sát t trường dọc theo đường màu đen đư c thể hình 3.6 kết khảo sát theo đường màu đ đư c thể hình 3.7 Chúng ta thấy khoảng cách d > µm t trường đạt cực tiểu vị trí gi a nam châm Khi khoảng cách gi a nam châm tăng lên 15 µm khoảng cách d > µm t trường đạt cực tiểu vị trí gi a nam châm Vậy khoảng 43 cách gi a nam châm xa vị trí mà t trường gi a nam châm đạt cực tiểu xa ề mặt nam châm, khoảng cách gi a nam châm tăng nam châm chịu ảnh hưởng c a t trường nam châm khác tạo Trên hình 3.13 ta thấy khoảng cách d = µm đỉnh cực tiểu khơng nhọn mà cong lên gi a, khoảng cách gi a nam châm lúc xa nên nam châm chịu ảnh hưởng c a nam châm xung quanh Tại khoảng cách gần ề mặt nam châm, ề mặt nam châm đường sức t c hướng lên trên, vị trí gi a nam châm t trường đầu hướng xuống dưới, lúc gần mép nam châm c iến thiên c a t trường, khoảng cách gi a nam châm xa nên gi a nam châm iến thiên t trường nên c tư ng đỉnh cực tiểu ị cong lên gi a Như vậy, với khoảng cách gi a nam châm khác c thể gi đư c phần tử sinh học khác nhau, khoảng cách gi a nam châm gần xa khả gi phần tử sinh học không cao ằng khoảng cách gi a nam châm ằng với kích thước nam châm Với tế hồng cầu c đường kính khoảng 7,8 µm việc gi tế kh khoảng cách gi a nam châm µm hay µm Vì lúc khoảng cách gi a nam châm nh so với kích thước c a tế hồng cầu.Vậy để gi tế hồng cầu việc sử dng cỏc nam chõm c kớch thc 10ì10 àm2 v khoảng cách gi a nam châm ằng 10 µm c thể thích h p 3.5 Quan sát hình ảnh tế bào hồng cầu bị bắt giữ Sau nh tế hồng cầu lên ề mặt c a vi nam châm, thấy hồng cầu phân ố đồng ổn định vị trí c lư ng t trường thấp, đ khoảng cách gi a vi nam châm [25] Đặc iệt vị trí gi a nam châm, c thể thấy số lư ng hồng cầu tập trung nhiều (hình 3.14) Điều ph h p với vị trí lư ng cực tiểu vị trí gi a nam châm d > 10 µm (hình 3.10b) Trong thí nghiệm chúng tơi khơng xác định đư c chiều cao xác nơi mà tế hồng cầu đư c nâng lên, nh ng kết cho thấy tế hồng cầu đư c nâng lên vị trí đ ề mặt nam châm Thực vậy, kính hiển vi quan sát cho thấy ề mặt nam châm hồng cầu không c ng nằm mặt phẳng, khoảng cách mà hồng cầu đư c nâng lên không đư c xác định Hồng cầu c kích thước nh so với kích thước c a nam châm khoảng cách gi a nam châm, thí nghiệm chưa iết đư c độ cảm t c a tế hồng cầu đư c sử dụng Chúng ta c thể mong đ i kết tốt sử dng cỏc 44 nam chõm cú kớch thc 10ì10 àm2 Và iết đư c độ cảm t c a tế hồng cầu, c thể dựa vào mơ hình l thuyết để tính tốn vị trí mà tế hồng cầu đư c nâng lên Hình 3.14 Sự phân bố tế bào hồng cầu mảng vi nam châm 45 KẾT LUẬN Trong luận văn khảo sát đư c phân ố c a t trường ề mặt c a nam châm t cứng NdFe c cấu trúc micro-nano sử dụng phần mềm mô ph ng Ảnh hưởng c a thông số số lư ng nam châm, kích thước nam châm, chiều dày nam châm, khoảng cách gi a nam châm đư c nghiên cứu cách hệ thống  Khi số lư ng nam châm tăng c thêm v ng t trường iến thiên, giá trị t trường cực đại giá trị t trường cực tiểu giảm  Khi tăng kích thước nam châm vị trí mà phần tử sinh học tập trung gi a nam châm xa ề mặt nam châm Khi kích thước nam châm thay đổi ta c ẫy t với kích thước khác nhau, với kích thước c a nam châm ta c thể sử dụng để gi phần tử sinh học c kích thước khác  Khi tăng độ dày c a nam châm vị trí để phần tử sinh học tập trung gi a nam châm gần ề mặt nam châm  Khi khoảng cách gi a nam châm tăng vị trí mà phần tử sinh học tập trung gi a nam châm xa ề mặt nam châm  Luận văn nghiên cứu khả sử dụng cấu trúc t để lưu gi chất nghịch t thử nghiệm việc lưu gi với tế hồng cầu Kính hiển vi quan sát cho thấy tế hồng cầu phân ố đồng ổn định vị trí c lư ng t trường thấp, đ khoảng cách gi a vi nam châm Đặc iệt vị trí gi a nam châm, số lư ng hồng cầu tập trung nhiều 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Vũ Đình Cự (1996), Từ học, NXB khoa học k thuật Lê Việt Cường (2011), Nghiên cứu chế tạo bẫy từ cấu trúc micro, nano định hướng ứng dụng y sinh hoc, Đề cương nghiên cứu sinh, Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội Nguy n H u Đức (2008), Vật liệu từ cấu trúc Nanô điện tử học spin, NX Đại học Quốc Gia Hà Nội Ngô Xuân Lộc (2010), Nghiên cứu ảnh hưởng độ dày lên tính chất màng mỏng từ tính, Khóa luận tốt nghiệp đại học, Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội Nguy n Phú Thùy (2003), Vật lý tượng từ, NX Đại học Quốc Gia Hà Nội Vi.wikipedia.org/wiki/Hồng_cầu Vi.wikipedia.org/wiki/Dị_hướng_t _tinh_thể Vi.wikipedia.org/wiki/T _tr Vi.wikipedia.org/wiki/Vật_liệu_t _cứng Tiếng Anh 10 M Baibich, J.M Broto, A Fert, F.N.V Dau, F Petroff, P Etienne, G Creuzet, A Friederch, and J Chazelas (1988), Phys Rev Lett 61, 2472 11 G Bisnasch, P Grünberg, F Saurenbach, and W Zin (1989), Phys Rev B 39, 4828 12.Francois Buret, Naoufel Haddour, Julie Laforet-Ast, Laurent Nicolas, Ronan Perrussel, Damien Voyer, Noël Burais, Marie Frénéa-Robin, Riccardo Scorretti, Nicolas Siauve (2011), “Electromagnetic characterization of biological cells”, Rev Bras Eng Biom., v 27, Supl 1, p 61-68 13.Sergey Chigirinsky, Mikhail Kustov, Nora Dempsey, Cheikh Ndao, Postislav Grechishkin 2009 , “Calculations and measuremrnts of the magnetic field of patterned permanent magnetic films for lab-on-chip applications”, Rev.Adv.Mater.Sci 47 14.B Dieny, V S Speriosu, S Metin, S S P Parkin, B A Gurney, P Baumgart, and D R Wilhoit (1991), J App Phys 69, 4774 15.M Drak, L.A Do rzański 2007 , “Hard magnetic materials Nd-Fe-B/Fe with epoxy resin matrix”, Journal of Achievements in materials and Manufacturing Engineering, Volume 24 16.F Dumas-Bouchiat, L F Zanini, M Kustov, N M Dempsey, R Grechishkin, K Hasselbach, J C Orlianges, C Champeaux, A Catherinot, and D Givord 2010 , “Thermomagnetically patterned micromagnets”, Applied physics 17.R.L Edelstein, C.R Tamanaha, P.E Sheehan, M.M Miller, D.R Baselt, L.J Whitman, R.J Colton (2000), “The BARC biosensor applied to the detection of biological warfare agents”, Biosensors & Bioelectronics 14, 805–813 18.En.wikipedia.org/wiki/Magnet 19.En.wikipedia.org/wiki/Magnetic_field 20.En.wikipedia.org/wiki/Magnetic_structure 21.M Frenea-Robin, H Chetouani, N Haddour, H Rostaing, J Laforet, G Reyne (2008), “Contactless diamagnetic trapping of living cells onto a micromagnet array”, 30th Annual International Conference of the IEEE 22.Paul Kauffmann, Nora Dempsey, Daniel O’ rien, Stéphanie Combe, Béatrice Schaack, Vincent Haguet, Gilbert Reyne 2010 , “Diamagnetic trapping of cells above micro-magnets”, 14th Biennial IEEE Conference on Electromagnetic Field Computation CEFC, Chicago 23.M Kustov, P Laczkowski, D Hykel, K Hasselbach, F Dumas-Bouchiat, D O’Brien, P Kauffmann, R Grechishkin, D Givord, G Reyne, O Cugat, and N M Dempsey (2010), “Magnetic characterization of micropatterned Nd-Fe-B hard magnetic films using scanning Hall probe microscopy”, Applied physics 24.Le Viet Cuong (2010), Fabrication and characterization of nanostrutured FePt and NiFe thin films, Thesis for the degree of master of science 25.L V Cuong, N T K Linh, N T Hien, B N Q Trinh, L T Hien, P D Thang (2012) “A study on distribution of red blood cell using microsized permanent magnets”, The 6th International Workshop on Advanced 48 Materials Science and Nanotechnology (IWAMSN2012), Ha Long City, Vietnam 26.H Lee, A M Purdon, and R M Westervelt 2004 , “Micromanipulation of iological systems with microelectromagnets”, IEEE transaction on magnetics, vol 40, no 4, pp 2991-2993 27.O Osman, C Vézy, J Pivetal, M Frénea-Robin, N Haddour, F Buret, L F Zanini, G Reyne, N M Dempsey, and F Dumas- ouchiat 2011 , “A novel device for continuous flow magnetic trapping and sorting of human cells using flat micro – patterned NdFe films”, 15th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences, Seattle, Washington, USA 28.A Winkleman, K Gudiksen, D Ryan, and G Whitesides (2004), “A magnetic trap for living cells suspended in a paramagnetic uffer”, Applied physics letters, vol 85, no 12, pp 2411-2413 29.Maciej Zborowski, Graciela R Ostera, Lee R Moore, Sarah Milliron, Jeffrey J Chalmers, and Alan N Schechter (2003), “Red lood Cell Magnetophoresis”, Biophys Journal, pp 2638–2645