Nghiên cứu từ trường bề mặt của vật liệu từ cứng cấu trúc micro 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 v MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Từ trường đại lượng đặc trưng cho từ trường 1.1.1 Từ trường 1.1.2 Các đại lượng đặc trưng cho từ trường 1.2 Hiện tượng từ trễ 1.3 Dị hướng từ 1.3.1 Dị hướng từ tinh thể 1.3.2 Dị hướng ứng suất 1.3.3 Dị hướng hình dạng 1.4 Cấu trúc từ 10 1.5 Vật liệu từ cứng 13 1.5.1 Các đặc trưng vật liệu từ cứng 14 1.5.2 Ứng dụng vật liệu từ cứng 15 CHƯƠNG CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 18 2.1 Chuẩn bị màng mỏng từ cứng cấu trúc micro 18 2.2 Mô từ trường bề mặt 18 2.2.1 Mơ hình lý thuyết 18 2.2.2 Phương pháp mô 19 2.3 Khảo sát khả bắt giữ tế bào hồng cầu 21 2.3.1 Đặc điểm tế bào hồng cầu 21 2.3.2 Mơ hình lý thuyết 22 2.3.3 Khảo sát khả bắt giữ tế bào hồng cầu 23 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 25 3.1 Ảnh hưởng số lượng nam châm lên phân bố từ trường bề mặt 25 3.2 Khảo sát ảnh hưởng kích thước nam châm lên phân bố từ trường bề mặt 33 vi 3.3 Khảo sát ảnh hưởng chiều dày nam châm lên phân bố từ trường bề mặt 36 3.4 Khảo sát ảnh hưởng khoảng cách nam châm lên phân bố từ trường bề mặt 39 3.5 Quan sát hình ảnh tế bào hồng cầu bị bắt giữ 43 KẾT LUẬN 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO 46 TÓM TẮT LUẬN VĂN MỞ ĐẦU Từ tình thuộc tình vật liệu Nhín chung chất, trạng thái, dù ìt hay nhiều biểu tình chất từ Vật liệu có tình chất sắt từ mạnh nam châm từ cứng đất - kim loại chuyển tiếp, có tình nghịch từ yếu phân tử sinh học Việc nghiên cứu tình chất từ vật liệu phương pháp mô thu hút quan tâm nhà nghiên cứu ví phương pháp đơn giản, cho kết nhanh chình xác, qua cho phép tiết kiệm mặt thời gian thao tác chi phì thực q trính nghiên cứu Các vật liệu từ có nhiề u ứng dụng quan trọng khoa học kỹ thuật sống Một hiệu ứng quan tâm nghiên cứu khả giữ phần tử kìch thước nhỏ có tình nghịch từ nhờ phân bố từ trường không đồng bề mặt cấu trúc sắt từ Bằng việc sử dụng cấu trúc từ có kìch thước phù hợp, lưu giữ phần tử sinh học mà không cần sử dụng đến q trính chức hóa bề mặt vật liệu dùng để bắt giữ phần tử sinh học Luận văn thực với mục đìch khảo sát phân bố từ trường bề mặt nam châm từ cứng NdFeB có cấu trúc micro-nano sử dụng phần mềm mô Ảnh hưởng thơng số số lượng nam châm, kìch thước nam châm, chiều dày nam châm khoảng cách nam châm nghiên cứu cách hệ thống Bên cạnh luận văn thử nghiệm việc bắt giữ phần tử sinh học cách sử dụng vi nam châm NdFeB Trong luận văn phần tử sinh học bị bắt giữ tế bào hồng cầu CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Từ trường đại lượng đặc trưng cho từ trường 1.1.1 Từ trường Từ trường môi trường vật chất đặc biệt bao quanh điện tìch chuyển động tác dụng lực từ lên điện tìch chuyển động Từ trường tạo hai cách: sử dụng cuộn dây có dịng điện chạy dây dẫn nam châm vĩnh cửu Trong nam châm vĩnh cửu khơng có dịng điện theo nghĩa thơng thường mà có chuyển động quĩ đạo chuyển động spin điện tử Đó nguồn gốc tượng từ vật liệu [3] 1.1.2 Các đại lượng đặc trưng cho từ trường  Cường độ từ trường H  Cảm ứng từ B  Từ độ M  Trường khử từ Hd 1.2 Hiện tượng từ trễ Từ trễ (magnetic hysteresis) tượng bất thuận nghịch trính từ hóa đảo từ vật liệu sắt từ khả giữ lại từ tình vật liệu sắt từ Hiện tượng từ trễ đặc trưng quan trọng dễ thấy chất sắt từ [8] 1.3 Dị hướng từ Trong tinh thể, mơmen từ (hay từ độ) ln có xu hướng định hướng theo phương ưu tiên tinh thể, tạo nên khả từ hóa khác theo phương khác tinh thể, tình dị hướng từ [3] Dị hướng từ phụ thuộc vào lượng nội hệ hướng định từ độ tự phát Năng lượng gọi lượng dị hướng từ Nếu dị hướng từ gây tình đối xứng cấu trúc tinh thể vật liệu thí gọi dị hướng từ tinh thể Bên cạnh nguồn gốc tình đối xứng tinh thể, dị hướng từ tinh thể cịn tạo ứng suất hay hính dạng vật từ hay trật tự cặp spin với định hướng khác [4] 1.3.1 Dị hướng từ tinh thể Dị hướng từ tinh thể dạng lượng vật có từ tình có nguồn gốc liên quan đến tình đối xứng tinh thể định hướng mômen từ Dị hướng từ tinh thể đặc điểm nội vật liệu sắt từ, phụ thuộc nhiều vào kìch thước hính dạng vật liệu 1.3.2 Dị hướng ứng suất Ngồi đóng góp dị hướng từ tinh thể, cịn có đóng góp đáng kể khác dị hướng từ ứng suất Dị hướng ứng suất thường thấy vật liệu từ giảo Hiện tượng từ giảo tượng hính dạng, kìch thước vật liệu từ (thường sắt từ) bị thay đổi tác dụng từ trường Bản chất tượng từ giảo tương tác spin-quỹ đạo điện tử vật liệu sắt từ 1.3.3 Dị hướng hình dạng Dị hướng hính dạng phụ thuộc vào kìch thước hính dạng mẫu Dị hướng hính dạng định nghĩa cách đơn giản khác mặt lượng từ hóa theo chiều dài chiều ngắn mẫu sắt từ Hính dạng mẫu định cực từ tự Do tương tác cực từ, xuất trường khử từ ngược với chiều từ hóa, chống lại từ hóa Do đó, mơmen từ có xu hướng định hướng theo trục có lượng từ hóa nhỏ vật liệu [4] 1.4 Cấu trúc từ  Ở cấp độ nguyên tử, phân tử: cấu trúc từ liên quan đến xếp có trật tự spin từ mạng tinh thể Cấu trúc thuận từ Cấu trúc sắt từ Cấu trúc phản sắt từ Cấu trúc ferri từ  Ở cấp độ màng mỏng: cấu trúc từ tổ hợp hai hay nhiều lớp vật liệu từ khác xếp xen kẽ bị ngăn cách lớp vật liệu phi từ  Cấu trúc GMR (Giant magnetoresistance)  Cấu trúc TMR (Tunneling magnetoresistance)  Cấu trúc Spin-van  Cấu trúc từ dạng dãy chuỗi: Cấu trúc từ dạng chuỗi tổ hợp có hệ thống nhiều cấu trúc từ, sensor, để tạo thành sản phẩm có khả ứng dụng thực tế Sự đời cấu trúc dạng chuỗi cho phép phép đo, nghiệm tiến hành với tốc độ nhanh độ chình xác cao [2] Trong luận văn nghiên cứu cấu trúc từ dạng chuỗi đơn giản tổ hợp nam châm từ kìch thước micro (hính 1.18) Các nam châm xếp theo trật tự định công việc khảo sát từ trường bề mặt nam châm 1.5 Vật liệu từ cứng Vật liệu từ cứng vật liệu sắt từ, khó khử từ khó từ hóa Ý nghĩa tình từ “cứng” chình thuộc tình khó khử từ khó bị từ hóa, khơng xuất phát từ tình chất học vật liệu từ [9] 1.5.1 Các đặc trưng vật liệu từ cứng Vật liệu từ cứng có nhiều đặc trưng từ học, tình chất từ vật liệu từ cứng phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ, độ bền, độ chống mài mòn Dưới liệt kê số đặc trưng quan trọng  Lực kháng từ  Cảm ứng từ dư  Tích lượng từ cực đại 1.5.2 Ứng dụng vật liệu từ cứng Vật liệu từ cứng ứng dụng rộng rãi đồ chơi, máy làm lạnh từ, thiết bị kỹ thuật điện thông dụng mô tơ điện, loa điện động, micro phơn, khóa từ thiết bị cao cấp ổ đĩa cứng,…[3] Hiện nay, vật liệu từ cứng liên kim loại đất – kim loại chuyển tiếp, điển hính hợp chất NdFeB vật liệu từ cứng tốt Cùng với ứng dụng tuyệt vời lĩnh vực đị chơi, thiết bị, đồ điện tử…thí vật liệu từ cứng ứng dụng rộng rãi công nghệ sinh học Sự phát triển phương pháp dùng để điều chỉnh vị trì tế bào bề mặt thách thức quan trọng sinh học tế bào Thật vậy, cải thiện công nghệ cho chuỗi tế bào làm cho trao đổi với người để giúp người theo dõi tiến hóa cá nhân [21] Các nghiên cứu gần đối tượng nghịch từ vi mơ, chẳng hạn giọt kìch thước micro vi hạt nâng lên bị mắc kẹt cách sử dụng từ trường biến thiên cao Trong luận văn này, khảo sát khả bắt giữ phần tử sinh học việc sử dụng vi nam châm NdFeB Hiện phịng nghiệm Cơng nghệ micro nano có sẵn tế bào hồng cầu viện 103 cung cấp, tế bào khơng gây hại gí cho người nghiệm nên luận văn chúng tơi khảo sát khả bắt giữ tế bào hồng cầu vi nam châm NdFeB CHƯƠNG CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 2.1 Chuẩn bị màng mỏng từ cứng cấu trúc micro Lớp NdFeB lắng đọng đế Si phương pháp phún xạ triode Nhiệt độ đế màng mỏng phún xạ 450oC, sau ủ 750oC 10 phút Để ngăn chặn khuếch tán ơxi hóa lớp từ cứng ta phủ lớp Ta dày 100 nm lên mặt lớp từ cứng Màng mỏng có cấu trúc micro tạo phương pháp hính thái học từ nhiệt (hính 2.1) Hình 2.1 Hình ảnh màng mỏng sử dụng (a) phương pháp hình thái học, (b) phương pháp từ nhiệt 2.2 Mô từ trường bề mặt 2.2.1 Mơ hình lý thuyết Từ trường tạo màng mỏng từ cấu trúc micro tình tốn cách sử dụng mơ hính dịng tương đương Amperian [] Mơ hính áp dụng cho màng mỏng nam châm nghiên cứu cho lực kháng từ cao kết cấu mặt phẳng mạnh (sự từ hóa màng coi không thay đổi, trường khử từ lớn, khơng đều) Độ bền từ hóa cho phép áp dụng nguyên tắc chồng chất cho hệ thống bao gồm nhiều yếu tố [13] Áp dụng định luật Biot – Savart  I dl  R dB   (2.1) 4 R3  Với R bán kình véc tơ từ điểm quan sát tới phần tử dòng điện Idl Đối với trường hợp cuộn solenoid giống lăng trụ chữ nhật kìch thước 2a × 2b × 2h, miêu tả nam châm hính lăng trụ từ hóa dọc theo trục z Biểu thức dBx, dBy, dBz lấy tìch phân từ -a đến a, -b đến b –h đến h Giá trị cảm ứng từ điểm quan sát P(x0, y0, z0) thể công thức sau [23]:   2  2   I    2 Bx    ln(        ) 1   4 2h   1  (2.2)   2  2   I    2 By    ln(       ) 1   4 2h   1    2  2   I  Bz    arctan 4 2h     2 (2.3) 2          1     2 (2.4) Phần mềm MacMMems dựa theo sở lý thuyết từ trường màng mỏng từ để mơ tình tốn từ trường bề mặt vật liệu từ NdFeB 2.2.2 Phương pháp mô Mơ tượng khoa học nhanh chóng trở thành phần việc thiết kế tối ưu hóa quy trính tất lĩnh vực kỹ thuật MacMMems môi trường cho phép bạn thực nghiên cứu khoa học liên quan đến từ trường Để khảo sát từ trường bề mặt vật liệu NdFeB, sử dụng phần mềm mô MacMMems Trước tiên chúng tơi sử dụng chương trính MacMmems để thiết kế mơ hính gồm nhiều nam châm NdFeB kìch thước micro xếp theo trật tự định khơng gian ba chiều Sau nhập giá trị biến cần thiết viết phương trính để mô từ trường bề mặt Cuối chúng tơi sử dụng chương trính Calculator để xuất giá trị từ trường hính ảnh từ trường vật liệu 2.3 Khảo sát khả bắt giữ tế bào hồng cầu Nghiên cứu ban đầu cấu trúc tình chất phân tử cho thấy phần tử sinh học có thành phần nghịch từ Nghiên cứu sinh học cho thấy tình chất từ tế bào liên quan đến hemoglobine Hemoglobine nghịch từ trạng thái oxy hóa, thuận từ trạng thái khử oxy Hồng cầu, hay hồng huyết cầu (có nghĩa tế bào máu đỏ), loại tế bào máu có chức chình hơ hấp, chuyên chở hemoglobin, qua đưa O2 từ phổi đến mô Trong luận văn mô tả việc sử dụng vi nam châm từ cứng NdFeB để bẫy tế bào hồng cầu 2.3.1 Đặc điểm tế bào hồng cầu Dưới kình hiển vi quang học, hồng cầu thấy có hính trịn; nên thời trước người ta cho tế bào hính cầu (hính cầu nhín góc độ thấy tròn) - nguồn gốc tên gọi "hồng cầu" Dưới kình hiển vi điện tử, tế bào hồng cầu có hính đĩa lõm hai mặt với đường kình khoảng 7.8 µm (1000.000µm = 1m), độ dày 2.5 µm chỗ dày khơng q 1µm trung tâm 2.3.2 Mơ hình lý thuyết Các lực tác dụng lên hạt tiếp xúc với từ trường cho biểu thức: F V   0 B   B (2.6) V khối lượng hạt, Δχ độ cảm từ chênh lệch độ cảm từ hạt (χp) môi trường xung quanh đệm (χm) B cường độ từ trường Khi Δχ 15 µm khơng cịn xuất vùng từ trường biến thiên bề mặt nam châm, lúc từ trường giảm dần 11 (a) (b) (c) 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 Hính 3.4c kết khảo sát từ trường dọc theo đường màu đỏ mô hính, chình hính ảnh từ trường vị trì nam châm Chúng ta thấy, khoảng cách d < µm từ trường đạt cực đại vị trì nam châm, khoảng cách d > µm từ trường đạt cực tiểu vị trì nam châm 12 Mơ hình nam châm (a) (b) (c) 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 Mơ hình nam châm Kết khảo sát từ trường bề mặt mơ hính nam châm giống với kết mơ hính Sự khác biệt xuất thêm vùng từ trường biến thiên ví số lượng nam châm tăng lên 13 (b) (a) (c) 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 Khi khảo sát dọc theo đường màu đen thấy từ trường bề mặt nam châm giảm dần tăng khoảng cách từ đầu đo đến bề mặt nam châm Đến khoảng cách d > 15 µm thí khơng cịn xuất vùng từ trường biến thiên nữa, từ trường lúc giảm dần không Kết khảo sát từ trường dọc theo đường chéo màu xanh mơ hính tương tự khảo sát theo đường màu đen, ví hính ảnh từ trường bề mặt nam châm Hính 3.7 kết khảo sát từ trường vị trì nam châm, thấy d > 15 µm khơng cịn tồn vùng từ trường biến thiên Ví mà d < 15 µm phần tử sinh học bị bắt giữ vị trì nam châm, d > µm thí phần tử sinh 14 học tập chung nhiều vị trì nam châm Kết khảo sát tương tự tiếp tục tăng số lượng nam châm Hình 3.7 Hình ảnh từ trường mơ hình nam châm khảo sát dọc theo đường màu đỏ khoảng cách d khác 3.2 Khảo sát ảnh hưởng kích thước nam châm lên phân bố từ trường bề mặt Mơ hính nam châm vng có kìch thước 10ì10 àm2, dy àm, khong cỏch gia nam châm với kìch thước nam châm, từ trường khảo sát dọc theo đường màu đỏ mơ hính kìch thước nam châm thay đổi (hính 3.6a) Kết khảo sát từ trường dọc theo đường màu đỏ mơ hính nam châm có kìch thước 10×10 µm2 thể hính 3.7 Chúng ta thấy lượng từ trường vị trì trung tâm nam châm lớn vị trì nam châm khoảng cách d < µm Tại vị trì cao d > µm lượng từ trường trung tâm nam châm trở lên nhỏ 15 (a) (b) (c) (d) Hình 3.8 a) hình ảnh từ trường mơ hỡnh nam chõm, kớch thc 20ì20 àm2 c kho sát dọc theo đường màu đỏ khoảng cách d khỏc nhau, b) kớch thc 30ì30 àm2, c) kớch thc 50ì50 àm2, d) kớch thc 100ì100 àm2 Vi cỏc nam chõm cú kỡch thc 20ì20 àm2 (hớnh 3.8a) chỳng ta thấy cường độ từ trường vị trì trung tâm nam châm lớn vị trì xung quanh khoảng cách d < µm Tại vị trì cao d >6 µm từ trường trung tâm nam châm lại trở lên nhỏ Đối với nam châm có kìch thước 30ì30 àm2 (hớnh 3.8b) cng t trng ti v trì trung tâm nam châm lớn vị trì xung quanh khoảng cách d < 10 µm Tại vị trì cao d > 10 µm từ trường trung tâm nam châm lại trở lên nhỏ Khi vị trì xa bề mặt nam châm d >50 µm thí từ trường giảm 16 Khi kìch thước nam chõm l 50ì50 àm2 (hớnh 3.8c), nng lng t trường vị trì trung tâm nam châm lớn vị trì xung quanh khoảng cách d < 20 µm Tại vị trì cao d > 20 µm từ trường trung tâm nam châm lại trở lên nhỏ Đối với nam chõm cú kỡch thc 100ì100 àm2 (hớnh 3.8d) nng lượng từ trường vị trì trung tâm nam châm lớn vị trì xung quanh khoảng cách d < 40 µm Tại vị trì cao d > 40 µm từ trường trung tâm nam châm lại trở lên nhỏ Vậy tăng kìch thước nam châm thí vị trì mà phần tử sinh học tập trung nam châm xa bề mặt nam châm 3.3 Khảo sát ảnh hưởng chiều dày nam châm lên phân bố từ trường bề mặt Kết khảo sát từ trường dọc theo đường màu đỏ mơ hính nam châm có kìch thước 10ì10 àm2 dy nam chõm l àm thể hính 3.7 Hính 3.9 kết khảo sát từ trường dọc theo đường màu đỏ mơ hính nam châm có kìch thước 10×10 µm2 độ dày nam châm tăng lên µm (hính 3.9a), 10 µm (hính 3.9b), 15 µm (hính 3.9c) Chúng ta thấy chiều dày nam châm µm thí khoảng cách d > µm lượng từ trường đạt cực tiểu vị trì nam châm, tức khoảng cách d > µm phần tử sinh học tập trung vị trì nam châm Khi độ dày nam châm tăng lên 10 µm thí lượng từ trường vị trì nam châm đạt cực tiểu khoảng cách d = µm, độ dày nam châm tăng lên 15 µm thí từ trường vị trì nam châm đạt cực tiểu khoảng cách d = µm Vậy tăng độ dày nam châm ta thấy khoảng cách mà từ trường đạt cực tiểu vị trì nam châm gần bề mặt nam châm Nghĩa tăng chiều dày nam châm thí phần tử sinh học tập trung chủ yếu vị trì nam châm chúng sát bề mặt nam châm (a) 17 (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 18 Hình 3.2 Hình ảnh từ trường mơ hình nam chõm kớch thc 10ì10 àm c kho sỏt dc theo đường màu đỏ khoảng cách d = µm với độ dày khác Hính 3.10 kết khảo sát từ trường dọc theo đường màu đỏ mơ hính nam châm khoảng cách d = µm thay đổi độ dày nam châm Chúng ta thấy khoảng cách từ đầu đo đến bề mặt nam châm thí từ trường nam châm tăng tăng độ dày nam châm, ví chiều dày nam châm tăng thí cường độ từ trường tăng, đường sức từ tồn khoảng cách xa bề mặt nam châm Như tăng chiều dày nam châm thí bắt giữ phần tử sinh học có kìch thước lớn khối lượng riêng lớn Tương tự mơ hính nam châm vng có kìch thc l 50ì50 àm Khi tng chiu dy ca nam châm thí từ trường bề mặt nam châm tăng, vùng lượng từ trường đạt cực tiểu vị trì nam châm giảm xuống gần bề mặt nam châm chiều dày tăng Khi chiều dày nam châm µm thí khoảng cách d > 20 µm lượng từ trường đạt cực tiểu vị trì nam châm (hính 3.8c), chiều dày 10 µm thí với d > 15 lượng từ trường đạt cực tiểu vị trì nam châm (hính 3.11a) Khi chiều dày 30 µm 50 µm thí từ trường đạt cực tiểu vị trì nam châm d > 10 µm d > 5µm (hính 3.11b, hính 3.11c) (a) 19 (b) (c) Hình 3.11 a) hình ảnh từ trường mơ hình nam chõm kớch thc 50ì50 àm 2, chiu dy h = 10 µm khảo sát dọc theo đường màu đỏ khoảng cách d khác nhau, b) chiều dày h = 30 µm, c) chiều dày h = 50 µm 3.4 Khảo sát ảnh hưởng khoảng cách nam châm lên phân bố từ trường bề mặt Hính 3.12a mơ hính nam châm cú kỡch thc 10ì10 àm2, chiu dy ca nam chõm µm, khoảng cách nam châm µm Trong hính 3.12b thấy khoảng cách d > µm bề mặt nam châm khơng cịn tồn vùng từ trường biến thiên Trong hính 3.12c ta thấy với d < µm thí từ trường vị trì nam châm đạt cực tiểu, phần tử sinh học bị bắt giữ tập trung vị trì nam châm khoảng cách d < µm Khi khoảng cách nam châm nhỏ thí việc bắt giữ phần tử sinh học trở lên khó khăn ví vùng từ trường biến thiên tồn khoảng cách ngắn bề mặt nam châm 20 (a) (b) (c) Hình 3.12 a) Mơ hình nam chõm cú kớch thc 10ì10 àm2,khong cỏch gia nam châm 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 Với mơ hính nam chõm cú kỡch thc 10ì10 àm2, chiu dy ca nam châm µm, khoảng cách nam châm µm (hính 3.13a) Khi khảo sát theo đường màu đen (hính 3.13b) ta thấy khoảng cách d > 15 µm bề mặt nam châm khơng cịn tồn vùng từ trường biến thiên Hính 3.13c cho thấy d < 12 µm thí từ trường vị trì nam châm đạt cực tiểu, phần tử sinh học bị bắt giữ tập trung vị trì nam châm khoảng cách d < 12 µm 21 (a) (b) (c) Hình 3.3 a) Mơ hỡnh nam chõm cú kớch thc 10ì10 àm2,khong cỏch 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 22 (b) (a) (c) Hình 3.4 a) Mơ hình nam châm cú kớch thc 10ì10 àm2,khong cỏch gia cỏc nam chõm 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 Mơ hính nam châm có kìch thc 10ì10 àm2, chiu dy ca nam chõm l µm, khoảng cách nam châm 10 µm thể hính 3.6a Kết khảo sát từ trường dọc theo đường màu đen thể hính 3.6b kết khảo sát theo đường màu đỏ thể hính 3.7 Chúng ta thấy khoảng cách d > µm thí từ trường đạt cực tiểu vị trì nam châm Khi khoảng cách nam châm tăng lên 15 µm thí khoảng cách d > µm từ trường đạt cực tiểu vị trì nam châm Vậy khoảng cách nam châm xa thí vị trì mà từ trường nam châm đạt cực tiểu xa bề mặt nam châm Hính 3.15 cho thấy khoảng cách d = µm thí từ trường vị trì nam châm giảm khoảng cách nam châm tăng, ví khoảng cách nam châm xa thí ảnh hưởng từ trường nam châm tạo lên nam châm cạnh ìt 23 Hình 3.5 Hình ảnh từ trường mơ hình nam châm khảo sát dọc theo đường màu đỏ khoảng cách d = µm khoảng cách nam châm g khác 3.5 Quan sát hình ảnh tế bào hồng cầu bị bắt giữ Sau nhỏ tế bào hồng cầu lên bề mặt vi nam châm, thấy hồng cầu phân bố đồng ổn định vị trì có lượng từ trường thấp, khoảng cách vi nam châm [25] Đặc biệt vị trì nam châm, thấy số lượng hồng cầu tập trung nhiều (hính 3.16) Điều phù hợp với vị trì lượng cực tiểu vị trì nam châm d > 10 µm (hính 3.11b) Trong nghiệm chúng tơi khơng xác định chiều cao chình xác nơi mà tế bào hồng cầu nâng lên, kết cho thấy tế bào hồng cầu nâng lên vị trì bề mặt nam châm Hình 3.16 Sự phân bố tế bào hồng cầu mảng vi nam châm KẾT LUẬN 24 Trong luận văn khảo sát phân bố từ trường bề mặt nam châm từ cứng NdFeB có cấu trúc micro-nano sử dụng phần mềm mô  Khi số lượng nam châm tăng thí có thêm vùng từ trường biến thiên  Khi kìch thước nam châm thay đổi ta có bẫy từ với kìch thước khác  Khi tăng độ dày nam châm thí khoảng cách từ đầu đo đến bề mặt nam châm, từ trường bề mặt nam châm tăng  Khi khoảng cách nam châm tăng thí từ trường vị trì nam châm giảm Khi khoảng cách nam châm với kìch thước nam châm thí từ trường bề mặt nam châm đồng  Luận văn nghiên cứu khả sử dụng cấu trúc từ để lưu giữ chất nghịch từ thử nghiệm việc lưu giữ với tế bào hồng cầu TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Vũ Đính Cự (1996), Từ học, NXB khoa học kỹ 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 Nguyễn Hữu Đức (2008), Vật liệu từ cấu trúc Nanô điện tử học spin, NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội Nguyễn Phú Thùy (2003), Vật lý tượng từ, NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội Tiếng Anh 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 G Bisnasch, P Grünberg, F Saurenbach, and W Zin (1989), Phys Rev B 39, 4828 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 ... lượng từ hóa nhỏ vật liệu [4] 1.4 Cấu trúc từ  Ở cấp độ nguyên tử, phân tử: cấu trúc từ liên quan đến xếp có trật tự spin từ mạng tinh thể Cấu trúc thuận từ Cấu trúc sắt từ Cấu trúc phản sắt từ Cấu. ..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... liệu từ cứng Vật liệu từ cứng vật liệu sắt từ, khó khử từ khó từ hóa Ý nghĩa tình từ ? ?cứng? ?? chình thuộc tình khó khử từ khó bị từ hóa, khơng xuất phát từ tình chất học vật liệu từ [9] 1.5.1 Các