Dõy nano nhiều đoạn Co/Au

Để cú thể thể ứng dụng cỏc dõy nano từ tớnh một cỏch rộng rói, đặc biệt là trong y sinh, trong cỏc cảm biến điện húa…, thỡ việc sử dụng cỏc dõy nano nhiều đoạn Au/Co (khụng từ tớnh/ từ tớnh) là một ý tưởng thỳ vị và cũng là một giả phỏp tối ưu.

3.3.1. Hỡnh thỏi học

Hỡnh 36 là hỡnh ảnh hiển vi điện tử quột (SEM) của cỏc dõy nano nhiều đoạn Co/Au. Sự tương phản hai màu đen và trắng tương ứng với đoạn Co (những đoạn cú màu tối hơn) và đoạn Au (những đoạn cú màu sỏng hơn). Hiện tượng này xảy ra là do độ tỏn xạ electron của đoạn dõy Co mạnh hơn độ tỏn xạ electron của đoạn dõy Au. Chiều dài của cỏc dõy nano nhiều đoạn Co/Au vào khoảng 5àm. Như được thể hiện trong hỡnh 36, cỏc dõy nano hỡnh thành khỏ tốt trong cỏc lỗ màng của khuụn PC và thể hiện tớnh đồng đều khỏ cao. Đường kớnh trung bỡnh của dõy nano nhiều đoạn Co/Au khoảng 100 nm tương đương với đường kớnh của lỗ nano trong màng PC.

Đặc biệt, chỳng tụi cú thể điều chỉnh kớch cỡ của dõy nano dựa trờn việc đo tốc độ lắng đọng của dõy. Tốc độ lắng đọng của vàng khoảng 1.3 Å/s và tốc độ lắng đọng của Co là 5 nm/s. Như vậy, việc lắng đọng vàng tốn nhiều thời gian hơn so với việc lắng đọng Co. Trong thớ nghiệm, chỳng tụi đó thay đổi thời gian lắng đọng cho mỗi đoạn Au và Co để thu được dõy nano nhiều đoạn. Cụ thể, để thu được dõy nano nhiều đoạn Co/Au như trong hỡnh 34(a), chỳng tụi lắng mỗi đoạn dõy vàng dài khoảng 200 nm trong khoảng 26 phỳt và khoảng 1.8 phỳt cho đoạn dõy Co dài khoảng 450 nm.

37 a)

Hỡnh 36: Ảnh SEM của dõy nano nhiều đoạn sau khi tỏch màng với cỏc kớch thước đoạn khỏc nhau (a): chiều dài lớn nhất của cỏc đoạn Co tương ứng là 450 nm và (b):chiều dài lớn nhất của cỏc đoạn Co tương ứng là 2000 nm.

Để thu được dõy nano Co/Au với đoạn dõy vàng và Coban dài hơn, chỳng tụi cần cài đặt thời gian lắng đọng dài hơn, trong đú một đoạn dõy vàng dài khoảng 700 nm mất khoảng 91 phỳt và khoảng 8 phỳt cho đoạn dõy Co dài khoảng 2000 nm lắng đọng. Quan sỏt hỡnh ảnh SEM trờn hỡnh 36, chỳng ta cú thể thấy chiều dài của mỗi segment Co (hoặc Au) là khỏc nhau trong cựng một dõy nano Co/Au và chỳng ta hoàn toàn cú thể điều khiển được kớch thước của dõy tựy theo mục đớch sử dụng.

Đõy là một kỹ thuật khỏ mới mẻ và chưa cú một cụng bố chớnh thức nào về kỹ thuật này trước đú. Phương phỏp này mang lại những hứa hẹn trong việc chế tạo ra cỏc dõy nano nhiều đoạn tựy thuộc vào mục đớch sử dụng của chỳng.

3.3.2. Tớnh chất từ

3.2.2.1. Đƣờng cong từ trễ

Để khảo sỏt ảnh hưởng của tớnh chất từ của cỏc dõy nano Au/Co với chiều dài cỏc đoạn khỏc nhau. Hỡnh 37, mụ tả đường cong từ trễ của cỏc mảng dõy với từ trường đo đặt song song với trục của dõy và từ trường vuụng gúc với trục của dõy.

b) c)

Hỡnh 37: Đường cong từ trễ của cỏc mảng dõy với từ trường đo đặt song song và vuụng gúc với trục của dõy trong cỏc trường hợp:

(a) Chiều dài đoạn dõy Co 1500nm (b) Chiều dài đoạn dõy Co 1000nm

-6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0

H song song với dây H vuông góc với dây

M/ MS Từ tr-ờng H (Oe) -6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000 -1.0 -0.5 0.0 0.5

1.0 H song song với dây

H vuông góc với dây

M/ MS Từ tr-ờng H (Oe) -6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0

H song song với dây H vuông góc với dây

Cỏc vũng từ trễ được xỏc định ở nhiệt độ phũng . Kết quả đo cho thấy, khi chiều dài cỏc đoạn dõy từ tớnh giảm từ 3500 nm đối với dõy đơn đoạn đến 450 nm đối với đoạn dõy từ tớnh ngắn nhất thỡ dị hướng đơn trục của cỏc dõy cũng giảm. Điều đú chứng tỏ trục dễ từ húa của dõy đó chuyển sang trục khú từ húa hơn.

3.2.2.2. Kết quả tớnh toỏn trƣờng dị hƣớng Hk

Để thấy rừ hơn tớnh dị hướng giảm khi giảm chiều dài đoạn dõy Co, ta đi tớnh

giỏ trị Hk. Từ chu trỡnh từ trễ, chỳng ta cú thể xỏc định được từ trường dị hướng Hk

khi đặt từ trường ngoài song song và vuụng gúc với trục của dõy như thể hiện trong hỡnh 38. 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 500 1000 1500 2000 2500 3000 H k (Oe)

Chiều dài đoạn Co l (nm)

Hỡnh 38: Sự phụ thuộc của trường dị hướng Hk vào chiều dài cỏc đoạn dõy Co

Từ kết quả trờn cho thấy, khi chiều dài cỏc đoạn dõy Co giảm từ 3500 nm (đối với dõy đơn đoạn) xuống cũn 450 nm đối với cỏc dõy nhiều đoạn thỡ giỏ trị của trường dị hướng giảm đối với phộp đo từ trường song song với trục của dõy. Như vậy, khi chiều dài đoạn dõy từ tớnh giảm, thỡ tớnh dị hướng đơn trục cũng giảm hay núi cỏch khỏc cỏc đoạn từ tớnh sẽ trở thành đẳng hướng khi chiều dài cỏc đoạn dõy tiến gần đến kớch thước đường kớnh của dõy.

3.2.2.3. Kết quả tớnh toỏn năng lƣợng dị hƣớng.

Để hiểu rừ hơn về tớnh dị hướng từ của cỏc dõy nano nhiều đoạn Co/Au ta tớnh

năng lượng dị hướng KU. Năng lượng dị hướng KU cú thể được xỏc định bằng cụng

40   2 . 2 . K S K K// S U H H M H M K      (3.3)

Ms là từ độ bóo hũa, HK từ trường dị hướng trong trường hợp từ trường đo đặt

vuụng gúc với dõy và HK// là từ trường dị hướng trong trường hợp từ trường đo đặt

song song song với dõy.

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 0 20 40 60 80 K u (kJ/m 3 )

Chiều dài đoạn Co (nm)

Hỡnh 39: Sự phụ thuộc của năng lượng dị hướng vào chiều dài đoạn dõy Co

Hỡnh 39 cho thấy cỏc biến đổi của KU như một hàm của chiều dài , khi chiều

dài đoạn Co giảm thỡ giỏ trị của năng lượng dị hướng cũng giảm đồng nghĩa với tớnh dị hướng cũng giảm.

3.2.2.4. Lực khỏng từ Hc

Từ kết quả đo đường cong từ trễ của cỏc dõy nano Co đơn đoạn và nhiều đoạn ta cú thể xỏc định cỏc giỏ trị của lực khỏng từ của cỏc loại dõy nano. Kết quả được đưa ra bảng 1.

Bảng 1: Sự phụ thuộc của lực khỏng từ Hc vào chiều dài đoạn dõy từ tớnh

Từ kết quả bảng 1 cho thấy khi chiều dài đoạn từ tớnh từ tớnh của cỏc dõy nano nhiều đoạn Au/Co giảm thỡ lực khỏng từ với từ trường đo đặt song song và từ trường đặt vuụng gúc với trục của dõy khụng thay đổi nhiều, vào khoảng 170 Oe. Điều đú cho thấy thành phần và cấu trỳc của cỏc đoạn dõy từ tớnh trong cỏc dõy nhiều đoạn là tương đối ổn định.

Chiều dài

(nm) 3500 1500 1000 400

Hc┴(oe) 177 177 170 167

KẾT LUẬN

 Đó tỡm hiểu về tỡnh chất, cỏc ứng dụng của cỏc dõy nano.

 Đó tỡm hiều và thực hiện cỏc thớ nghiệm về phương phỏp lắng đọng

điện húa.

 Đó chế tạo được cỏc dõy nano Co, dõy Au dõy nano nhiều đoạn

Co/Au với cỏc kết quả đỏng chỳ ý sau:

 Hỡnh thỏi học của cỏc dõy nano Co, Au và Co/Au khỏ đồng nhõt

với sự xen kẽ cỏc đoạn dõy từ và khụng từ của cỏc dõy nhiều đoạn.

 Thành phần húa học của cỏc dõy nano khỏ tinh khiết với sự gúp

mặt của cỏc nguyờn tố Co, trong dõy Co và Au đối với dõy Au

 Cú thể điều khiển chiều dài cỏc đoạn dõy Co, Au đối với cỏc dõy

nano nhiều đoạn bằng cỏch thay đổi thời gian lắng đọng.

 Cỏc dõy nano cú đoạn dõy từ tớnh dài cho ta dị hướng đơn trục

theo trục của dõy rừ ràng, và giảm khi ta giảm chiều dài của cỏc đoạn dõy từ tớnh.

 Trường dị hướng và năng lượng dị hướng của cỏc dõy phụ thuộc

vào chiều dài cỏc đoạn dõy từ tớnh cũng đó được khảo sỏt. Kết quả cho thấy, giỏ trị năng lượng dị hướng giảm khi giảm chiều dài cỏc đoạn dõy nano.

TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt

[1] Vũ Thị Thanh (2012), Nghiờn cứu chế tạo dõy nano CoPtP bằng phương phỏp

điện hoỏ, Khúa luận tốt nghiệp, Trường đại học Khoa học tự nhiờn, Đại học QGHN.

[2] Nguyễn Thị Thỏi (2014), Ảnh hưởng của đường kớnh và tỉ số hỡnh dạng lờn tớnh

chất từ của dõy nano từ, Luận văn thạc sĩ Vật lý, Trường đại học Khoa học tự nhiờn, Đại học QGHN.

Tiếng Anh:

[3] CristianZet, CristianFosalau (2012), Magnetic nanowire based sensors, Digest

Journal of Nanomaterials and Biostructures, Vol. 7, 1PP. 299 – 306.

[4] K. B. Lee, S. Park and C. A. Mirkin (2004), Angew. Chem. Int. Ed, 43,

PP. 3048.

[5] Y. Rheem, C. M. Hangarter, E. H. Yang, D.Y. Park, N. V. Myung and B.

Yoo (2008), IEEE Transactions on Nanotechnology,7, PP. 251.

[6] Y. Nakamura, J. Magn (1999), Magn.Mater, 200, PP. 634.

[7] D. Zhang, Z. Liu, S. Han, C. Li, B. Lei, M. P. Stewart, J. M. Tour, C. Zhou.

Nano Lett.4 (2004) 2151

[8] Ken Cham-Fai Leungand Yi-Xiang J. Wang (2010), Nanowires Science and

Technology, 402.

[9] S. Andreescu and O. A. Sadik, Pure Appl. Chem (2004), 76, PP. 861.

[10] H. Zeng, M. Zheng, R. Skomski and D. J. Sellmyer, Y. Liu, L. Menon and S.

Bandyopadhya (2000), Jr. of appl. Phy, 87, PP. 4717.

[11] I. Enculescu, M.E. ToimilMolares, C. Zet, M. Daub, L. Westerberg, R.

Neumann, R. Spohr (2007), Current perpendicular to plane single-nanowire GMR

sensor, Applied Physics A – Materials Science & Processing, 86, PP. 43-48.

[12] I. Enculescu, E. Matei, M. Sima, R. Neumann, S. Granville, J. –Ph Ansermet

(2008), IEEE Trans. On Magn, 44, PP. 2678-2680.

[13] V. Varadan, L.F. Chen, J. Xie (2008), Nanomedicine: Design and Applications

[14] Jaya Sarkar, GobindaGopal Khan and a Basumallick (2007), Nanowires:

properties, applications and synthesis via porous anodic aluminium oxide template,

Bull. Mater. Sci, Vol. 30, 3, PP.271–290.

[15] Chiung-Wen Kuo and Peilin Chen (2010), The Applications of Metallic

Nanowires for Live Cell Studies, Electrodeposited Nanowires and their Applications, NicoletaLupu (Ed.), ISBN, PP. 978-953-7619-88-6, InTech,

Available from:http://www.intechopen.com/books/electrodeposited-nanowires-and- their-applications/the-applications-of-metallic-nanowires-for-live-cell-studies.

[16] T. Tahmasebi, S. N. Piramanayagam (2011), Nanoscience and nanotechnlogy

for memory and data storage, Cosmos, Vol. 7, 1, PP. 25-30.

[17] Ke-Zhong Liang, Jun-Sheng Qi, Wei-Jun Mu, Zai-Gang Chen (2008),

Biomolecules/gold nanowires-doped sol–gel film for label-free electrochemical immunoassay of testosterone, J. Biochem. Biophys. Methods, 70, PP. 1156–1162. [18] ShyamAravamudhan, Niranjan S. Ramgir, ShekharBhansali (2007),

Electrochemical biosensor for targeted detection in blood using aligned Au nanowires, Sensors and Actuators B, 127, PP. 29–35.

[19] T. S. Ramulu, R. Venu, B. Sinha, S. S.Yoonand C. G. Kim (2012),

Electrodeposition of CoPtP/Au Multisegment Nanowires: Synthesis and DNA Functionalization, Int. J. Electrochem. Sci, 7, PP. 7762 – 7769.

[20] H.J. Yang, F.W. Yuan and H.Y. Tuan, Chem. Commun (2010), 46, PP. 6105. [21] Y. Ye, L. Dai, T. Sun, L. P. You, R. Zhu, J. Y. Gao, R. M. Peng, D. P. Yu and

G. G. Qin(2010), J. Appl. Phy, 108, PP. 44301.

[22] Alper, M., K. Attenborough, R. Hart, S.J.Lane, D.S. Lashmore, C.Younes and

W.Schwarzacher (1993), Appl. Phys. Lett, 63, PP. 2144.

[23] Martin (1996), C.R.Science, 266, PP. 1961.

[24] Bo Ye. Thesis (2006), Fabrication and magnetic property investigation of

metallic nanowire arrays, University of New Orleans.

[25] William D. Callister (2007), Materials Science and Engineering-An

[26] Adam K. Wanekaya, Wilfred Chen, Nosang V. Myung, Ashok Mulchandan

(2006), Nanowire-Based Electrochemical Biosensors, Electroanalysis 18, 6, PP.

Hiển vi điện tử quột (SEM)