3.2.2. Thành phần nguyên tố của dây
Để tìm hiểu về dây nano Au, thành phần hóa học của dây cũng được phân tích bằng phổ EDS
Từ kết quả trên hình 35, phổ tán sắc năng lượng của dây cho thấy thành phần nguyên tử của dây chỉ là nguyên tố Au. Tuy nhiên, chúng ta cũng nhìn thấy sự xuất hiện của các nguyên tố khác như Silic, Oxi. Hiện tượng này có thể được giải thích như sau: sau khi loại bỏ khuôn, các dây Au được đặt trên đế làm bằng Silic, trên bề mặt có thể có lớp SiO2, do đó xuất hiện phổ của các nguyên tố Silic và Oxi.
3.3. Dây nano nhiều đoạn Co/Au
Để có thể thể ứng dụng các dây nano từ tính một cách rộng rãi, đặc biệt là trong y sinh, trong các cảm biến điện hóa…, thì việc sử dụng các dây nano nhiều đoạn Au/Co (khơng từ tính/ từ tính) là một ý tưởng thú vị và cũng là một giả pháp tối ưu.
3.3.1. Hình thái học
Hình 36 là hình ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của các dây nano nhiều đoạn Co/Au. Sự tương phản hai màu đen và trắng tương ứng với đoạn Co (những đoạn có màu tối hơn) và đoạn Au (những đoạn có màu sáng hơn). Hiện tượng này xảy ra là do độ tán xạ electron của đoạn dây Co mạnh hơn độ tán xạ electron của đoạn dây Au. Chiều dài của các dây nano nhiều đoạn Co/Au vào khoảng 5µm. Như được thể hiện trong hình 36, các dây nano hình thành khá tốt trong các lỗ màng của khuôn PC và thể hiện tính đồng đều khá cao. Đường kính trung bình của dây nano nhiều đoạn Co/Au khoảng 100 nm tương đương với đường kính của lỗ nano trong màng PC.
Đặc biệt, chúng tơi có thể điều chỉnh kích cỡ của dây nano dựa trên việc đo tốc độ lắng đọng của dây. 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 thí nghiệm, chúng tơi đã thay đổi thời gian lắng đọng cho mỗi đoạn Au và Co để thu được dây nano nhiều đoạn. Cụ thể, để thu được dây nano nhiều đoạn Co/Au như trong hình 34(a), chúng tôi lắng mỗi đoạn dây vàng dài khoảng 200 nm trong khoảng 26 phút và khoảng 1.8 phút cho đoạn dây Co dài khoảng 450 nm.
a)
b)
Hình 36: Ảnh SEM của dây nano nhiều đoạn sau khi tách màng với các kích thước đoạn khác nhau (a): chiều dài lớn nhất của các đoạn Co tương ứng là 450 nm và (b):chiều dài lớn nhất của các đoạn Co tương ứng là 2000 nm.
Để thu được dây nano Co/Au với đoạn dây vàng và Coban dài hơn, chúng tôi cần cài đặt thời gian lắng đọng dài hơn, trong đó một đoạn dây vàng dài khoảng 700 nm mất khoảng 91 phút và khoảng 8 phút cho đoạn dây Co dài khoảng 2000 nm lắng đọng. Quan sát hình ảnh SEM trên hình 36, chúng ta có thể thấy chiều dài của
Đây là một kỹ thuật khá mới mẻ và chưa có một cơng bố chính thức nào về kỹ thuật này trước đó. Phương pháp này mang lại những hứa hẹn trong việc chế tạo ra các dây nano nhiều đoạn tùy thuộc vào mục đích sử dụng của chúng.
3.3.2. Tính chất từ
3.2.2.1. Đƣờng cong từ trễ
Để khảo sát ảnh hưởng của tính chất từ của các dây nano Au/Co với chiều dài các đoạn khác nhau. Hình 37, mơ tả đường cong từ trễ của các mảng dây với từ trường đo đặt song song với trục của dây và từ trường vng góc với trục của dây.
a)
b) c)
Hình 37: Đường cong từ trễ của các mảng dây với từ trường đo đặt song song và vng góc với trục của dây trong các trường hợp:
(a) Chiều dài đoạn dây Co 1500nm (b) Chiều dài đoạn dây Co 1000nm
(c) Chiều dài đoạn dây Co 400nm
-6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0
H song song víi dây H vng góc với d©y M/ MS Tõ tr-êng H (Oe) -6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000 -1.0 -0.5 0.0 0.5
1.0 H song song víi d©y
H vng góc với dây M/ MS Tõ tr-êng H (Oe) -6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0
H song song víi dây H vng góc với d©y
M/
MS
Các vịng từ trễ được xác định ở nhiệt độ phòng . Kết quả đo cho thấy, khi chiều dài các đoạn dây từ tính giảm từ 3500 nm đối với dây đơn đoạn đến 450 nm đối với đoạn dây từ tính ngắn nhất thì dị hướng đơn trục của các dây cũng giảm. Điều đó chứng tỏ trục dễ từ hóa của dây đã chuyển sang trục khó từ hóa hơn.
3.2.2.2. Kết quả tính tốn trƣờng dị hƣớng Hk
Để thấy rõ hơn tính dị hướng giảm khi giảm chiều dài đoạn dây Co, ta đi tính giá trị Hk. Từ chu trình từ trễ, chúng ta có thể xác định được từ trường dị hướng Hk khi đặt từ trường ngồi song song và vng góc với trục của dây như thể hiện trong hình 38. 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 500 1000 1500 2000 2500 3000 H k (Oe)
Chiu dài đoạn Co l (nm)
Hình 38: Sự phụ thuộc của trường dị hướng Hk vào chiều dài các đoạn dây Co
Từ kết quả trên cho thấy, khi chiều dài các đoạn dây Co giảm từ 3500 nm (đối với dây đơn đoạn) xuống còn 450 nm đối với các dây nhiều đoạn thì giá trị của trường dị hướng giảm đối với phép đo từ trường song song với trục của dây. Như vậy, khi chiều dài đoạn dây từ tính giảm, thì tính dị hướng đơn trục cũng giảm hay nói cách khác các đoạn từ tính sẽ trở thành đẳng hướng khi chiều dài các đoạn dây tiến gần đến kích thước đường kính của dây.
3.2.2.3. Kết quả tính tốn năng lƣợng dị hƣớng.
2 . 2 . K S K K// S U H H M H M K (3.3)
Ms là từ độ bão hòa, HK từ trường dị hướng trong trường hợp từ trường đo đặt vng góc với dây và HK// là từ trường dị hướng trong trường hợp từ trường đo đặt song song song với dây.
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 0 20 40 60 80 K u (kJ/m 3 )
Chiều dài đoạn Co (nm)
Hình 39: Sự phụ thuộc của năng lượng dị hướng vào chiều dài đoạn dây Co
Hình 39 cho thấy các biến đổi của KU như một hàm của chiều dài , khi chiều dài đoạn Co giảm thì giá trị của năng lượng dị hướng cũng giảm đồng nghĩa với tính dị hướng cũng giảm.
3.2.2.4. Lực kháng từ Hc
Từ kết quả đo đường cong từ trễ của các dây nano Co đơn đoạn và nhiều đoạn ta có thể xác định các giá trị của lực kháng từ của các loại dây nano. Kết quả được đưa ra bảng 1.
Bảng 1: Sự phụ thuộc của lực kháng từ Hc vào chiều dài đoạn dây từ tính
Từ kết quả bảng 1 cho thấy khi chiều dài đoạn từ tính từ tính của các dây nano nhiều đoạn Au/Co giảm thì lực kháng từ với từ trường đo đặt song song và từ trường đặt vng góc với trục của dây khơng thay đổi nhiều, vào khoảng 170 Oe. Điều đó cho thấy thành phần và cấu trúc của các đoạn dây từ tính trong các dây nhiều đoạn là tương đối ổn định.
Chiều dài
(nm) 3500 1500 1000 400
Hc┴(oe) 177 177 170 167
KẾT LUẬN
Đã tìm hiểu về tình chất, các ứng dụng của các dây nano.
Đã tìm hiều và thực hiện các thí nghiệm về phương pháp lắng đọng điện hóa.
Đã chế tạo được các dây nano Co, dây Au dây nano nhiều đoạn Co/Au với các kết quả đáng chú ý sau:
Hình thái học của các dây nano Co, Au và Co/Au khá đồng nhât với sự xen kẽ các đoạn dây từ và không từ của các dây nhiều đoạn.
Thành phần hóa học của các dây nano khá tinh khiết với sự góp mặt của các nguyên tố Co, trong dây Co và Au đối với dây Au
Có thể điều khiển chiều dài các đoạn dây Co, Au đối với các dây nano nhiều đoạn bằng cách thay đổi thời gian lắng đọng.
Các dây nano có đoạn dây từ tính dài cho ta dị hướng đơn trục theo trục của dây rõ ràng, và giảm khi ta giảm chiều dài của các đoạn dây từ tính.
Trường dị hướng và năng lượng dị hướng của các dây phụ thuộc vào chiều dài các đoạn dây từ tính cũng đã được khảo sát. Kết quả cho thấy, giá trị năng lượng dị hướng giảm khi giảm chiều dài các đoạn dây nano.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
[1] Vũ Thị Thanh (2012), Nghiên cứu chế tạo dây nano CoPtP bằng phương pháp
điện hố, Khóa luận tốt nghiệp, Trường đại học Khoa học tự nhiên, Đại học QGHN.
[2] Nguyễn Thị Thái (2014), Ảnh hưởng của đường kính và tỉ số hình dạng lên tính
chất từ của dây nano từ, Luận văn thạc sĩ Vật lý, Trường đại học Khoa học tự nhiên,
Đại học QGHN.
Tiếng Anh:
[3] CristianZet, CristianFosalau (2012), Magnetic nanowire based sensors, Digest
Journal of Nanomaterials and Biostructures, Vol. 7, 1 PP. 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 Introduction, Editon 7, PP. 66-70.
[26] Adam K. Wanekaya, Wilfred Chen, Nosang V. Myung, Ashok Mulchandan (2006), Nanowire-Based Electrochemical Biosensors, Electroanalysis 18, 6, PP.