CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ DÂY NANO TỪ TÍNH VÀ VẬT LIỆU CoPtP 1.1 Giới thiệu về dây nano từ tính
1.4 Giới thiệu về vật liệu CoPtP
Ngày nay, lắng đọng điện hoá các màng mỏng hợp kim của Co đang được quan tâm đặc biệt vì các màng mỏng này hứa hẹn nhiều ứng dụng hữu ích. Đặc biệt là ứng dụng trong hệ thống vi cơ điện tử (MEMS), các cảm biến, y sinh... Hầu hết các màng mỏng này được chế tạo bằng phương pháp lắng đọng điện hoá các hợp chất một hay nhiều thành phần với Co như CoNiP, CoNiB, CoNiP, CoNiZnP, CoNiReP, CoNiFe, CoNiMo, CoMo, CoB, CoFeB, và CoFeCr…[17].
1.4.1 Giới thiệu về vật liệu CoNiP
18
Vật liệu CoNiP được xếp vào loại vật liệu từ cứng, màng mỏng CoNiP được ứng dụng nhiều trong hệ vi cơ điện tử (MEMS), các cảm biến và trong lưu trữ thông tin. Màng mỏng CoNiP có tính dị hướng vuông góc cao, lực kháng từ lớn cỡ 3000 Oe. Đối với màng mỏng, sự phụ thuộc của trường kháng từ vào độ dày màng mỏng là rất mạnh [1]. Theo các nghiên cứu đã được công bố, trường kháng từ vuông góc của màng tăng khi độ dày của màng là 30 nm, nhưng lực kháng từ của các màng dày hơn 30 nm là ổn định. Ngược lại, lực kháng từ song song của màng thấp hơn so
với trường kháng từ vuông góc trương ứng với từng độ dày, cụ thể ở độ dày 30 nm, trường kháng từ song song là 700 Oe, trong khi trường kháng từ vuông góc là 3000 Oe [1].
Hình1.10. Sự phụ thuộc của trường kháng từ vào độ dày của màng CoNiP:
vuông góc (đường hình tròn) và song song (đường hình vuông).
Tuy nhiên, liệu còn vật liệu nào có lực kháng từ lớn hơn lực kháng từ của vật liệu CoNiP? Trong khi đó, vật liệu CoPtP đã được một số các nhóm nghiên cứu và ứng dụng vào các thiết bị ghi từ siêu cao và trong các hệ vi cơ điện tử (MEMS) [23]
bởi tính chất lực kháng từ và từ độ rất cao của nó. Đó cũng là lí do tại sao luận văn này tập trung vào việc nghiên cứu chế tạo vật liệu CoPtP để tìm hiểu tính chất từ cứng của vật liệu này và nghiên cứu ảnh hưởng của độ pH và đường kính dây lên tính chất từ của dây nano CoPtP.
19
1.4.2 Giới thiệu về màng mỏng CoPtP
Trên thế giới, quá trình lắng đọng điện hoá của hợp chất CoPtP trong dung dịch có tính axit đã được nghiên cứu. Thành phần, cấu trúc, và các tính chất từ của màng mỏng phụ thuộc nhiều vào các tham số như nhiệt độ, độ pH và thành phần của dung dịch. Các kết quả cho thấy, hợp chất CoPtP có tính từ cứng rất rõ nét [21].
Đối với màng mỏng CoPtP đã được nhóm tác giả Ho Dong Park, Kwan Hyi Lee, Gyeng Ho Kim, Won Young Jeung và nhóm tác giả M. Cortes, S. Matencio, E.
Gomez, E. Valles nghiên cứu. Kết quả cho thấy màng mỏng CoPtP có tính dị hướng từ vuông góc lớn (PMA) và lực kháng từ lớn [11]. Trong nhiều nghiên cứu, lực kháng từ của màng tăng lên rõ rệt khi phần trăm của Pt trong hợp chất lắng đọng trong khoảng 30-40% khối lượng và độ cảm từ của màng CoPtP cũng đã tăng lên sau khi mẫu đã được ủ nhiệt [11].
Hình 1.11. Đường cong từ trễ của vật liệu CoPtP được lắng đọng điện hóa trên đế Si/Ti/Ni ở nhiệt độ phòng và từ trường đặt vào song song với màng. (a) mẫu
không được ủ nhiệt; (b)mẫu được ủ nhiệt ở 400oC trong suốt 90 phút [11].
Để tăng lực kháng từ, các tác giả đã tìm ra trong quá trình lắng đọng điện hóa cần phải đặt thêm từ trường ngoài. Kết quả thu được cho thấy nếu đặt từ trường ngoài từ 0 đến 1 Tesla (hình 1.12), và khi từ trường ngoài tăng lên, lực kháng từ của màng được tăng lên rõ rệt [11].
20
Hình 1.12. Lực kháng từ của vật liệu CoPtP với các giá trị khác nhau của từ trường ngoài [11].
Hình 1.13. Hình ảnh AFM (kính kiển vi lực nguyên tử) của vật liệu CoPtP được lắng đọng điện hóa: (a) không có từ trường ngoài; (b) có từ trường ngoài (1 Tesla) [11].
Từ các kết quả trên, để có màng mỏng CoPtP với tính từ cứng tốt thì phần trăm khối lượng của Pt trong khoảng 30 – 40 % và mẫu cần phải ủ nhiệt.
1.4.3 Giới thiệu về dây nano CoPtP
Trên thế giới cũng đã có những công trình nghiên cứu về dây nano CoPtP, trong đó có cả dây nano đơn đoạn CoPtP và dây nano đa đoạn như CoPtP/Ag [23].
Một số tính chất từ và hình thái học của dây cũng đã được khảo sát, các kết quả cho thấy dây nano CoPtP có tính từ cứng rõ rệt với lực kháng từ lớn [23].
21
Hình 1.14. (a) Hình ảnh FE-SEM của dây nano CoPtP sau khi đã loại bỏ đế. (b) Đường cong từ trễ của dây nano CoPtP với từ trường đặt vào song song với
trục của dây được tại ở nhiệt độ phòng
Hình 1.14(a) là hình ảnh FE-SEM của dây nano CoPtP sau khi đã loại bỏ đế với chiều dài dõy là 6 àm. Hỡnh 1.14(b) biểu diễn đường cong từ trễ của dõy nano CoPtP với từ trường đặt vào song song với trục của dây tại nhiệt độ phòng, đường cong từ trễ cho thấy lực kháng từ Hc=1,83 kOe [23].
Đối với dây CoPtP được lắng đọng điện hóa trên đế polycacbonat (PC) ở nhiệt độ phòng thì các tính chất từ của mẫu được coi như là tính chất từ của dây CoPtP vì đế polycacbonat là vật liệu phi từ [24].
22
Hình 1.15. Đường cong từ trễ của dây nano CoPtP với từ trường đặt vào song song và vuông góc với trục của dây.
Hình 1.15 cho thấy lực kháng từ với trường hợp từ trường đặt song song với trục của dây là Hc=143 kAm-1 (cỡ 1800 Oe) và lực kháng từ với trường hợp từ trường đặt vuông góc với trục là Hc=103 kAm-1 (cỡ 1300 Oe). Điều này cho thấy, dây nano CoPtP có tính từ cứng rõ rệt và trục dễ từ hóa theo hướng song song với trục của dây. Giá trị của từ độ bão hòa và từ dư trong trường hợp từ trường đặt song song với trục của dây đều lớn lớn hơn từ độ bão hòa và từ dư trong trường hợp từ trường đặt vuông góc với trục của dây. Trên thực tế, giá trị của các thông số trên phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như tỷ số hình dạng, thành phần dung dịch lắng đọng và các điều kiện lắng đọng [18]. Vì vậy, với điều kiện lắng đọng đặc biệt, trong đó, hàm lượng Pt chiếm tỷ trọng lớn trong dung dịch điện hóa và thế lắng đọng phù hợp thì lực kháng từ khi từ trường đặt song song với trục của dây có thể lên đến 2800 Oe và từ dư lên đến khoảng 0,5 T, với kết quả này, dây nano CoPtP có những ứng dụng tiềm năng, đặc biệt là trong các cảm biến sử dụng hiệu ứng từ điện trở khổng lồ và ứng dụng trong các hệ vi cơ điện tử (MEMS) [5].