Tiểu luận Vật lý: Kính hiển vi lực từ (magnetic force microscopy - MFM)

Kính hiển vi lực từ (MFM) GVHD: TS. Đinh Sơn Thạch ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA VẬT LÝ BỘ MÔN VẬT LÝ ỨNG DỤNG  Tiểu luận : Kính hiển vi lực từ (magnetic force microscopy - MFM) GVHD: TS. Đinh Sơn Thạch HVTH: Phan Thị Kiều Loan HVTH: Phan Thị Kiều Loan Trang 1 Kính hiển vi lực từ (MFM) GVHD: TS. Đinh Sơn Thạch Mục lục Mục lục...................................................................................................................2 Mở đầu...................................................................................................................4 Chương I Tổng quan về từ và vật liệu từ .............................................................5 I. Nguồn gốc từ trường [5].................................................................................5 II. Một số đại lượng cơ bản trong từ học..............................................................6 (magnetic field strength)................................................6 (magnetic induction)...................................................................6 (magnetic moment) ........................................................................6 .......................................................................................6 (magnetization)............................................................................7 III. Vật liệu từ........................................................................................................8 1. . .............................................................................................8 2. Chất thuận từ................................................................................................8 3. , t ...................................................................................9 ......................................................................................................11 IV. Đômen từ....................................................................................................13 Chương II Kính hiển vi MFM và ứng dụng của nó trong phân tích vật liệu từ ..............................................................................................................................16 I. Lịch sử ra đời: [2].........................................................................................16 II. Cấu tạo......................................................................................................19 1. Bộ chuyển đổi gốm sứ áp điện: (PZT) [6]...................................................20 2. Tip: [6] .......................................................................................................21 3. Cần quét: ....................................................................................................22 HVTH: Phan Thị Kiều Loan Trang 1 Kính hiển vi lực từ (MFM) GVHD: TS. Đinh Sơn Thạch 4. Nguồn laser ................................................................................................22 5. Photodetector..............................................................................................22 III. Nguyên lý hoạt động.................................................................................23 IV. Các chế độ hoạt động: [1].........................................................................26 1.Chế độ tĩnh (static mode) ................................................................................26 2. Chế độ động (Dynamic mode)........................................................................26 V. Ưu điểm và nhược điểm...............................................................................29 VI. Ứng dụng...................................................................................................30 1. Trong y sinh:.............................................................................................30 a. Phát hiện vi khuẩn magnetotaktic: [1].....................................................30 b. Sự phụ thuộc của các hạt nano từ vào cấu trúc [1].......................................30 c. Phân biệt các hạt nano từ và các hạt nano phi từ tính: [3]............................31 2. Trong kỹ thuật [6].....................................................................................37 VII. Kết luận.....................................................................................................38 Tài liệu tham khảo...............................................................................................38 HVTH: Phan Thị Kiều Loan Trang 1 Kính hiển vi lực từ (MFM) GVHD: TS. Đinh Sơn Thạch Mở đầu Gần hai thập kỉ đã trôi qua kể từ khi phát minh thực nghiệm đầu tiên về nguyên lý hoạt động của kính hiển vi quét đầu dò (SPM) ra đời. Trong một khoảng thời gian dài, ý tưởng về kính hiển vi dựa trên đầu dò đã được phát triển sang nhiều kỹ thuật đặc biệt, chẳng hạn như kính hiển vi quét đường hầm (STM), kính hiển vi lực nguyên tử (AFM), kính hiển vi lực từ (MFM)…. đơn giản đã chứng minh được tính duy nhất của chúng trong việc đạt được độ phân giải ở cấp độ dưới micromet. Trong đó, kính hiển vi lực từ (MFM) đại diện cho một trong những phương pháp tinh tế nhất để nghiên cứu tính chất từ của bề mặt, với độ phân giải cao, việc chuẩn bị mẫu dễ dàng [1]. MFM là một tính năng mở rộng của chế độ tapping mode của AFM, là một phương pháp để tìm ra cấu trúc bề mặt của một vật liệu ở cấp độ nanomet. MFM được quan tâm là do tiềm năng độc đáo của nó, nó có thể giải quyết các vấn đề khảo sát cơ bản và ứng dụng, chẳng hạn như sự phát triển của công nghệ nano hiện đại. Trong hóa học, MFM là không thể thiếu để nghiên cứu hình thái học, cấu trúc và tính chất của hợp chất nano với các thể vùi từ tính. MFM có ý nghĩa đặc biệt trong các nghiên cứu tính chất từ của các cấu trúc nano, đặc biệt là trong việc nghiên cứu các kích thước và hiệu ứng lượng tử [2]. Hiện nay, trong y sinh, các hạt nano từ tính đang được nhiều sự quan tâm bởi tiềm năng và ứng dụng của nó, chẳng hạn như chúng phân loại và chia tách giữa tế bào và các phân tử sinh học, phân phối thuốc, ghi nhãn và điều trị việc tăng thân nhiệt từ. Điều quan trọng cho sự phát triển của các ứng dụng các hạt nano từ tính là vị trí của các hạt có thể được xác định với độ chính xác cao. Để phát triển các ứng dụng này, lý tưởng nhất là một kỹ thuật cung cấp hình ảnh thông tin ba chiều, có độ phân giải nanomet, và có thể phân biệt các hạt nano từ tính cụ thể từ các hạt khác hoặc các vật liệu sinh học. MFM phù hợp với những chi tiết kỹ thuật này, bởi vì nó kết hợp với AFM cho tính chất ba chiều của thông tin và tiếp cận độ phân giải của AFM trong khi cho phép dò mẫu từ hóa, do đó cho phép phân biệt các hạt nano từ tính từ các tính năng nền [3]. Ngoài ra, MFM còn được ứng dụng để theo dõi chuyển động của các hạt nano từ tính và phát hiện thông tin động lực học của phân tử mà nó được gắn theo [4]. Trong bài viết HVTH: Phan Thị Kiều Loan Trang 1 Kính hiển vi lực từ (MFM) GVHD: TS. Đinh Sơn Thạch này, chúng ta sẽ nghiên cứu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và khả năng của MFM trong việc phân tích các hạt nano từ để ứng dụng trong thực tế. Chương I Tổng quan về từ và vật liệu từ I. Nguồn gốc từ trường [5] - . N . . ). . Trong hầu hết các vật liệu đều có mômen từ tổng cộng, nhờ các electron tạo thành nhóm từng cặp, gây ra mômen từ bị triệt tiêu bởi lân cận của nó. Trong các vật liệu từ nào đó, các mômen từ với một tỷ lệ lớn của các electron đã được sắp xếp, khi tạo ra một từ trường đồng nhất. Trường được tạo ra trong vật liệu ( hoặc bằng một nam chân điện) có một hướng chảy và nam châm bất kỳ nào đều thể hiện một lực để cố gắng sắp xếp nó theo từ trường ngoài, giống như cái kim la bàn. Các lực này được sử HVTH: Phan Thị Kiều Loan Trang 1 ... - tailieumienphi.vn