CHƢƠNG 2 KHÁI QUÁT VỀ VẬT LiỆU TỪ NANO TS. NGUYỄN KHÁNH DŨNG NỘI DUNG 1. Cấu trúc nano từ 2. Từ học nano I. Từ học nano II. Ứng dụng công nghệ nano trong việc chế tạo vật liệu từ 1. Công nghệ nano – Khoa học nano 2. Chế tạo vật liệu từ nano 3. Nghiên cứu vật liệu từ nano ở Việt nam. Vật liệu từ nano có thể đƣợc hiểu là: Vậy để hiểu về vật liệu từ nano chúng ta sẽ tìm hiểu về cấu trúc, từ tính của vật liệu có cỡ hạt nanomét và ứng dụng công nghệ nano vào việc chế tạo vật liệu từ. 1. Các vật liệu từ mà cấu trúc của chúng bao gồm các hạt có kích thước cỡ nanomét (10 -9 m). 2. Vật liệu từ đƣợc chế tạo theo công nghệ nano. §1. Cấu trúc nano 1. Khái niệm: Cấu trúc nano bao gồm các chấm lƣợng tử, các lƣỡng cực lƣợng tử, các dây lƣợng tử - thuộc về các mạch lƣợng tử của các máy tính lƣợng tử có kích thƣớc nanomét. Nền tảng của cấu trúc nano là nguyên tử và phân tử. 2. Cấu trúc Nguyên tử: a. Vài nét lịch sử Một số mô hình nguyên tử Dalton 1802 Banh bida Thomson 1897 Bánh hạt nho Rutherford 1911 Đám mây điện tử Bohr 1913 Lớp vỏ e - Nguyên tử là phần tử bé nhỏ nhất cấu tạo nên vật chất. Nguyên tử gồm hạt nhân mang điện tích dƣơng, xung quanh hạt nhân có các điện tử mang điện âm, chuyển động trên các quỹ đạo khác nhau. Mỗi nguyên tố hóa học có một loại nguyên tử đặc trƣng. Kí hiệu nguyên tử Z X A - X là tên nguyên tử (nguyên tố hóa học) - Z là số điện tử hay số proton của hạt nhân - A là số khối lƣợng (số nucleon) b. Các mẫu cấu trúc nguyên tử a.1. Mẫu Rutherford (1911): - Nguyên tử là hạt nhỏ nhất của nguyên tố hóa học, có kích thước khoảng 10 -9 m - Giữa nguyên tử là hạt nhân mang gần như toàn bộ khối lượng nguyên tử ( 3,35.10 -27 kg ), có điện tích dương (+1,6.10 -19 C ), kích thước ~ 10 -14 m - Xunh quanh hạt nhân là các điện tử , có điện tích âm (-1,6.10 - 19 C ), chuyển động trên các quỹ đạo khác nhau, sắp xếp theo các lớp - Nguyên tử số z = số điện tích dương = số e - , là số thứ tự nguyên tử trong bảng tuần hoàn. - Không giải thích được hiện tượng bức xạ. a.2. Mẫu N.Bohr (1913): - Tương tự mẫu Rutherford - Các electron chuyển động trên các quỹ đạo bền , ở trạng thái dừng , không bức xạ và không hấp thụ năng lượng - Chỉ khi electron nhẩy từ quỹ đạo dừng này sang quỹ đạo dừng khác nó mới bức xạ hoặc hấp thụ một lượng tử năng lượng hf mn =E m -E n - Chỉ đúng cho nguyên tử có ít điện tử và không giải thích được hiệu ứng Zeeman (sự tách các vạch phổ khi đặt nguyên tử trong từ trường). - Tương tự mẫu Bohr - Các e chuyển động trên các quỹ đạo ứng với một lượng tử số n=1,2,3 , do đó năng lượng của e và khoảng cách của nó tới hạt nhân gián đoạn. - Đưa thêm lượng tử số l để xác đònh hình dạng của quỹ đạo của e, lượng tử số m xác đònh sự đònh hướng của quỹ đạo (l, m là các số nguyên). a.3. Mẫu Xommecphen : [...]... các chức năng định trƣớc - Về mặt hình học, cấu trúc nano có hạt nano, sợi hoặc ống nano, lớp hoặc màng mỏng nano  -Về mặt chức năng có: • Vật liệu nano: + Chấm lƣợng tử + Vật liệu nền, nano tinh thể + Composit, cốt sợi, ống nano • Linh kiện nano: + Cảm biến nano, linh kiện đơn điện tử, linh kiện kĩ thuật spin • Máy nano: MEMS, NEMS, Protein • • • • b Đặc điểm cấu trúc nano: Số ngun tử, phân tử trong... các “nam châm tí hon” để tƣơng hợp với chúng khi sử dụng • Các vật liệu từ cỡ hạt nanomét làm xuất hiện nhiều tính chất vật lí thú vị và độc đáo nhƣ hiệu ứng từ trở khổng lồ, độ bền cơ học cao, từ tính cao • Có khả năng chế tạo các vật liệu nano từ Các hạt nano sắt từ đƣợc tạo ra trên đế Cu và Pt b Ví dụ về các sản phẩm cấu trúc nano từ 1 Van Spin: a) Van thƣờng; b) Van có ghim Thực hiện chức năng... tối thiểu gồm 3 lớp, hai lớp từ hai bên, giữa có lớp phi từ Dòng điện có thể chạy song song hoặc vng góc với các lớp Có thể chọn vật liệu và làm các lớp phi từ sao cho khi khơng có từ trường ngồi véctơ mơmen từ spin của hai lớp từ ngược chiều nhau còn khi có từ trường thì chúng cùng chiều 2 Tiếp xúc tunen từ MTJ (Magnetic Tunneling Junction) Lớp từ H=0 H = HC Điện mơi Lớp từ Cũng là một van đóng mở,... tự sắp xếp trên đế silicon 5 Cấu trúc nano từ a Khái niệm: • Theo quan niệm cổ điển, các vật liệu sắt từ cấu tạo từ những hạt nhỏ bé, gọi là các đơmen mà trong đó ln tồn tại một mơmen từ tự phát Đơmen có kích thƣớc khoảng 1 μm, tức là chứa hàng triệu ngun tử • Theo cơ học lƣợng tử, mỗi ngun tử đều có từ tính, nghĩa là một hạt cỡ nanomét có thể xem nhƣ một đơmen từ rồi • Mặt khác khi đã hạ đƣợc kích... học, chúng là các hạt trung hòa về điện • • • • Phân tử đơn ngun tử: H2 Phân tử lưỡng ngun tử: H2O Phân tử nhiều ngun tử: SrFe12O19 Các đại phân tử: các phân tử sinh học như protein, polisaccarit (tinh bột), lipit 4 Cấu trúc nano: Các phần tử vật chất ở giới hạn kích thƣớc μm và nm a Các dạng của cấu trúc nano: Cấu trúc nano là các hệ thống có kích thƣớc cỡ nanomét (từ 1 ÷ 100 nm), gồm các ngun tử,... tạo Đặc trƣng volt-Amper của trazitor tạo bởi ống nano carbon * Chấm lƣợng tử (quantum dot QD): Kích thƣớc chỉ vài nm, làm từ vật liệu bán dẫn, kim loại hay polyme, sử dụng làm bộ nhớ có độ tích hợp cao, làm linh kiện đóng mở * Các linh kiện đóng mở có độ nhạy cao, đa chức năng nhƣ tranzitor đơn điện tử, linh kiện điện tử xun hầm, linh kiện vi điện tử -nano điện tử (spintronics) Chấm lƣợng tử của germani... hiện nhiều tính chất hồn tồn mới, của chính ngun tử Các tính chất điện tử và từ bị khống chế bởi các quy luật lƣợng tử, có thể thực hiện các chức năng mà các cấu trúc vi điện tử khơng có đƣợc Kích thƣớc nhỏ, tính xếp chặt cao tạo ra tốc độ sử lí và truyền thơng tin lớn Là cấu trúc của mn lồi trong tự nhiên c Ví dụ về cấu trúc nano: * Phân tử Furenlơ C60 (a), C70 (b) Gồm các ngun tử C (60 hoặc 70 ngun... dẫn * Ống nano carbon Tạo thành từ các ngun tử C, dạng ống rỗng, đƣờng kính 1÷25 nm, dài đến cm • Nhẹ hơn thép hàng chục lần, bền hơn thép hàng trăm lần • Có độ dẫn điện phụ thuộc cấu trúc Có thể là điện mơi, bán dẫn hay dẫn điện • Là một dây lƣợng tử, dùng làm linh kiện điện tử nhƣ tranzitor trƣờng • Làm bộ nguồn phẳng, chất độn composit • Pha tạp làm chất điện quang, điện cực, pin nhiên liệu, xƣơng... Lepton: nơtrino, muon, tau + Medon: pion, kao, Dmedon + Quac: quac lên, quac xuống, quac lạ Mỗi lepton và quac gồm 6 hạt và 6 phản hat, là các hạt vật chất Ngoài ra còn các hạt khác như hạt photon (hạt bức xạ, là lượng tử của các trường tương tác giữa các hạt vật chất với nhau) PHÁT HiỆN HẠT NHÂN NGUN TỬ SỰ TỒN TẠI CỦA NGUYÊN TỬ KÍCH THƯỚC NGUYÊN TỬ NHÌN THẤY NGUYÊN TỬ Một số tính chất của ngun tử: •... tunen từ MTJ (Magnetic Tunneling Junction) Lớp từ H=0 H = HC Điện mơi Lớp từ Cũng là một van đóng mở, hoạt động theo ngun tắc xun hầm Là van spin lí tưởng: khi van mở (có từ trường ngồi) có dòng điện xun hầm chạy qua Khi van đóng (khơng có từ trường ngồi) dòng xun hầm khơng chạy qua được Hai trạng thái có và khơng có dòng xun hầm (van mở và đóng) phân biệt rất rõ ràng  . nano – Khoa học nano 2. Chế tạo vật liệu từ nano 3. Nghiên cứu vật liệu từ nano ở Việt nam. Vật liệu từ nano có thể đƣợc hiểu là: Vậy để hiểu về vật liệu từ nano chúng ta sẽ tìm hiểu về. CHƢƠNG 2 KHÁI QUÁT VỀ VẬT LiỆU TỪ NANO TS. NGUYỄN KHÁNH DŨNG NỘI DUNG 1. Cấu trúc nano từ 2. Từ học nano I. Từ học nano II. Ứng dụng công nghệ nano trong việc chế tạo vật liệu từ 1. Công. cấu trúc, từ tính của vật liệu có cỡ hạt nanomét và ứng dụng công nghệ nano vào việc chế tạo vật liệu từ. 1. Các vật liệu từ mà cấu trúc của chúng bao gồm các hạt có kích thước cỡ nanomét (10 -9 m).