bạn đang truy cập nguồn tài liệu chất lượng cao do www ...mientayvn.com/cao hoc quang...

Bạn đang truy cập nguồn tài liệu chất lượng cao do www.mientayvn.com phát hành.

Đây là bản xem trước của tài liệu, một số thông tin và hình ảnh đã bị ẩn đi. Bạn chỉ xem được

toàn bộ tài liệu với nội dung đầy đủ và định dạng gốc khi đã thanh toán. Rất có thể thông tin mà

bạn đang tìm bị khuất trong phần nội dung bị ẩn.

………………………………………………………………………………………

Liên hệ với chúng tôi: [email protected] hoặc [email protected]

………………………………………………………………………………………

Thông tin về tài liệu

Số thứ tự tài liệu này là (số thứ tự tài liệu dùng để tra cứu thông tin về giá của nó): 1756

Định dạng gốc: .doc

………………………………………………………………………………………

Xem giá cả và hình thức thanh toán tại đây: www.mientayvn.com/bg_thanh_toan.html

Tập tin có cài pass (bạn sẽ nhận được pass sau khi đã thanh toán):

www.mientayvn.com/Cao%20hoc%20quang%20dien%20tu/Semina%20tren%20lop/Cac_pp_qu

ang_pho_may_qp_1756_1758/1756_MFM.rar

………………………………………………………………………………………

Các tài liệu được tặng miễn phí kèm theo:

www.mientayvn.com/Tai_lieu_cung_chu_de/1756.doc

………………………………………………………………………………………

CHÚNG TÔI RẤT MUỐN CUNG CẤP TÀI LIỆU NÀY MIỄN PHÍ CHO CÁC HỌC SINH,

SINH VIÊN NGHÈO, HOẶC CÓ HOÀN CẢNH ĐẶC BIỆT KHÓ KHĂN. ĐỂ NHẬN ĐƯỢC

TÀI LIỆU NÀY MIỄN PHÍ, HÃY THỰC HIỆN THEO CÁC YÊU CẦU Ở MỤC 1, 3, 5, 8, 9,

10 TRONG LIÊN KẾT SAU ĐÂY: http://mientayvn.com/Trao_doi_tai_nguyen.html

………………………………………………………………………………………

Đối với sinh viên, học viên cao học của bộ môn vật lý ứng dụng, khoa vật lí-vật lí kỹ thuật, đại

học khoa học tự nhiên TPHCM: gửi cho chúng tôi địa chỉ mail lớp, chúng tôi sẽ cung cấp thông

tin để các bạn truy cập miễn phí tài liệu.

………………………………………………………………………………………

http://www.mientayvn.com/

mailto:[email protected]

http://www.mientayvn.com/bg_thanh_toan.html

http://www.mientayvn.com/Cao%20hoc%20quang%20dien%20tu/Semina%20tren%20lop/Cac_pp_quang_pho_may_qp_1756_1758/1756_MFM.rar

http://www.mientayvn.com/Cao%20hoc%20quang%20dien%20tu/Semina%20tren%20lop/Cac_pp_quang_pho_may_qp_1756_1758/1756_MFM.rar

http://www.mientayvn.com/Tai_lieu_cung_chu_de/1756.doc

http://mientayvn.com/Trao_doi_tai_nguyen.html

Đối với sinh viên khoa vật liệu, đại học khoa học tự nhiên TPHCM: các bạn muốn sử dụng tài

liệu này phải có email giới thiệu của một trong các tác giả có bài đăng trên trang web của chúng

tôi. Các tác giả này phải công tác tại khoa vật liệu. Trong email giới thiệu, xin ghi thật ngắn gọn,

và đầy đủ thông tin, không cần chào hỏi.

Chi tiết xin xem tại:

http://mientayvn.com/dich_tieng_anh_chuyen_nghanh.html

http://mientayvn.com/dich_tieng_anh_chuyen_nghanh.html

Kính hiển vi lực từ (MFM) GVHD: TS. Đinh Sơn Thạch

HVTH: Phan Thị Kiều Loan Trang 1

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



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



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



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



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



dụng để điều khiển môtơ điện, tạo âm thanh trong một hệ loa, kiểm sóat cuộn tiếng

trong CD player, v.v...Các tương tác giữa từ và điện, vì vậy là một khía cạnh thiết

yếu của nhiều thiết bị mà chúng ta sử dụng hàng ngày.

Hình 1. Quỹ đạo của một electron đang quay xung quanh nguyên tử.

II. Một số đại lượng cơ bản trong từ học

(magnetic field strength).

.

(Oer 1Oe =80 A/m

(magnetic induction).

). Trong chân không: 0.B H v 7

0 4. .10 .N A

1T=10000G.

(magnetic moment)

.m2.

.



:

2. .2 2

ev evrI S r

r

: .L p r mvr

: .n

v rm

Suy ra: . .

2 2 4

e v r en en

m m

: 24 29,27.10 .4. .

B

eA m

m

B .

(magnetization).

H. N

.

, H, M như sau:

0 ( )B M H

M H

(magnetic susceptibility). Ta có:

0 0 0( ) (1 ) (1 1/ ).B M H H M

1 .



III. Vật liệu từ

1. .

61020, , , , , ...H Si Bi Pb Cu Au

Hình 2. Mô hình chất nghịch từ

2. Chất thuận từ

.



đ

:

C

T

.

. Muối hydrad của các kim loại chuyển tiếp, như

CuSO4.5H2 .

Hình 3. Mô hình chất thuận từ

3. .

xếp song song với nhau. Hiệu ứng này được giải thích theo lý thuyết cổ điển bằng

sự có mặt của một trường phân tử bên trong vật liệu sắt từ, lần đầu tiên được đưa ra

bởi Weiss vào năm 1907. Trường này đủ để từ hóa vật liệu đến trạng thái bão hòa.

Trong cơ học lượng tử, model Heisenberg của sắt từ đã mô tả sự định hướng song

song của các mômen từ theo tương tác trao đổi giữa các mômen lân cận.



Weiss đã đưa ra sự có mặt của các đômen từ bên trong vật liệu, là các vùng

mà ở đó các mômen từ nguyên tử được định hướng. Sự dịch chuyển của các đômen

này sẽ xác định vật liệu hưởng ứng như thế nào với một từ trường v

0.

:

- .

- .

.

:

.

C.

).



Hình 4. Giản đồ chất thuận từ.

:

.

: Ferrite Sr, AlNiCo5, AlNiCo9

,…

Các vật liệu phản sắt từ rất giống như các vật liệu sắt từ, nhưng tương tác

trao đổi giữa các nguyên tử lân cận dẫn đến sự sắp xếp phản song song của các

mômen từ nguyên tử. Vì vậy, từ trường triệt tiêu và vật liệu xuất hiện bản chất

giống như là một vật liệu thuận từ. Giống như các vật liệu sắt từ, các vật liệu này trở

thành thuận từ ở trên một nhiệt độ chuyển tiếp , được gọi là nhiệt độ Néel, TN.

370C.

exchange bia - .



Hình 5. Mô hình chất phản sắc từ.

.

Hình 6. Mô hình Feri sắt từ.

Ferit từ chỉ được quan sát trong các hợp chất có cấu trúc tinh thể phức tạp

hơn so với các nguyên tố thuần khiết. Bên trong các vật liệu này các tương tác trao

đổi dẫn đến một sự sắp xếp song song của các nguyên tử trong cùng một vị trí tinh

thể và sự sắp xếp phản song song trong các vị trí khác. Vật liệu bị chia thành các

đômen, giống như trong vật liệu sắt từ và bản chất từ cũng như vậy , mặc dù các vật

liệu ferít có độ từ hóa bão hòa thấp hơn. Ví dụ trong ferit barium, (BaO.6Fe2O3), ô

đơn vị chứa 64 ion, trong đó các ion Ba và ôxy không có các mômen từ; 16 Fe3+

có

các mômen từ sắp xếp song song và 8 Fe3+

sắp xếp phản song song , cho một độ từ

hóa riêng song song với trường ngoài, nhưng với độ lớn tương đối thấp, chỉ 1/8 của

các ion đóng góp vào độ từ hóa của vật liệu.

5.



.

.

.

Hình 7. Bảng tuần hoàn của các nguyên tố cho ta bản chất từ của mỗi nguyên tố

tại nhiệt độ phòng.

IV. Đômen từ

Để giải thích được sự thật là các vật liệu sắt từ với độ từ hóa tự phát có thể

tồn tại ở trạng thái khử từ, Weiss đã đưa ra khái niệm các đômen từ. Weiss đã xây

dựng trên cơ sở của công trình trước đó của Ampère, Weber và Ewing khi đưa ra sự

tồn tại của chúng. Các kết quả tìm thấy của công trình này liên quan đến điều là bên

trong một đômen một số lớn các mômen nguyên tử đã được định hướng là 10 12

–

10 18

, vượt quá một khối lượng lớn hơn nhiều so với những dự đoán trước đó. Độ từ

hóa bên trong đômen đã được bão hòa và sẽ luôn nằm theo phương từ hóa dễ khi ở

đó không có từ trường ngoài đặt vào. Phương của sự định hướng đômen ngang qua



một khối lượng lớn vật liệu là ngẫu nhiên nhiều hay ít và vì vậy độ từ hóa của một

mẫu là có thể bằng không.

Đômen từ tồn tại nhằm giảm năng lượng của hệ. Một mẫu được từ hóa đồng

nhất, có một năng lượng tĩnh từ lớn liên quan đến nó. Đó là hệ quả của sự có mặt

của cáccự từ tự do tại bề mặt của mẫu, khi phát sinh ra một trường khử từ , Hd. Từ

quy ước được chấp nhận cho dịnh nghĩa của mômen từ cho một dipol từ thì độ từ

hóa bên trong mẫu chỉ ra đi từ cực nam cho đến cực bắc, trong khi đó phương của

từ trường chỉ ra là đi từ cực bắc đến cực nam. Vì vậy, trường khử từ theo phương

ngược với sự từ hóa của mẫu. Độ lớn của Hd phụ thuộc vào hình học và độ từ hóa

của mẫu. Nói chung, nếu mẫu có tỷ lệ cao của độ dài trên đường kính ( và được từ

hóa theo truc dài) thì trường khử từ và năng lượng tĩnh từ sẽ thấp.

Hình 8. Minh họa sự chia vật liệu thành (a) đơn đômen, (b) hai dômen, (c) Bốn

đômen và (e) Các đômen khép kín.

Việc phân chia mẫu được từ hóa thành hai đômen như minh họa trên hình

8(b) đã làm giảm năng lượng tĩnh từ xuống còn một nửa. Trong thực tế , nếu nam

châm được phân chia thành N đômen thì năng lượng tĩnh từ sẽ được giảm đi N lần,

vì vậy, hình 8(c) có ¼ năng lượng tĩnh từ của hình 8(a). Hình 8(d) chỉ ra cấu trúc

đômen kín, ở đó năng lượng tĩnh từ bằng không, song điều này chỉ có thể được đối

với các vật liệu mà không có một dị hướng từ đơn trục mạnh, và các đômen lân cận

không phải bị từ hóa theo phương 180o đối với nhau.



Việc đưa vào một đômen đã làm tăng năng lượng tổng cộng của hệ, vì vậy

việc chia thành các đômen chỉ tiếp tục khi việc giảm năng lượng tĩnh từ lớn hơn so

với năng lượng đòi hỏi để tạo ra vách đômen. Năng lượng liên quan đến một vách

đômen tỷ lệ với diện tích của nó. Việc biểu diễn sơ đồ của vách đômen được chỉ ra

trên hình 11, chỉ ra rằng các mômen dipol của các nguyên tử bên trong vách không

nằm 180o đối với nhau và năng lượng trao đổi cũng tăng lên bên trong vách. Vì vậy,

năng lượng vách đômen là một tính chất nội tại của một vật liệu phụ thuộc vào mức

độ dị hướng từ tinh thể và cường độ của tương tác trao đổi giữa các nguyên tử lân

cận. Độ dày của vách sẽ thay đổi tương quan đến các thông số này, vì một dị hướng

từ tinh thể mạnh sẽ phù hợp một vách hẹp, trong khi mà một tương tác trao đổi

mạnh sẽ thích hợp với một vách rộng

Vì vậy, một năng lượng cực tiểu có thể đạt được với một số riêng biệt các

đômen bên trong một mẫu. Số các đômen sẽ phụ thuộc vào kích thước và hình dạng

của mẫu ( nó sẽ ảnh hưởng lên năng lượng tĩnh từ) và tính chất từ nội tại của vật

liệu ( nó sẽ ảnh hưởng lên năng lượng tĩnh từ và năng lượng vách đômen).

Hình 9 .

Hình 10 .



Hình 11. Các đômen từ

Chương II

Kính hiển vi lực từ magnetic force microscopy (MFM)

và ứng dụng của nó trong nghiên cứu vật liệu từ

I. Lịch sử ra đời: [2]

Kính hiển vi lực từ (MFM) kết hợp một kỹ thuật hiện đại của các phép đo từ

trường với tiềm năng độc đáo của kính hiển vi đầu dò. Các kính hiển vi đầu dò đầu

tiên là kính hiển vi quét đường hầm (STM), nó có thể khảo sát các bề mặt dẫn điện

và thực hiện sự điều chỉnh mục tiêu của chúng trên cấp độ một nguyên tử và phân

tử. Loại kính hiển vi này đã trở thành một hình thức sơ khai của một họ kính hiển vi

thăm dò, trong đó kính hiển vi lực nguyên tử và những sự cải biến của nó được sử

dụng phổ biến nhất. Trong một kính hiển vi quét đầu dò (SPM), một đầu dò miro

(tip) với sự hỗ trợ của hệ thống cơ học chính xác quét bề mặt. Đồng thời, các bộ

phận điều khiển của kính hiển vi phát hiện các đặc điểm cụ thể của sự tương tác

giữa đầu dò và bề mặt được nghiên cứu. Phát hiện này có thể là do dòng chui hầm

giữa tip kim loại và bề mặt của một vật dẫn trong trường hợp của kính hiển vi

đường hầm (STM), còn trong trường hợp kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) phát

hiện này là do các lực tương tác giữa tip sắc nét làm bằng vật liệu cứng và bề mặt

của mẫu. Kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) là bản chất của một máy đo biên dạng

nhạy, như một dụng cụ để đo độ gồ ghề và địa hình của bề mặt, và theo sự nhạy đó,



nó có thể được xem xét như khoảng cách tương đối của một máy quay đĩa với một

tip kim cương. Kính hiển vi đường hầm và kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) có độ

phân giải không gian tốt hơn 1 A0, tức là chúng có thể quan sát từng nguyên tử và

phân tử trên bề mặt các vật liệu khác nhau. Những hình ảnh khác nhau có được khi

sử dụng kính hiển vi STM và AFM được trình bày trong hình 12 và hình 13 như là

những ví dụ.

Hình 12. Bề mặt của pyrolytic graphic có được khi dùng STM.

Hình 13. Bề mặt của mica sử dụng AFM.

Martin and Wickramasinghe đã cải tiến AFM để khảo sát tính chất từ của bề

mặt với độ phân giải không gian dưới micromet. Nó sử dụng một mũi kim micro

làm từ vật liệu sắt từ như là một tip đầu dò để đo lực từ được thử nghiệm bằng cách

đặt nam châm siêu nhỏ này trong vùng lân cận của một mẫu vật từ tính. Sự cải tiến

này của AFM được gọi là MFM.

Độ phân giải không gian cao nhất nhận được nếu AFM hoạt động ở chế độ

„contact mode‟, ở chế độ này tip sẽ tiếp xúc với bề mặt của mẫu để nghiên cứu. Như

là một quy luật, trong chế độ „tapping mode‟ độ phân giải nhận được sẽ khác nhau

và hơi tệ hơn so với trường hợp trước. Tuy nhiên, độ phân giải nguyên tử ổn định

cũng có thể được ghi nhận trong chế độ tapping mode trong chân không siêu cao.



Trong chế độ tapping mode, sự rung của một bộ phận vi điều khiển đàn hồi

(cantilever), một tip được gắn trên nó dao động tại tần số cộng hưởng trong bề mặt

lân cận của mẫu vật. Một cantilever là một buồng cộng hưởng cơ học tương tự với

một âm thoa nhỏ. Khi cantilever tiến đến bề mặt, các lực hoạt động bề mặt có thể

gây tăng thêm sự tắt dần dao động của cantilever. Trong điều kiện phòng thí nghiệm

theo quy định, độ nhớt của không khí và sự hấp thu của lớp nước trên bề mặt gần

như phủ định độ chính xác của phép đo. Phép đo trong chân không, không bị các

yếu tố này cản trở, do đó, lực tương tác giữa đầu dò và mẫu được duy trì ở mức tối

thiểu và vì vậy cải thiện được độ phân giải không gian lên cấp độ nguyên tử.

Trong chế độ non-contact mode, lực tác dụng lên tip của AFM dựa vào

tương tác van der waals.

Trong MFM, tip có thêm hoạt động của các lực từ. Khi tip được nâng lên

trên bề mặt mẫu ở độ cao từ 10 – 50 nm, toàn bộ lực hút van der waals hầu như

hoàn toàn biến mất và tip bị ảnh hưởng chính bởi các lực từ. Trong trường hợp này,

đó là sự tương tác từ gây ra độ lệch của tip từ chuyển động thẳng như hình 14. Bởi

vì kích thước nhỏ nên tip của MFM có thể được xác định bằng một lưỡng cực từ.

Lực F hoạt động ở trên tip được tính theo mối liên hệ:

F=m0gradH (1)

ở đây m0 là moment từ của tip, H là cường độ từ trường.

Một vi tạp chất từ tính trong mẫu vật sẽ sinh ra từ trường, độ lớn của từ

trường tại khoảng cách R là:

H(R)= (2)

Ở đây, r là đơn vị bán kính vector theo hướng quy định và m là moment từ

của vi tạp chất từ tính. Từ phương trình (1) và (2), lực tương tác giữa tip kính hiển

vi và vi tạp chất từ tính là:

(3)



Từ phương trình (3), chúng ta có thể dùng phép toán gần đúng. Chúng ta giả

sử rằng các moment lưỡng cực đều có sự định hướng tương tự dọc theo trục z. Vì

vậy, lực tương tác giữa chúng là:

(4)

Và gradient trường lực là:

(5)

Ví dụ, hai vi hạt sắt với đường kính 10 nm (m0=m ≈ 9x10-29

A.m2) đặt ở

khoảng cách 10 nm, lực từ của tương tác là ~ 4.9x10-11

N và gradient lực ~1.9x10

-2

N.m-1

. Bậc độ lớn của các các giá trị được xác định bởi MFM.

Hình 14. Giản đồ minh họa của một lực từ trên tip micro của MFM. Sự định hướng

của các đomen từ trên bề mặt của mẫu được thể hiện bởi những dòng ở phần đáy.

Phân tích so sánh các phương pháp khác nhau sử dụng để nghiên cứu tính chất

từ của bề mặt cho thấy rằng MFM có độ nhạy khá cao với thông lượng từ (ở cấp độ

10-4

T) và có khả năng nhận được một độ phân giải không gian duy nhất khi so sánh

với các giá trị nhận được từ các phương pháp đo từ khác. Độ nhạy của MFM với

thông lượng từ chỉ thấp hơn không đáng kể so với SQUID – thuộc kính hiển vi quét.

II. Cấu tạo



Hình 15. (a) Sơ đồ khối hệ thống cơ học của một MFM, (b) Tip cantilever được

phủ vật liệu sắt từ, (c) Quỹ đạo chuyển động của tip micro; (a): (1) Dịch chuyển

nhỏ, (2) Photodetector, (3) Laser, (4) Cantilever, (5) Mẫu khảo sát, (6) Bộ quét áp

điện; (c): (1) Quỹ đạo trong quy trình ghi nhận biên dạng bề mặt, (2) Quỹ đạo trong

quy trình ghi nhận biên dạng từ tính và (3) độ lệch từ quỹ đạo được chọn gây ra bởi

lực tương tác giữa tip micro và một đomen từ trong mẫu khảo sát. [2]

Gồm có các bộ phận: Hình 15.

Bộ chuyển đổi gốm sứ áp điện (PZT)

Cần quét

Tip

Nguồn laser

Photodetector

Và các bộ phận khác

1. Bộ chuyển đổi gốm sứ áp điện: (PZT) [6]

- PZT thay đổi chiều khi một điện trường được áp vào.

- Khi áp điện thế x-y, bộ quét sẽ chuyển động theo hướng x, y. (hình 16)

- Chuyển động thẳng đứng (z) cho thông tin địa hình bề mặt.



Hình 16. Cấu hình PZT như là một bộ quét hình ống cho dịch chuyển theo 3 trục.

Hình 17. Dãy quét điển hình: x, y: 0-100μm; z: 0-5μm.

2. Tip: [6]

- Được làm bằng silic nitrit(Si3N4) hoặc là Si

Hình 18. Ảnh SEM của tip.

- Tip được phủ một lớp màng từ mỏng (ví dụ như CoCr), có bán kính là 20-

40nm

Hình 19. Bán kính của tip



- Độ phân giải MFM bị giới hạn bởi kích thước của thể tích từ ở đỉnh của tip

và bán kính mũi.

- Được chế tạo bởi kỹ thuật quang khắc và ăn mòn axit của silic, lớp silic

oxide hoặc silic nitric được lắng đọng trên wafer silic.

3. Cần quét:

- Cấu tạo giống một lò xo lá có hình tam giác rỗng, hoặc hình trụ. Làm bằng

Si3N4, hoặc SiO2. Độ cứng khoảng 0,01N/m đến 0,1N/m.

- Kích thước của một cantilever hình tam giác rỗng

- Chiều dài điển hình vào khoảng: 100-200µm

- Rộng 10-40µm và dày khoảng 0,3-2µm.

Hình 20. Mô hình cần quét và tip: chiều dài của cần quét là 200-300μm, chiều cao

của mũi dò là 5-20μm.[kỹ thuật và ứng dụng].

4. Nguồn laser

Hình 21. Hình ảnh hoạt động của nguồn laser.

5. Photodetector



Hình 22. Hình ảnh hoạt động của photodetector.

Hình 23. Mô hình cấu tạo của MFM

III. Nguyên lý hoạt động

Mẫu khảo sát được đặt trên bộ quét áp điện làm cho dịch chuyển không gian của

mẫu khảo sát dọc theo ba trục tọa độ. Thông thường, bộ quét áp điện là một ống có

thành mỏng của gốm sứ áp điện được phủ một hệ thống điện cực kim loại. Điện thế

áp vào các điện cực thay đổi kích thước hình học của ống, bởi vì ảnh hưởng đảo

ngược của bộ áp điện. Bộ quét áp điện đặc trưng cho một độ bền cơ học cao, vì vậy

nó nhạy với các địa chấn và âm thanh nhiễu, điều khiển đơn giản và tuổi thọ cao.

Những thuận lợi này đã được xác định trong việc sử dụng rộng rãi kết cấu này của

bộ quét áp điện trong kính hiển vi thực tế. Sai số của dịch chuyển do tính chất phi

tuyến của vật liệu của bộ quét áp điện là mặt hạn chế cho bộ quét áp điện loại này.



Tuy nhiên, sai số của dịch chuyển của vật được nghiên cứu có thể được hạn chế

bằng một phần mềm điều khiển, bằng cách áp một điện thế điều khiển lên các điện

cực của bộ áp điện phù hợp với một thuật toán chính xác cụ thể. Trong các hệ thống

đo lường, điện dung bổ sung và bộ chuyển đổi quang học được sử dụng, chúng cung

cấp một dịch chuyển thẳng trong dãy mạng phẳng của mẫu khảo sát từ 1-250 mm

(dọc theo các trục tọa độ x và y) và từ 1-15 mm thường trong mạng phẳng này (dọc

theo trục tọa độ z) cho các bộ quét áp điện khác nhau. [2]

Trong các kính hiển vi quét có sử dụng tip, một bộ phận đặc biệt quan trọng là

hệ hồi tiếp (feedbeck system - FS). Bộ phận này giữ ∆IZ không đổi bằng cách sử

dụng bộ quét áp điện điều khiển mẫu dịch chuyển lên xuống theo trục z . Bằng cách

như vậy, đầu tip đã lượn đúng theo độ mấp mô của bề mặt trong quá trình quét. Sử

dụng số liệu x,y,z phần mềm máy tính sẽ cho ảnh 3 chiều bề mặt với độ phân giải

nguyên tử. hình 24

Hình 24. Hệ hồi tiếp (FS)

Như đã trình bày ở trên, MFM là một thiết bị cải tiến từ AFM nên nguyên lý

hoạt động rất giống nguyên lý hoạt động của AFM. Nói một cách ngắn gọn, MFM

là một AFM với một tip được phủ một lớp mỏng vật liệu từ gắn trên một cantilever

mềm mại. Mũi dò quét trên bề mặt mẫu sẽ có sự tương tác với các thành phần từ

tính trên bề mặt, qua đó vẽ bản đồ phân bố các thành phần từ tính bề mặt, mà cụ thể

ở đây là cấu trúc đômen của vật rắn. (hình 25)



Hình 25. Tip quét trên bề mặt mẫu khảo sát

Hình 26

(United Kingdom).

Hình 27. Nguyên lý của MFM.



Trong MFM, cantilever ở trên mẫu khảo sát. Lực từ F hoạt động trên tip làm

cho cantilever bị bẽ cong và dẫn đến một dịch chuyển thẳng đứng của tip (hình 4b).

Theo định luật Hooke, dịch chuyển này được xác định bởi độ bền cơ học của

cantilever (hằng số đàn hồi) cụ thể nằm trong dãy từ 0.1-10N.m.

Sự cong của cantilever được phát hiện bằng một bộ chuyển đổi thay thế nhỏ.

Trong các bộ chuyển đổi khác nhau (điện dung, cảm điện, sự chui ngầm,…), các

cảm biến quang được sử dụng rộng rãi nhất. Chúng phát hiện góc lệch của chùm

laser phản xạ từ bề mặt của cantilever. Một chùm laser hội tụ trên bề mặt phản xạ

của đầu tự do của cantilever và thay đổi vị trí của chùm nhiễu xạ, chỉ ra rằng độ cong

của cantilever được xác định bằng một khe diot quang. Hình 28

Hình 28. Sơ đồ quang học để phát hiện độ cong của cantilever

IV. Các chế độ hoạt động: [1]

.

1.Chế độ tĩnh (static mode)

Ở chế độ này người ta đo độ lệch của cần quét để vẽ ảnh bể mặt mẫu.

Lực từ giữa tip và bề mặt mẫu dựa vào định luật Hooke:

F= -k∆z. (6)

Trong đó: k độ cứng của catilever.

∆z độ lệch của catilver.

2. Chế độ động (Dynamic mode)



Chế độ này giữ cho cần quét dao động rất gần với tần số cộng hưởng của

nó.Trong quá trình hoạt động, biên độ dao động của cantilever được giữ không đổi

nhờ hệ hồi tiếp. Việc lực chọn tần số dao động tối ưu được trợ giúp bằng phần mềm

và lực tác dụng lên mẫu được tự động thiết lập và giữ ở mức thấp nhất có thể được.

Khi tip quét qua vị trí lồi trên bề mặt, cantilever có vùng dao động tự do nhỏ hơn và

do đó biên độ dao động giảm. Ngược lại, khi tip quét qua chỗ lõm xuống thì

cantilever có vùng dao động tự do lớn hơn và biên độ tăng lên (đạt giá trị lớn nhất-

biên độ dao động tự do trong không khí). Biên độ dao động của tip được đo bằng

detector và được sử dụng làm tín hiệu phản hổi để điều chỉnh khoảng cách tip-mẫu

sao cho biên độ (hay lực tác dụng) được duy trì không đổi, đồng thời nó được dùng

để tạo ảnh địa hình.

Khi độ lệch nhỏ, cantilever có thể xem như dao động điều hòa với phương

trình:

F=F0cosωt. (7)

Trong đó :

k

m

Vì lực thay đổi theo khoảng cách giữa tip và mẫu nên ta có:

)Δz=kΔz (8)

=> )Δz (9)

Với F0 là lực ban đầu

): hằng số đàn hồi hiệu dụng

:

(10)



Trong đó, k là độ cứng tự nhiên của cantilver. Phụ thuộc vào khoảng cách tip

mẫu được xem như hằng số đàn hồi, luôn giữ nguyên suốt quá trình dao động. (hình

29)

Hình 29. Sơ đồ mô tả chế độ của MFM

Có hai cách để đo tần số cộng hưởng: phát hiện biên độ dựa trên dao động

của cantilever ở tần số cho trước (giá trị này lớn hơn tần số cộng hưởng). Nghĩa là sự

thay đổi tần số cộng hưởng gây ra độ lệch của cần quét. Thứ hai là phát hiện tần số:

cần quét được dao động chính xác ở đúng tần số cộng hưởng, biên độ thì được điều

chỉnh bởi bộ hồi tiếp.

MFM có thể hoạt động trong chế độ tần số không đổi, chế độ quét hai lần

(tapping-lift) hoặc chế độ giữ cho độ cao không đổi. Vấn đề chủ yếu là phải tối thiểu

hóa các đặc tính hình thái bề mặt trên ảnh của phân bố lực từ. Để giải quyết vấn đề

này các phép đo MFM được thực hiện theo chế độ quét hai lần . Trong chế độ này,

lần quét thứ nhất được xác định qua chế độ hoạt động bán tiếp xúc (tapping), ở đây

cấu trúc bề mặt thu được trong khi cần quét đi theo hướng của đường quét hình 31.

sau lần quét đầu tiên, cần quét được nâng lên trên bề mặt ở độ cao dZ cần thiết và

cho phép thu nhận ảnh địa hình tương tự một cách chính xác. Do độ cao dZ, cần quét

chỉ bị ảnh hưởng bởi các lực tác dụng trên một khoảng dài. (hình 30)



Hình 30. Mô tả chế độ tapping và lift mode

Hình 31. Chế độ quét hai lần của lift mode. Bên trái: ảnh địa hình bề mặt- chế độ

bán tiếp xúc hoặc tapping mode của lần quét đầu tiên, bên phải: lần quét thứ hai,

quét nâng theo dõi ảnh địa hình để thu được ảnh tương phản từ (môi trường ghi từ).

V. Ưu điểm và nhược điểm

Ưu điểm:

o Có khả năng phân tích cấu trúc từ mà không đòi hỏi sự phá hủy hay xử lý

mẫu như kính hiển vi Lorentz.

o Độ phân giải không bị giới hạn bởi hiện tượng nhiễu xạ, mà chỉ phụ thuộc

vào kích thước và bước quét của mũi dò trên bề mặt mẫu vật.

Nhược điểm:



o MFM ghi ảnh dựa vào hiện tượng quét nên độ phân giải thời gian thấp, khả

năng ghi ảnh chậm. Đồng thời, việc ghi ảnh tức thời trong quá trình từ hóa

của MFM kém hơn rất nhiều so với kính hiển vi Lorentz.

o Việc ghi lại cấu trúc từ của các vật liệu từ mềm khó hơn do trường phân tán

trên mũi ảnh hưởng đến đômen từ của mẫu vật.

VI. Ứng dụng

1. Trong y sinh:

a. Phát hiện vi khuẩn magnetotaktic: [1]

Nghiên cứu về vi khuẩn “magnetotaktic” là một ứng dụng rất hứa hẹn. Trong tế

bào của nó, có những mảnh khoáng chất có kích thước nano, đó là “magnetosome”,

Fe304, Fe3S4 được bao bọc bởi các màng lipid, protein. Chuỗi “magnetosome”

hướng dọc theo trục đối xứng của tế bào và lưỡng cực từ cố định.

Hình 32. Ảnh chụp bằng AFM (trái) và MFM (phải) của “magnetosome.

b. Sự phụ thuộc của các hạt nano từ vào cấu trúc [1]

Mô tả các hạt nano một cách có hiệu quả và hệ thống phát hiện nhạy đối với các

yếu tố sinh học chẳng hạn như streptavidin. Sự kết hợp kỹ tuật ảnh MFM và sự

đánh dấu từ tính thích hợp tạo hứa hẹn tạo nên một thiết bị phát hiện sinh học.

MFM cũng đã được kiểm chứng trong nghiên cứu nano từ để làm rõ sự phụ thuộc

của tính chất từ vào cấu trúc.



Hình 33. Bên trái là ảnh địa hình của chế độ bán tiếp xúc của AFM và bên phải là

ảnh của pha ở chế độ quét thứ hai của MFM. (hỗn hợp của các hạt nano maghemite

-hematite).

c. Phân biệt các hạt nano từ và các hạt nano phi từ tính: [3]

Các hạt nano từ có nhiều tiềm năng và ứng dụng rất rộng trong y sinh, ví dụ

như ứng dụng phân loại và chia tách trong tế bào và phân tử sinh học, phân phối

thuốc, ghi nhãn và điều trị tăng thân nhiệt từ. Đối với hầu hết những ứng dụng này,

điều cần thiết là các hạt nano từ tương tác với các tế bào, đặc biệt với các loại cụ thể

của tế bào nằm trong cơ thể hoặc trong ống nghiệm. Đối với việc phân phối thuốc

phải tạo thuận lợi cho các hạt vào trong các tế bào trong khi phân loại tế bào hoặc

hoặc trị liệu nhiệt, tương tác bên ngoài với màng tế bào là tương ứng. Đối với các

hạt ứng dụng điều trị có khả năng nhắm vào các tế bào cụ thể, vì vậy hoạt động của

các hạt chỉ được phân phối ở nơi được yêu cầu. Vì vậy, sự phát triển của các ứng

dụng của hạt nano từ tại vị trí các hạt đòi hỏi độ chính xác cao, một kĩ thuật phù hợp

cho các ứng dụng này là cho thông tin 3D, độ phân giải nanomet, đặc biệt có khả

năng phân biệt các hạt nano từ từ các hạt khác hoặc các vật liệu phân tử sinh học.

Kính hiển vi lực từ (MFM) với những thuận lợi của nó, nó đáp ứng cho các nghiên

cứu này, tuy nhiên MFM cũng cho một phản ứng mạnh mẽ trên các hạt nano phi từ

tính hoặc trong trường hợp không có tương tác từ tính như mong đợi, đưa đến kết

quả sai lệch.



Một nghiên cứu gần đây đã thảo luận về ứng dụng của MFM để phát hiện và cục bộ

hoá các hạt nano siêu thuận từ ( SP- MNPs ). Trong nghiên cứu đó, thành công

trong việc ghi ảnh MFM của các cluster nhỏ của SP- MNPs (< 10 nm ) đã được

chứng minh lần đầu tiên. SP- MNPs là một phần cực kỳ quan trọng của các hạt từ

tính bởi vì do sự vắng mặt của các hạt từ hóa còn sót lại, chúng được từ hóa khi một

từ trường bên ngoài được áp dụng, đó là rất hữu ích cho việc chia tách và các ứng

dụng điều trị. Hình 34, đối với mục đích của hình ảnh MFM, các khả năng để bật

và tắt từ hóa của SP - MNPs bằng cách áp một trường bên ngoài vào, rất hữu ích để

giúp hiểu được phản ứng của đầu dò MFM. Tuy nhiên, có khả năng là các trường từ

đầu dò từ hoá của MFM có thể từ hóa các mẫu chính nó, làm hạn chế các khả năng

để phân biệt giữa bản chất của các hạt trong và ngoài của các trường ngoài. Đặc biệt

là đối với SP- MNPs. Hơn nữa , đã có một số kết quả khó hiểu được công bố, chẳng

hạn như hình ảnh chế độ lift mode của các hạt nano từ cho thấy sự tương phản

không tương quan với các đặc tính từ tính của mẫu, và được mô tả đơn giản như là

hình ảnh MFM giả, vì vậy sự tương phản trong những hình ảnh này chưa được giải

thích đúng cách. Cho đến nay, không có nghiên cứu nào được mô tả trực tiếp cho

thấy sự khác biệt giữa các hạt từ tính và không từ tính trong cùng điều kiện, có

nghĩa rằng sự giải thích các hình ảnh MFM xuất hiện của các hạt từ tính còn khó

khăn.

Mặc dù những vấn đề này và sự tồn tại của một số kỹ thuật tinh vi hơn cho

đặc tính từ tính bằng cách sử dụng AFM, chế độ lift mode là kỹ thuật phổ biến nhất

được sử dụng cho MFM và thường cho độ tương phản cao ngay cả trong điều kiện

môi trường xung quanh, bởi vì nó là tương đối đơn giản để thực hiện. Trong chế độ

lift mode, sự thay đổi pha, biên độ của tần số cộng hưởng trực tiếp liên quan đến

đạo hàm lực cục bộ. Trong nghiên cứu này, các lực phát sinh đã được đánh giá

thông qua sự thay đổi trong pha khác nhau do độ nhạy cao của tín hiệu này. Thật

không may, trong khi chuyển pha xuất phát từ chế độ ghi ảnh ở chế độ lift mode,

thường được sử dụng để mô tả các cấu trúc nano từ tính, chưa hề có một nghiên cứu



nào về hệ thống phản ứng của kỹ thuật này để từ hóa mẫu và so sánh các phản ứng

này thu được với mẫu phi từ tính. Vì lý do này, việc giải thích của hình ảnh giả nói

trên là khó khăn. Hơn nữa , mặc dù nó đã được chỉ ra rằng sự phủ các hạt từ tính có

thể được tạo ảnh bằng MFM, không có so sánh trực tiếp của các phản ứng phụ

thuộc vào khoảng cách của các hạt được phủ và không được phủ có sẵn.

Chính vì vậy mà đã có nghiên cứu để phân biệt các hạt nano từ tính và phi từ

tính.

Để xác định xem các kết quả cho các hạt nano phi từ tính là do hiệu ứng tĩnh

điện, thí nghiệm tương tự được thực hiện trên một chất nền dẫn điện, được căn cứ,

như là đầu dò dẫn điện của AFM hình 35(A). Điều này không có tác dụng rõ rệt, tức

là tỷ lệ của dịch chuyển pha của quặng sắt từ so với dịch chuyển pha đối với vàng là

xấp xỉ như nhau. Tuy nhiên, khi áp vào một sự thế DC không cân xứng giữa mũi

nhọn và mẫu, khác biệt đáng kể đã được quan sát . Như có thể thấy trong hình

35(B), áp vào một sự thế DC không cân xứng của 2.500 mV. Hiệu suất của đầu dò

giấu các hạt nano vàng từ hình ảnh, trong khi cường độ của các hạt từ tính vẫn là

như nhau. Vẽ thế không cân xứng so với dịch chuyển pha ( hình 35( C ) ) xác nhận

rằng các xu hướng tăng giảm độ tương phản trên các Au NPs ( thấp nhất là 33 %

của giá trị không bị lệch của chúng ), trong khi thay đổi rất ít sự tương phản về các

MNPs ( 97% giá trị không bị lệch). Nhìn chung, những kết quả này cho thấy lực

tĩnh điện có nhiệm vụ cho sự tương phản nhìn thấy trên các hạt nano vàng và cũng

đề nghị một cách để giảm bớt những đóng góp từ hình ảnh MFM .

Kỹ thuật này cho phép hủy bỏ sự đóng góp tĩnh điện từ các thành phần phi từ

tính, có nghĩa là chỉ có các hạt từ tính sẽ hiển thị tương phản đáng kể trong hình ảnh

MFM (so sánh với hình 35(A) và 35(B)). Dựa trên các kết quả nhìn thấy ở đây, cho

thấy rằng các dịch chuyển pha dương nhìn thấy trên các hạt nano phi từ tính, là do

một sự tương tác đẩy tĩnh điện giữa các đầu dò cân bằng điện tích và bề mặt. Mặt

khác, kể từ khi đầu dò có thể từ hóa các mẫu, các hạt nano từ tính thể hiện một sự



tương tác chủ yếu là hấp dẫn với đầu dò, thể hiện một dịch chuyển pha âm tại trung

tâm của các hạt .

Hình 34. Sự hiện diện của các vùng lớn của cùng các pha tương phản trong vùng

phẳng của mẫu, phụ thuộc vào một phần nhỏ của các hạt với cùng định hướng của

độ từ hóa (hình elip màu vàng), giả sử xác định các hạt là gần nhau và chỉ có các

cluster của các hạt được ghi lại. Những ảnh được thực hiện với tip từ tính LSH 10

nm. Từ bên trái qua: độ cao, sai số biên độ và hình ảnh pha. Vùng phẳng của mẫu

(một vùng được khoanh vùng elip) mô tả các khu vực tương phản tương tự nhau –

cluster của các hạt nano từ tính.



Hình 35. bên trái: ảnh MFM dịch chuyển pha ở độ cao nâng 15 nm (A) và 100 nm

(B)của một cluster của các hạt nano Fe3O4 (mũi tên màu đen) và tán xạ của các hạt

nano Au (một vài ví dụ với những mũi tên màu trắng). (C) phản ứng dịch pha của

các hạt nano sắt từ và hạt nano vàng khi có trường ngoài và không có trường ngoài.

Sai số của các trục cho thấy các kết quả lệch với các đầu dò khác nhau. Ghi chú

rằng trong một số trường hợp, sai số của các trục được giấu đằng sau các kí tự. (D)

Biên dạng dòng xuyên suốt những hình ảnh pha và độ cao của các cluster sắt từ nhỏ

và các hạt nano Au riêng biệt (trái và phải). Các biên dạng này là từ những hình ảnh

thu nhận được tại độ cao nâng của 10 nm và 30 nm trên đỉnh và dưới đáy.



Hình 36. Ảnh MFM ở chế độ lift mode khi áp thế vào mẫu ((A) 0V; (B) -2500

mV). Mũi tên màu trắng cho thấy các hạt nano Au và mũi tên màu đen là của một

cluster của các hạt nano từ. (C) hình vẽ của dịch chuyển pha tương tứng với thế áp

vào. Các đường chấm chấm cho thấy khớp tuyến tính của dữ liệu.

Hình 37. Dữ liệu MFM từ hệ thống Si/sắt từ. (A) hình ảnh dịch pha của MFM của

hỗn hợp sắt từ thuần và các hạt Si thuần. (B) hình vẽ dịch chuyển pha tương ứng với

độ cao nâng cho hệ thống hỗn hợp này, cho thấy dữ liệu được chọn từ các hạt Si và



các hạt sắt từ. (C) ảnh MFM dịch chuyển pha cho thấy phản ứng từ các hạt lõi – vỏ

sắt từ/ Si. (D) hình vẽ dữ liệu dịch chuyển pha của độ cao nâng từ các hạt Si được

phủ này.

2. Trong kỹ thuật [6]

Việc lưu trữ các số liệu từ đang hướng tới mật độ cao và thời gian đọc. ghi

nhanh hơn. Vì lý do này đầu đọc, ghi phải chuyển động với tốc độ rât cao trong

khoảng vài ngàn angsstrom bề mặt. Điều này đòi hỏi các điều kiện nghiêm ngặt trên

màng mỏng từ và đế được dùng cho sản xuất các thiết bị từ.

MFM được dùng để kiểm tra sự hoàn thiện bề mặt quá trình với độ phân giải

rất cao. Ví dụ, MFM dùng để nghiên cứu độ mấp mô của tấm và đĩa từ cứng được

chuẩn bị bằng các cách khác nhau. Kết quả cho thấy tính thống kê địa hình bề mặt

nhận được từ số liệu MFM đã thể hiện rõ rệt so với các số liệu của máy do profile

quang học không tiếp xúc.

MFM cũng được dùng để đo sự phân bố của màng chất lỏng trên bề mặt.

Màng mỏng bôi trơn được sử dụng trên đĩa từ cứng để nâng cao chất lượng mài

mòn. Sự nhận biết về phân bố của các lớp màng này có thể đi tới sự hiểu biết rõ

ràng về tính chất mài mòn của chúng. Chiều dày lớp màng chất lỏng trên bề mặt có

thể đo được bằng đường cong lực phụ thuộc khoảng cách tip-mẫu trong MFM.

Hình 38. Ảnh địa hình (a) và ảnh gradient lực từ (tín hiệu pha) (b) của một dãy bốc

bay kim loại; thang dữ liệu là 100 nm và 100, độ cao nâng là 5 nm.



Hình 39. Hình ảnh chụp bằng MFM (phải) màng mỏng garnet.

VII. Kết luận

Qua hai thập kỉ, kính hiển vi lực từ (MFM) đã phát triển từ một công cụ khoa

học thuần túy đến kỹ thuật ghi ảnh vi từ được sử dụng rộng rãi. Không cần những

chuẩn bị tốn kém thời gian, các kỹ thuật tự thích nghi này dẫn đến sự hiển thị ảnh

toàn diện của các mẫu từ tính khác nhau. MFM có khả năng ứng dụng rộng rãi trong

phân tích các vật liệu từ, đặc biệt có khả năng ứng dụng rất mạnh mẽ trong y sinh,

MFM đã phát hiện ra vi khuẩn magnetotaktic, nghiên cứu được sự phụ thuộc tính

chất từ vào cấu trúc để ghi nhãn sinh học, phân phối thuốc, khả năng phản ứng của

các hạt từ tính và phi từ tính cũng được phát hiện bằng MFM. Trong tương lai,

MFM sẽ còn được nghiên cứu mạnh mẽ hơn nữa bởi khả năng ứng dụng tuyệt vời

của nó trong y sinh.

Tài liệu tham khảo

[1]. Hendrych, R. Kubínek and A. V. Zhukov, The magnetic force microscopy and

its capability for nanomagnetic studies - The short compendium.

[2]. I V Yaminsky, AMTishin, Magnetic force microscopy.

[3]. Cristina S Neves, Pedro Quaresma, Pedro V Baptist, Patrićia A Carvalho,

João Pedro Araújo, Eulália Pereira1 and Peter Eaton, New insights into the use of

magnetic force microscopy to discriminate between magnetic and phi từ tính

nanoparticles.



[4]. Dimitar Baronov, Student Member, IEEE, and Sean B. Andersson, Member,

IEEE, Controlling a Magnetic Force Microscope to track a Magnetized Nanosize

Particle.

[5]. William F. Smith, ebook, Principle of materials science and engineering.

bạn đang truy cập nguồn tài liệu chất lượng cao do www ...mientayvn.com/cao hoc quang...

Documents