Hiện tượng plasmonic của các hạt nano sắt từ co trong các màng mỏng coag và coal

MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT. iv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ. 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG PLASMONIC .1 Khái niệm về plasmon .2 Phân loại plasmon .3 Điều khiển độ truyền qua của tinh thể plasmon từ bằng từ trường ngoài .4 Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt .5 Hiện tượng plasmonic và spinplasmonics .6 Tương tác magnon-plasmon .7 Sơ lược về tình hình nghiên cứu về spin-plasmonic ở trong nước.8 Kết luận chương 1. 28 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM .1 Chế tạo màng mỏng có cấu trúc dạng hạt nano bằng phương pháp phún xạ cao tần 29 2.1 Nguyên tắc chung của phương pháp phún xạ cao tần.2 Cách bố trí bia khi chế tạo mẫu màng mỏng dạng hạt .3 Xử lý màng mỏng sau khi chế tạo .2 Chế tạo màng mỏng có cấu trúc dạng hạt nano bằng phương pháp bốc bay nổ trong chân không .1 Nguyên lý của bốc bay nổ .2 Ưu điểm, nhược điểm của phương pháp bốc bay nổ .3 Các phương pháp khảo sát màng mỏng .1 Phương pháp nghiên cứu cấu trúc bằng nhiễu xạ tia X .2 Kính hiển vi điện tử quét (SEM).3 Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) .4 Kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) .5 Khảo sát tính chất từ sử dụng từ kế mẫu rung (VSM) .4 Thiết lập hệ đo quang-từ để khảo sát hiện tượng plasmonic .1 Sơ đồ khối của các hệ đo quang-từ .2 Thông số kĩ thuật của các thiết bị sử dụng trong các hệ đo quang-từ .3 Thiết lập hệ đo quang-từ với nguồn ánh sáng laser đỏ .4 Thiết lập hệ đo quang-từ với các ánh sáng đơn sắc khác nhau .5 Kết luận chương 2.

49 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG HÌNH THÁI CẤU TRÚC DẠNG HẠT CỦA CÁC MÀNG MỎNG Co-Al2O3 VÀ Co-Ag.1 Một số đặc trưng cấu trúc và tính chất từ của hệ Co-Al2O3 .1 Tỉ lệ thành phần Co trong màng mỏng Co-Al2O3 .2 Hình thái cấu trúc bề mặt thông qua ảnh SEM .3 Hình thái cấu trúc thông qua ảnh AFM .4 Hình thái vi cấu trúc thông qua giản đồ XRD .5 Tính chất từ của hệ màng mỏng Co-Al2O3 .2 Một số đặc trưng cấu trúc và tính chất từ của hệ Co-Ag .1 Tỉ lệ thành phần Co trên màng mỏng Co-Ag.2 Hình thái cấu trúc bề mặt thông qua ảnh SEM .3 Hình thái màng mỏng dạng hạt thông qua ảnh TEM .4 Khảo sát cấu trúc màng mỏng thông qua phổ nhiễu xạ điện tử (ED) .5 Hình thái cấu trúc thông qua ảnh AFM .6 Tính chất từ của hệ Co-Ag .3 Kết luận chương 3. 72 CHƯƠNG 4: HIỆN TƯỢNG PLASMONIC TỪ Ở HỆ Co-Ag .1 Biểu hiện plasmonic từ tính thông qua phổ truyền qua của ánh sáng nhìn thấy ở hệ màng mỏng dạng hạt Co - Ag .1 Phổ truyền qua của hệ màng mỏng Co-Ag .2 Sự phụ thuộc của phổ truyền qua vào tỉ lệ Co và từ trường ngoài .3 Hiện tượng plasmonic từ tính trên hệ mẫu màng mỏng Co-Ag.2 Biểu hiện plasmonic từ tính thông qua phổ phản xạ của ánh sáng nhìn thấy ở hệ màng mỏng dạng hạt Co - Ag .1 Phổ phản xạ phụ thuộc vào tỉ lệ hạt sắt từ Co trong mẫu .2 Ảnh hưởng của từ trường lên phổ phản xạ của màng mỏng Co-Ag .3 Về biểu hiện của hiện tượng plasmonic từ tính trên hệ mẫu Co-Ag .3 Kết luận chương 4. 89 CHƯƠNG 5: HIỆN TƯỢNG PLASMONIC TỪ Ở HỆ Co-Al2O3.1 Nghiên cứu thực nghiệm phổ truyền qua ở màng mỏng dạng hạt Co - Al2O3 .1 Sự truyền qua phụ thuộc từ trường và tỉ lệ Co của ánh sáng laser đỏ.2 Sự truyền qua phụ thuộc vào hướng của từ trường ngoài .2 Cơ chế tương tác magnon-plasmon ở màng mỏng dạng hạt Co-Al2O3 .1 Mô hình cho cơ chế tương tác photon-magnon .2 Cơ chế ghim magnon trong tương tác magnon-plasmon .3 Kết luận chương 5. 106 KẾT LUẬN CHUNG.

107 TÀI LIỆU THAM KHẢO. A DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN. N iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tên tiếng Anh đầy đủ Dịch nghĩa AFM Atomic Force Microscope Kính hiển vi lực nguyên tử AMR Anisotropic Magnetoresistance Từ điện trở dị hướng CVD Chemical Vapor Deposition Lắng đọng pha hơi hóa học ED Electron Diffraction Nhiễu xạ điện tử EDS Energy Dispersion Phổ tán sắc năng lượng Spectroscopy FE Flash Evaporation Bốc bay nổ FM Ferromagnetic Material Vật liệu sắt từ GMR Giant Magneto-Resistance Từ điện trở khổng lồ GGG Gadolinium Gallium Garnet Tinh thể định hướng GGG IG Iron Garnet Tinh thể Iron Garnet LSP Local Surface Plasmon Plasmon bề mặt định xứ MBE Molecular Beam Epitaxy Phương pháp epitaxy chùm phân tử MEF Metal Enhancement Huỳnh quang tăng cường Fluorescent nhờ kim loại MGF Magnetic granular thin film Màng mỏng từ dạng hạt NM Nonmagnetic Material Vật liệu phi từ PVD Physical Vapor Deposition Lắng đọng pha hơi vật lý RF Radio Frequency Tần số Radio RKKY Ruderman-Kittel-Kasuaya- Tương tác RKKY Interraction Yosida Interraction SEM Scanning Electron Microscope Kính hiển vi điện tử quét SERS Surface Enhanced Raman Tán xạ Raman tăng cường Spectroscopy bề mặt SNOM Near-field Scanning Optical Kính hiển vi quang học Microscope quét trường gần SPE Spinplasmonic electron Điện tử spinplasmonic EELS Electron Energy Loss Phổ tổn hao năng lượng Spectroscopy điện tử SPP Surface Polariton Plasmon Plasmon polariton bề mặt SPR Surface Plasmon Resonance Cộng hưởng plasma bề mặt TEM Transmission Electron Kính hiển vi điện tử truyền Microscope qua TMR Tunneling Magnetoreristance Từ điện trở xuyên ngầm XRD X-ray Diffraction Nhiễu xạ tia X iv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Phổ đặc trưng suy giảm năng lượng điện tử [90].2 Phân loại plasmon [76].3 Plasmon bề mặt định xứ [19].4 Chiếc cốc Lycurgus [34].5 Sơ đồ thực nghiệm và mẫu khảo sát spinplasmonic [30].6 Phổ truyền qua của tinh thể Plasmonic [96].7 Kết quả phổ truyền qua tinh thể plasmon từ với cấu trúc hốc nano (đường kính 150 nm và chu kì là 400 nm ) trên bề mặt mẫu. Một sóng phân cực thẳng tới vuông góc trên tinh thể từ phía không khí [96].8 Sự kích thích dao động plasmon bề mặt lưỡng cực của hạt nano [96].9 Khi các vi hạt Co/Au được đặt trong từ trường ngoài, các electron trong các hạt Co bị phân cực spin [11].10 Cơ chế của hiện tượng plasmon-spin [58].11 Chuẩn hóa biên độ điện trường của sóng THz truyền qua hạt Co-0%Au (hình thoi), Co-35%Au (hình tròn) và Co-42%Au(hình vuông) dưới tác dụng của từ trường B// [58].12 Chuẩn hóa biên độ điện trường của sóng THz truyền qua hạt Co-0%Au (hình thoi), Co-35%Au (hình tròn) và Co-42%Au(hình vuông) dưới tác dụng của từ trường B [58].13 Plasmon tạo bởi từ trường không đồng nhất [114].14 Hiệu ứng phân cực spin của electron trong nguyên tử từ [114].15 Spin trên phổ tiêu hao năng lượng của các phương Gd/Mo (112) ở 0(a), 1/2(b), 3/4 (c) và 5/4 (d)[49].16 Bất đối xứng spin của kích thích plasmon (hình vuông) tại năng lượng tiêu hao khoảng 5 eV và Drude (vòng tròn) với năng lượng tiêu hao cỡ 1,5 eV như một chức năng của vector sóng [43].17 Phổ tổn hao năng lượng trên Gd/Mo (112) ở trung tâm các vùng Brillouin 200K và 300K [49].1 Sơ đồ cấu tạo máy phún xạ.2 Bia ghép Al2O3-Co.3 Sơ đồ hệ bốc bay nổ trong chân không.4 Nguyên lí hoạt động của kính hiển vi lực nguyên tử AFM [14].5 Sơ đồ thực nghiệm khảo sát hệ số truyền qua phụ thuộc từ trường ngoài.6 Sơ đồ thực nghiệm khảo sát hệ số phản xạ phụ thuộc từ trường ngoài.7 Sơ đồ thí nghiệm khảo sát sự phụ thuộc của dòng quang điện của quang trở vào cường độ chiếu sáng đến quang trở.8 Sự phụ thuộc của điện trở của quang trở vào cường độ sáng .9 Laser He- Ne gồm đầu phát Laser(a) và nguồn cao áp (b).10 Khảo sát sự phụ thuộc của từ trường trong cuộn cảm vào cường độ dòng điện bằng máy đo từ Gauss.11 Sự phụ thuộc của từ trường B vào cường độ dòng điện.12 Hệ đo quang-từ sử dụng detector là đầu đo công suất.

(1) nguồn laser đỏ, (2) kính phân cực, (3) cuộn dây tạo từ trường, (4) thấu kính hội tụ, (5) đầu đo công suất, (6) nguồn một chiều, (7) ôm kế, (8) nguồn cao áp của laser He-Ne.13 Hệ đo quang-từ sử dụng detector là quang trở CdS. (1) nguồn laser đỏ, (2) kính phân cực, (3) cuộn dây, (4) thấu kính hội tụ, (5) quang trở CdS, (6) nguồn một chiều, (7) ampe kế, (8) ôm kế, (9) nguồn cao áp của laser He-Ne.14 Sơ đồ nguyên lý khảo sát hệ số truyền qua phụ thuộc từ trường ngoài.15 Thiết bị lock-in DSP 7225.16 Hệ tán sắc ánh sáng CARLZEISS JENA.17 Chopper tạo xung.18 Hệ đo quang-từ với các ánh sáng đơn sắc khác nhau. (1) máy quang phổ; (2) chopper; (3) kính phân cực; (4) và (4’) thấu kính hội tụ; (5) nam châm; (6) cảm biến quang trở CdS; (7) bộ khuếch đại lock-in DSP 7225; (8) nguồn một chiều.1 Mối quan hệ giữa tỉ lệ % nguyên tử Co trên mẫu so với tỉ lệ diện tích bia.2 Ảnh SEM của mẫu màng mỏng Co(24%)-Al2O3 tẩm thực NaOH 10 phút.3 Ảnh SEM của mẫu màng mỏng Co(24%)-Al2O3 đã tẩm thực NaOH 5 phút.6 Ảnh AFM được trích xuất từ các ảnh AFM của các mẫu màng mỏng Co(15%)-Al2O3 và Co(40%)-Al2O3 sau khi đã ủ nhiệt ở 250oC trong vòng 1h .7 Minh họa mặt cắt của bề mặt ghi nhận được bằng AFM của các mẫu màng mỏng Co-Al2O3, thể hiện các hạt/chùm nguyên tử Co cô lập được bao bởi lớp nền Al2O3.8 Giản đồ XRD của mẫu màng mỏng dạng hạt Cox(Al2O3)1-x với x = 0.9 Đường cong từ trễ của mẫu màng mỏng dạng hạt Co(x%)-Al2O3 với từ trường vuông góc bề mặt mẫu với x = 6, 16, 27, 49.10 Đường cong từ trễ của mẫu màng mỏng dạng hạt Co(27%)-Al2O3.11 Đường cong từ trễ của mẫu màng mỏng dạng hạt Co(27%)-Al2O3 với từ trường theo hai phương song song và vuông góc với bề mặt mẫu.12 Đường cong từ trễ của mẫu màng mỏng dạng hạt Co(49%)-Al2O3.13 Kết quả phân tích EDS mẫu màng mỏng Co(8%)-Ag.14 Kết quả phân tích EDS mẫu màng mỏng Co(15%)-Ag.15 Kết quả phân tích EDS mẫu màng mỏng Co(25%)-Ag.16 Kết quả phân tích EDS mẫu màng mỏng Co(50%)-Ag.17 Ảnh SEM của mẫu màng mỏng dạng hạt nano Co(23%)-Ag bốc bay nổ.18 Ảnh SEM của mẫu màng mỏng dạng hạt nano Co(20%)-Ag phún xạ.19 So sánh hình thái bề mặt qua ảnh SEM của các mẫu màng mỏng được bốc bay nổ với tỷ lệ Co khác nhau.20 Ảnh SEM của mẫu Co(27%)-Ag sau khi bắn phá ion.21 Ảnh SEM của mẫu Co(20%)-Ag sau khi bắn phá ion.22 Ảnh TEM của mẫu màng mỏng dạng hạt nano Co(22%)-Ag bốc bay nổ.23 Ảnh ED của mẫu màng mỏng dạng hạt nano Co(22%)-Ag.24 Ảnh AFM của mẫu màng mỏng dạng Co(22%)-Ag.25 Ảnh AFM của mẫu màng mỏng dạng Co(27%)-Ag.26 Ảnh AFM của mẫu màng mỏng dạng 100% Co.27 Ảnh AFM của mẫu màng mỏng dạng 100% Ag.28 Tính chất từ của một số màng mỏng từ dạng hạt Co-Ag.