Luận án tiến sĩ: Phát triển dây nano từ tính đa lớp cho cảm biến magnetoresistive khổng lồ

• Tác giả: Thong Chi Le
• Người hướng dẫn: Dr. Roy McCann
• Trường học: University of Arkansas
• Chuyên ngành: Electrical Engineering
• Đề tài: Development of Multilayered Magnetic Nanowires for Giant Magnetoresistive Sensors
• Loại tài liệu: dissertation
• Năm xuất bản: 2009
• Địa điểm: Ho Chi Minh City

• ABSTRACT
• ACKNOWLEDGEMENTS
• TABLE OF CONTENTS
• 1. CHƯƠNG 1: OVERVIEW
• 1.1. Size comparison of commercial magnetic sensors
• 1.2. Multilayered magnetic nanowires
• 1.3. Outline of the Dissertation
• 2. CHƯƠNG 2: SWITCHED RELUCTANCE MOTOR
• 2.1. History of the Switched Reluctance Motor
• 2.2. Advantages and Disadvantages
• 2.3. Interlayer exchange coupling
• 2.4. Origin of the GMR effect
• 2.4.1. The discovery of GMR
• 2.4.2. Theory of perpendicular giant magnetoresistance in magnetic multilayers
• 3. CHƯƠNG 3: FABRICATION AND CHARACTERIZATION
• 3.1. Fabrication of multilayered magnetic multilayers
• 3.2. Applications of multilayered magnetic nanowires
• 3.3. Thin film deposition
• 3.3.1. Physical Vapor Deposition (PVD)
• 3.3.2. Chemical Vapor Deposition (CVD)
• 3.3.3. Electrodeposition of Co/Cu multilayered thin films
• 3.4. Scanning Electron Microscopy (SEM)
• 3.5. Atomic Force Microscopy (AFM)
• 4. CHƯƠNG 4: GMR SENSOR FABRICATION
• 4.1. Fabrication of Co/Cu multilayered nanowires
• 4.2. Single layer Co nanowire growth
• 4.3. Co/Cu multilayered nanowire growth
• 4.4. Development of multilayered magnetic nanowires for GMR sensors
• 4.5. Experimental results and discussion
• 5. CHƯƠNG 5: MEASUREMENTS AND RESULTS
• 6. CHƯƠNG 6: CONCLUSIONS AND FUTURE WORK
• LIST OF FIGURES
• LIST OF TABLES

I. Dây nano từ tính

Dây nano từ tính là một trong những vật liệu tiên tiến được nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực công nghệ nano. Các dây nano này được tạo thành từ các lớp vật liệu từ tính và không từ tính xen kẽ, tạo ra cấu trúc đa lớp vật liệu. Phương pháp lắng đọng điện hóa xung được sử dụng để kiểm soát cấu trúc tuần hoàn của các dây nano này. Các dây nano Co/Cu được phát triển thông qua màng polymer nanopore trên các chất nền bằng phương pháp liên kết mẫu hỗ trợ quang khắc (LATB). Độ dày lớp và cấu trúc tinh thể được điều chỉnh để ảnh hưởng đến hiệu ứng magnetoresistive khổng lồ (GMR).

1.1. Cấu trúc và phương pháp chế tạo

Các dây nano từ tính được chế tạo bằng phương pháp lắng đọng điện hóa xung, tạo ra các lớp xen kẽ giữa vật liệu từ tính (Co) và không từ tính (Cu). Phương pháp này cho phép kiểm soát chính xác độ dày lớp và cấu trúc tinh thể, yếu tố quan trọng để đạt được hiệu ứng GMR. Các dây nano được phát triển trên màng polymer nanopore, tạo ra cấu trúc thẳng đứng với độ đồng đều cao.

1.2. Ứng dụng trong cảm biến từ tính

Các dây nano từ tính được ứng dụng trong cảm biến magnetoresistive, đặc biệt là cảm biến từ tính có độ nhạy cao. Cấu trúc đa lớp của dây nano giúp tăng cường hiệu ứng GMR, làm cho cảm biến có khả năng phát hiện từ trường nhỏ với độ chính xác cao. Điều này mở ra tiềm năng ứng dụng trong các hệ thống đo lường và điều khiển chính xác.

II. Cảm biến magnetoresistive khổng lồ

Cảm biến magnetoresistive khổng lồ (GMR) là một loại cảm biến từ tính dựa trên hiệu ứng magnetoresistive xảy ra trong các vật liệu đa lớp từ tính. Hiệu ứng này làm thay đổi điện trở của vật liệu khi có sự thay đổi từ trường bên ngoài. Các cảm biến GMR được phát triển từ dây nano từ tính đa lớp có độ nhạy cao và khả năng hoạt động trong điều kiện từ trường mạnh.

2.1. Nguyên lý hoạt động

Hiệu ứng magnetoresistive khổng lồ xảy ra khi các lớp từ tính trong cấu trúc đa lớp thay đổi hướng từ hóa dưới tác dụng của từ trường ngoài. Sự thay đổi này dẫn đến sự thay đổi điện trở của vật liệu, tạo ra tín hiệu điện có thể đo được. Các cảm biến GMR sử dụng nguyên lý này để phát hiện và đo lường từ trường.

2.2. Ứng dụng thực tế

Các cảm biến GMR được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống đo lường từ trường, đặc biệt là trong các động cơ điện và hệ thống điều khiển công nghiệp. Chúng cung cấp độ chính xác cao và khả năng hoạt động ổn định trong môi trường từ trường mạnh, làm cho chúng trở thành công cụ không thể thiếu trong các ứng dụng công nghệ cao.

III. Nghiên cứu vật liệu nano và ứng dụng

Nghiên cứu về vật liệu nano đã mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong các lĩnh vực công nghệ cao, đặc biệt là trong việc phát triển các cảm biến từ tính và cảm biến magnetoresistive. Các vật liệu nano như dây nano từ tính và cấu trúc đa lớp vật liệu được nghiên cứu để tối ưu hóa hiệu suất và độ nhạy của các thiết bị cảm biến.

3.1. Phát triển vật liệu nano

Các vật liệu nano được phát triển thông qua các phương pháp tiên tiến như lắng đọng điện hóa, quang khắc và lắng đọng hơi vật lý (PVD). Các phương pháp này cho phép kiểm soát chính xác cấu trúc và tính chất của vật liệu, tạo ra các sản phẩm có hiệu suất cao và độ bền tốt.

3.2. Ứng dụng trong công nghệ cảm biến

Các vật liệu nano được ứng dụng rộng rãi trong việc phát triển các cảm biến từ tính và cảm biến magnetoresistive. Chúng cung cấp độ nhạy cao, độ chính xác và khả năng hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt, làm cho chúng trở thành công cụ quan trọng trong các hệ thống đo lường và điều khiển hiện đại.