Tính chất quang của chất keo Fe3O4 chức năng hóa bề mặt trong từ trường

Hình 3.16. Nhiễu xạ nhiều lần trong dung dịch nano từ [11]

Sự xuất hiện cộng hưởng lưỡng cực dipol và sau đó tạo ra những sóng đứng gây ra sự trễ ánh sáng truyền tới cũng là nguyên nhân dẫn tới sự suy giảm ánh sáng tán xạ.

Khi không có từ trường ngoài, các moment từ tính của các hạt từ được định hướng ngẫu nhiên. Khi có từ trường đặt vào, moment của các hạt từ bắt đầu tự sắp xếp dọc theo hướng của từ trường. Sự sắp xếp của các moment từ càng chính xác và độ dài của chuỗi tăng lên khi thời gian tăng dần. Sự quan sát hiện tượng tán sắc của các hạt nano sắt từ qua kính hiển vi điện tử truyền qua TEM ở nhiệt độ thấp dưới từ trường khẳng định cấu trúc hình ống, sự đối xứng lục giác bị bóp méo.

Xét hệ số truyền qua A:

Với:

A I I0

 coth 1

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 65 trang tài liệu này.



H

(3.2)

(3.3)

 I0 và I: Cường độ ánh sáng truyền qua trước và sau khi có từ trường

 k và T : Hằng số Boltzmann và Nhiệt độ tuyệt đối

 µ và H: Moment từ của hạt và Từ trường đặt vào

Sự sắp xếp và khoảng cách giữa các chuỗi thay đổi làm cho moment từ µ cũng thay đổi dẫn đến sự thay đổi của hệ số truyền A.

Ngoài ra sự suy giảm ánh sáng khi đặt trong từ trường còn phụ thuộc vào các yếu tố như là tán xạ spin - dipol, sự tương tác giữa các moment từ, gradient trong từ trường đặt vào, lực hấp dẫn van der Waals, và các dạng lực đẩy giữa các hạt nano.

Hình 3.17 là một trong những ứng dụng đối với sợi quang học, những sợi quang học này có sự khác biệt so với sợi quang học thông thường, đó là nó được cho thêm 1 chất keo các hạt nano Fe304 siêu thuận từ vào đoạn đầu của sợi. Khi có từ trường ngoài đặt vào, sợi quang này làm cho chùm sáng mở rộng trải dài với vùng quan sát rộng hơn.

Hình 3.17. (A) Sợi quang học với đoạn đầu chứa dung dịch nano từ tính; (B) Khi chưa có từ trường đặt vào; (C) Sau khi có từ trường đặt vào [11]

Cũng lưu ý rằng sự ổn định của hiện tượng suy giảm vẫn được ghi nhận sau khi từ trường ngoài tắt. Kết quả này chỉ ra rằng cấu trúc chuỗi vẫn ổn định trong khoảng thời gian dài sau khi từ trường ngoài bị tắt. Sự ổn định này có thể được giải thích bởi hiệu ứng của lực hút lưỡng cực-lưỡng cực (dipole-dipole) giữa các hạt cũng như lực đẩy tĩnh điện do lớp điện hóa kép. Điều kiện quan trọng cho sự ổn định này là do sự điều chỉnh tự nhiên của lý thuyết Derjaguin-Landau-Verwey Overbeek (DLVO) như đã được nghiên cứu trong bài báo [11].

KẾT LUẬN

Luận văn đã trình bày các khả năng cũng như các nguyên nhân khác nhau có thể dẫn đến hiện tượng suy giảm cường độ huỳnh quang dưới tác dụng của từ trường ngoài. Kết quả nghiên cứu chất keo Fe3O4 và dung dịch Calcium Manganate pha tạp Fe (CaFexMn1-xO3) trong môi trường từ tính cho thấy:

 Mẫu số 1 (Fe3O4 nồng độ 1-4), tại giá trị từ trường đặt vào 270 Gauss, sau

65 phút, cường độ ánh sáng truyền qua bị suy giảm khoảng 35%.

 Mẫu số 2 (Fe3O4 nồng độ 1-2), tại giá trị từ trường đặt vào 270 Gauss, sau 50 phút, cường độ ánh sáng truyền qua bị suy giảm khoảng 30%.

 Mẫu số 3 (CaFexMn1-xO3 nồng độ 1-8), tại giá trị từ trường đặt vào 270 Gauss, sau 60 phút, cường độ ánh sáng truyền qua bị suy giảm khoảng 50%.

 Mẫu số 4 (CaFexMn1-xO3 nồng độ 1-16), tại giá trị từ trường đặt vào 200 Gauss, sau 45 phút, cường độ ánh sáng truyền qua bị suy giảm khoảng 30%.

Nguyên nhân chính là do sự xuất hiện nhiễu xạ nhiều lần (Multiple Diffraction) trong cấu trúc, dẫn đến ánh sáng sẽ bị "lan truyền" vào trong cấu trúc. Ngoài ra còn do sự xuất hiện cộng hưởng lưỡng cực dipol và sau đó tạo ra những sóng đứng gây ra sự trễ ánh sáng truyền tới.

Đóng góp chính của luận văn là đã khảo sát được sự suy giảm cường độ huỳnh quang theo thời gian khi đặt trong từ trường cố định. Ngoài ra chúng tôi đã chế tạo thành công cặp cuộn dây từ tính lòi ferrite, mỗi cuộn được cuốn 10.000 vòng, tạo từ trường tối đa xấp xỉ 300 Gauss khi có dòng điện 1 chiều chạy qua.

Thực nghiệm này có thể mang lại những ứng dụng có ý nghĩa trong các thiết bị điều khiển, kiểm soát ánh sáng bằng từ trường. Sự ổn định của hiện tượng suy giảm vẫn được ghi nhận sau khi từ trường ngoài tắt, điều này mang lại những ứng dụng cũng như các ý tưởng cho các thiết bị lưu trữ quang học.

Các kết quả đạt được là khá lý thú và mở ra nhiều hướng nghiên cứu ứng dụng quang học cho tương lai. Tuy nhiên trong khuôn khổ thí nghiện, chúng tôi mới

chỉ khảo sát được 1 phần hiện tượng suy giảm huỳnh quang của dung dịch nano từ khi đặt trong từ trường ngoài.

Trong thí nghiệm, chúng tôi đã cố gắng sử dụng nhiều mẫu đo với những tỷ lệ thể tích pha trộn khác nhau, từ trường cố định đặt vào cũng có khác nhau. Điều này giúp cho chúng tôi hiểu rò hơn về mối quan hệ giữa hiện tượng suy giảm huỳnh quang với tỷ lệ pha trộn thể tích dung dịch nghiên cứu và độ lớn của từ trường ngoài đặt vào. Thí nghiệm vẫn còn những điều chưa rò cần nghiên cứu khảo sát và thảo luận thêm.

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ

[1]. Đinh Thị Lan, Nguyễn Đức Thọ, Hoàng Nam Nhật, Phùng Quốc Thanh, Vũ Anh Tuấn, Trạng thái kích thích trong dung dịch nano chứa hạt gốm từ manganate, Hội nghị Vật lý chất rắn và Khoa học vật liệu toàn quốc lần thứ 7 (SPMS-2011) - Tp. Hồ Chí Minh 7-9/11/2011.

[2]. Vũ Anh Tuấn, Hoàng Nam Nhật, Hoàng Đức Anh, Nguyễn Khắc Thuận, Hiện tượng suy giảm huỳnh quang trong từ trường của dung dịch hạt nano sắt từ, Hội nghị Vật lý chất rắn và Khoa học vật liệu toàn quốc lần thứ 7 (SPMS-2011) - Tp. Hồ Chí Minh 7-9/11/2011.

[3]. Nguyễn Khắc Thuận, Vũ Anh Tuấn, Hoàng Đức Anh, Hoàng Nam Nhật, Cấu trúc và tính chất của màng vàng (Au) sử dụng trong công nghệ dát vàng cổ ở Việt Nam, Hội nghị Vật lý chất rắn và Khoa học vật liệu toàn quốc lần thứ 7 (SPMS-2011) - Tp. Hồ Chí Minh 7-9/11/2011.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt:

1. Phạm Văn Bền (2006), “Bài giảng về vật lý bán dẫn”, ĐHQGHN, ĐHKHTN.

Tiếng Anh:

2. A.V. Mahajan, D.C. Johnston, D.R. Torgeson, F. Borsa (1992), “Magnetic properties of LaVO3”, Phys. Rev. B 46, 10966.

3. John Philip, J. M. Laskar and Baldev Raj. (2008), “Magnetic field induced extinction of light in a suspension of Fe3O4 nanoparticles”, Appl. Phys. Lett. 92, 221911.

4. Rajesh Patel (2009), “Induced optical anisotropy by nanomagnetic particles in nanofluids”, Pure Appl. Opt. 11, 125004 (5pp).

5. Rajesh Patel, R.V. Upadhyay, R.V. Mehta. (2006), “Optical Properties of magnetic and non-magnetic composites of ferrofluids”. Journal of Magnetism and Magnetic Materials 300, e217–e220.

6. Rajesh Patel, “Inversion in Magneto-optical effects in Ferrofluid based MR fluid”.

7. Rajesh Patel, Kinnari Parekh, R.V. Upadhyay, R.V. Mehta (2005), “Field- induced diffraction patterns in a magneto-rheological suspension”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 289, 311–313.

8. R. A. Chakalov, M. V. Abrashev, J. Ba¨ckstro¨m, L. Bo¨rjesson, V. N. Popov,

N. Kolev, R. L. Meng, and M. N. Iliev (2002), “Raman spectroscopy of CaMnO3: Mode assignment and relationship between Raman line intensities and structural distortions”, Physical Review B, Volume 65, 184301.

9. R.V. Mehta, Rajesh Patel, Rucha Desai, R.V. Upadhyay and Kinnari Parekh (2006), “Experimental Evidence of Zero Forward Scattering by Magnetic Spheres”, Phys. Rev. Lett. 96,127402.

10. R.V. Mehta, R.V. Upadhyay, Rajesh Patel, Premal Trivedi (2005), “Magnetooptical effects in magnetic fluid containing large aggregates”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 289, 36–38.

11. Serhiy Z.Malynych, AlexanderTokarev, StephenHudson, GeorgeChumanov, JohnBallato, Konstantin G.Kornev (2010), “Magneto-controlled illumination with opto-fluidics”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 322, 1894–1897.

12. S. Kolesnik, B. Dabrowski, J. Mais, D. E. Brown, R. Feng, O. Chmaissem, R. Kruk, and C. W. Kimball (2003), “Magnetic phase diagram of cubic perovskites SrMn1-xFexO3”, Physical Review B 67, 144402.

13. X.J. Liu, Z.Q. Li, P. Wu, H.L. Bai, E.Y. Jiang (2007), “The effect of Fe doping

on structural, magnetic and electrical transport properties of CaMn1−xFexO3 (x = 0–0.35)”, Solid State Communications 142, 525–530.

14. Yang Zhong-Qin, Sun Qiang, Ling Ye and Xie Xi-de (1998), "A discrete variational method study on the electronic structures of CaMnO3 and LaMnO3", Volume 7, Number 11, Acta Phys. Sin.