1. Sơ lược về lịch sửLịch sử của từ học được bắt đầu từ khi người Trung Hoa cổ đại phát hiện ra các đá từ thạch có khả năng định hướng Nam- Bắc, và có khả năng hút các vật bằng sắt. Nghiên cứu về từ học được mở ra vào thế kỷ 18 khi Girlbert viết cuốn sách về Điện và Từ, sau đó là thí nghiệm về sự tương tác giữa từ trường và dòng điện (của Oersted, các công trình của Ampere và Faraday... Các nghiên cứu về từ học và các vật liệu từ thực sự phát triển như vũ bảo ở thế kỷ 20, và vật liệu từ đã thực sự được đưa vào ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống và sản xuất

Một ví dụ về ứng dụng của vật liệu từ: Ghi/đọc trong ổ cứng máy tính

2. Nguồn gốc của từ trườngNói một cách đơn giản, dòng điện là nguồn gốc của từ trường hay nói một cách bản chất, chuyển động của các điện tích là nguồn gốc của từ trường. Mỗi điện tích chuyển động sinh ra một từ trường, hay một lưỡng cực từ (tạo thành một mômen từ, xem hình). Mômen từ của một nguyên tử sinh ra có thể do 2 nguyên nhân:- Chuyển động quỹ đạo của các điện tử (mômen quỹ đạo L)- Chuyển động tự quay của các điện tử (mômen spin S). Spin là một đặc trưng của một hạt cơ bản

Cơ chế tạo thành mômen từ3. Một số khái niệm

- Cảm ứng từ B (Magnetic Induction) : có đơn vị là G hay T, 1T = 10000 GChú ý rằng từ trường 1 T là khá đáng kể so với các từ trường thường gặp trong đời sống, ví dụ như:+ Từ trường của nam châm móng ngựa: 500 G - 1000 G+ Từ trường của nam châm đất hiếm ( rất mạnh và khá đắt tiền): 0,75 - 1.4 T+ Từ trường của các nam châm điện trong các từ kế (từ trường 1 chiều DC): 2.5 T+ Từ trường của nam châm siêu dẫn: 5-9 T+ Từ trường xung: 9-15 T+ Từ trường Trái đất: 0,5 G ...

- Cường độ từ trường (Magnetic field strength): H, có đơn vị là Oe (1 Oe~ 1G), hay A/m; 1 Oe = 80 A/m- Độ từ hoá, hay từ độ (I, Magnetization) : Là tổng các mômen từ trong một đơn vị thể tích (có cùng đơn vị với từ trường H), hay có thể dùng là tổng mômen từ trên một đơn vị khối lượng

Bảng dưới đây liệt kê một số đơn vị thường dùng trong từ học

4. Phân loại các vật liệu từ

4.1. Chất nghịch từ (Diamagnetic Materials)Tính nghịch từ là bản chất vốn có của mọi vật chất theo quy tắc cảm ứng điện từ (vật chất phản ứng lại tác động vào nó là từ trường).

- Chất nghịch từ (Diamagnetic substances), là chất không có môment từ nguyên tử. Tổng môment từ của các điện tử trong chất bằng 0 khi không có từ trường ngoài. Khi đặt vào từ trường, có thể hiểu giống như quy tắc cảm ứng điện từ là sẽ sinh ra một từ trường phụ bù trừ với từ trường ngoài (B'<<Bo, ngược chiều với Bo). Các chất như Bi, H2O, Si, Pb, Cu.. là các chất nghịch từ điển hình. Bình thường, ta không quan sát thấy hiện tượng nghịch từ vì tính nghịch từ là rất yếu trong các từ trường thông thường. Nhưng nếu ta tiến hành các thí nghiệm ở từ trường cao, sẽ thấy hiện tượng này rõ ràng hơn.

Ví dụ như ta chế tạo các màng mỏng từ (lớp rất mỏng) trên đế Si. Khi đo trong từ trường cao, tính nghịch từ của Si trở nên mạnh hơn vì màng rất mỏng nên mômen từ thấp. Nên ta có thể quan sát thấy đường cong từ hóa theo kiểu mômen từ giảm theo từ trường hay thậm trí mang giá trị âm trong từ trường dương (xem hình trên). Có thể hiểu rằng, các chất nghịch từ đẩy từ trường ra ngoài.Siêu dẫn là các chất nghịch từ lý tưởng, chúng hoàn toàn đẩy từ trường ra ngoài.

4.2. Chất thuận từ (Paramagnetic Materials)Chất thuận từ (Paramagnetic substances), là chất có mômen từ nguyên tử, nhưng các môment này không có tương tác với nhau nên ở trạng thái thường, tổng mômen từ bằng 0. Khi đặt vào từ trường ngoài, các mômen từ này có xu hướng xoay theo chiều của từ trường (cũng giống như sinh ra từ trường phụ) nên tính nghich từ của từng nguyên tử không còn ý nghĩa. Các chất thuận từ điển hình là Al, Na, O2... Hình ảnh quen thuộc mà các bạn hay thấy là ôxy lỏng bị hút vào nam châm điện cũng chỉ quan sát thấy trong các nam châm mạnh bởi tính thuận từ cũng là tính chất yếu. Hình dưới đây mô tả cấu trúc từ của chất thuận từ.

Hình ảnh về các mômen từ của chất thuận từ

Để hiểu đơn giản về chất thuận từ, ta tưởng tượng chúng giống như một hệ các nam châm nhỏ, các nam châm này đặt cách xa nhau tới mức không còn tương tác được với nhau, như vậy, khả năng phản ứng của chất với từ trường ngoài là rất kém, tức là chúng có độ cảm từ dương nhưng rất bé.

Oxy lỏng bị hút vào cực của nam châm điện

Trước đây, người ta thường liệt thuận từ vào loại từ tính yếu (hay phi từ), nhưng hiện nay, người ta lại quan tâm rất nhiều đến một loại vật liệu thuận từ khác là "siêu thuận từ" (khái niệm sẽ được trình bày sau phần sắt từ).4.3. Vật liệu sắt từ

Chất sắt từ (Ferromagnetic Materials) được biết đến là chất có từ tính mạnh, tức là khả năng cảm ứng dưới từ trường ngoài mạnh. Fe, Co, Ni, Gd.. là những ví dụ điển hình về loại chất này.

Đĩa ghi từ của ổ cứng là một sản phẩm của chất sắt từ

Chất sắt từ là các chất có mômen từ nguyên tử. Nhưng nó khác biệt so với các chất thuận từ ở chỗ các mômen từ này lớn hơn và có khả năng tương tác với nhau (tương tác trao đổi sắt từ - Ferromagnetic exchange interaction). Tương tác này dẫn đến việc hình thành trong lòng vật liệu các vùng (gọi là các đômen từ - Magnetic Domain) mà trong mỗi đômen này, các mômen từ sắp xếp hoàn toàn song song nhau (do tương tác trao đổi), tạo

thành từ độ tự phát - spontaneous magnetization của vật liệu (có nghĩa là độ từ hóa tồn tại ngay cả khi không có từ trường). Nếu không có từ trường, do năng lượng nhiệt làm cho mômen từ của các đômen trong toàn khối sẽ sắp xếp hỗn độn do vậy tổng độ từ hóa của toàn khối vẫn bằng 0.

Hình ảnh về các đômen từ

Nếu ta đặt từ trường ngoài vào vật liệu sẽ có 2 hiện tượng xảy ra:- Sự lớn dần của các đômen có mômen từ theo phương từ trường- Sự quay của các mômen từ theo hướng từ trườngKhi tăng dần từ trường đến mức đủ lớn, ta có hiện tượng bão hòa từ, lúc đó tất cả các mômen từ sắp xếp song song với nhau và trong vật liệu chỉ có 1 đômen duy nhất. Nếu ta ngắt từ trường, các mômen từ sẽ lại có xu hướng hỗn độn và lại tạo thành các đômen, tuy nhiên, các đômen này vẫn còn tương tác với nhau (ta tưởng tượng hình ảnh các nam châm hút nhau làm chúng không hỗn độn được) do vậy tổng mômen từ trong toàn khối không thể bằng 0 mà bằng một giá trị khác 0, gọi là độ từ dư (remanent magnetization). Điều này tạo thành hiện tượng trễ của vật liệu (xem hình vẽ). Nếu muốn khử hoàn toàn mômen từ của vật liệu, ta cần đặt một từ trường ngược sao cho mômen từ hoàn toàn bằng

0, gọi là lực khác từ (coercivity, hay coercive field).

Có thể nói rằng chất sắt từ có 2 đặc trưng quan trọng là: tính trễ (hysteresis behavior) và nhiệt độ Curie TC.Nhiệt độ Curie là nhiệt độ mà tại đó, chất bị mất trật tự từ, và khi T > TC, chất trở thành thuận từ và khi T < TC, chất là sắt từ. Nhiệt độ TC được gọi là nhiệt độ chuyển pha sắt từ-thuận từ. TC là một thông số đặc trưng cho chất (thông số nội tại). Ví dụ với một số chất có nhiệt độ Curie như dưới đây:Fe: 1043 KCo: 1388 KGd: 292.5 KNi: 627 K

Mỗi chất sắt từ có khả năng "từ hóa" (tức là chịu biến đổi về từ tính dưới tác động của từ trường ngoài) và khử từ khác nhau. Từ tính chất này, người ta lại phân chia chất sắt từ thành những nhóm khác nhau, mà cơ bản có 2 nhóm chất sắt từ:

a) Sắt từ mềm - Soft magnetic materialsSắt từ mềm, không phải là các chất mềm về mặt cơ học, mà "mềm" về phương diện từ (tức là dễ bị từ hóa và khử từ). Sắt từ mềm có đường trễ hẹp (lực kháng từ rất bé, chỉ cỡ dưới 102 Oe) nhưng lại có từ độ bão hòa rất cao, có độ từ thẩm lớn, nhưng từ tính lại dễ dàng bị mất đi sau khi ngắt từ trường ngoài. Hình vẽ dưới đây so sánh các chất từ mềm ở 2 phương diện là từ độ bão hòa và độ từ thẩm.

So sánh các chất từ mềmCác chất từ mềm "truyền thống" đã biết là sắt non, ferrite Mn,Zn,... Các chất sắt từ mềm được sử dụng trong các lõi nam châm điện, lõi biến thế, lõi dẫn từ ..., có nghĩa là sử dụng nó như vật dụng trong từ trường ngoài. Do vậy, đặc trưng mà người ta quan tâm đến nó là: tổn hao trễ và tổn hao xoáy.- Tổn hao trễ sinh ra do sự mất mát năng lượng trong quá trình từ hóa, được tính bằng diện tích của đường cong từ trễ. Do vậy, vật liệu sắt từ mềm "xin" có đường trễ càng hẹp càng tốt.- Tổn hao xoáy: sinh ra do các dòng Foucalt sinh ra trong trường xoay chiều làm nóng vật liệu, năng lượng này tỉ lệ thuận với bình phương tần số từ trường, tỉ lệ nghịch với điện trở suất của vật liệu. Điều này lý giải tại sao dù có phẩm chất rất cao, những lõi tôn Si chỉ có thể sử dụng trong từ trường tần số thấp (thường là 50-100 Hz) do chúng có điện trở suất rất thấp, trong khi các ferrite lại sử dụng được trong kỹ thuật cao tần và siêu cao tần dù có phẩm chất kém hơn nhiều (vì chúng là gốm, có điện trở suất rất lớn, làm giảm tổn hao xoáy).Tuy nhiên, một loại vật liệu từ mềm mới đã khắc phục điều này (như hình  vẽ trên là các vật liệu từ nanocrystalline như Fe-Si-B-Nb-Cu...). Chúng là các vật liệu có cấu trúc nano, có tính chất từ siêu mềm (có lực kháng từ cực nhỏ, độ từ thẩm rất cao, từ độ bão hòa cao), đồng thời lại có điện trở suất rất lớn (dù là các băng nền kim loại) do cấu trúc đặc biệt của nó nên có thể sử dụng ở các ứng dụng cao tần cỡ từ kHz-MHz. Loại vật liệu này

được phát hiện ở cuối thế kỷ 20, và đưọc coi là vật liệu từ mềm tốt nhất hiện này (ultrasoft magnetic materials), và là một chủ đề nghiên cứu mạnh của Trung tâm Khoa học Vật liệu, ĐHKHTN. Đặc biệt một số loại trong số các vật liệu này có thể sử dụng trong các môi trường khắc nghiệt như chịu nhiệt độ cao (ứng dụng làm động cơ của máy bay phản lực do khả năng chịu nhiệt độ cao, ở Mỹ đã làm rất nhiều), sử dụng trong các môi trường ăn mòn như nước biển, kiềm...) Vật liệu từ cứng - Hard magnetic materials

Nhóm vật liệu sắt từ thứ hai lại có tính chất trái ngược với nhóm thứ nhất. Chúng khó bị từ hóa, khó bị khử từ (đó là tính chất "cứng"), tức là có lực kháng từ lớn (trên 102 Oe) nhưng lại thường có từ độ bão hòa thấp. Khả năng lớn nhất của nhóm này là khả năng giữ từ tính sau khi ngắt từ trường ngoài nên được sử dụng như các vật dụng tồn trữ năng lượng (nam châm vĩnh cửu), lưu trữ thông tin (ổ đĩa cứng) ...

Nói đến khả năng tích trữ năng lượng, ta phải nhắc đến một thông số của vật liệu từ cứng là tích năng lượng (B.H)max, là năng lượng cực đại có khả năng tồn trữ trong một đơn vị thể tích vật thể. Để có (BH)max lớn, cần có lực kháng từ lớn, có từ độ cao và đường trễ càng lồi càng tốt. Đơn vị thuiỳng dùng của (BH)max là GOe, 1 MGOe = 8 kJ/m3

Các nam châm vĩnh cửu truyền thống được sử dụng là ferrite từ cứng BaSr, hợp kim AlNiCo (khá đắt tiền).. Thế hệ nam châm vĩnh cửu mới ra đời sau là các nam châm đất hiếm, mở đầu là các hợp chất RCo5 (như SmCo5..) và sau đó là R2Fe14B như (Nd2Fe14B, Pr2Fe14B...), R thường ký hiệu để chỉ các nguyên tố đất hiếm.Biểu đồ dưới đây biểu diễn tiến trình phát triển của nam châm vĩnh cửu

Sự phát triển của nam châm vĩnh cửu và so sánh các thông số của một số loại nam châm

Nếu ta so sánh, có thể thấy nam châm vĩnh cửu R2Fe14B là loại tốt nhất(Trung Quốc là nước đứng đầu thế giới về thị phần nam châm đất hiếm với hơn 50% thị phần), nhưng thị phần nam châm trên thế giới phân bố như sau:- 54% là nam châm ferrite- 32% Nd2Fe14B- 14% là các loại khác

Nam châm ferrite là các gốm ferrite từ cứng, có phẩm chất không cao nhưng có ưu điểm là chế tạo rất đơn giản, giá thành rất thấp. Còn nam châm Nd-Fe-B tuy phẩm chất rất tốt, nhưng lại có một số nhược điểm:- Giá thành cao (do chứa nhiều đất hiếm là các nguyên tố đắt tiền)- Dễ bị ôxi hóa do các nguyên tố đất hiếm có hoạt tính rất mạnh. Nếu chúng ta bỏ một nam châm đất hiếm ngoài không khí, chỉ một thời gian là chúng bị rã thành các bột.

- Nhiệt độ Curie thấp (312oC).

Trong thời gian gần đây, công nghệ nano phát triển, dẫn đến sự ra đời của một loại nam châm từ cứng mới tổ hợp tính chất của 2 loại từ cứng và từ mềm, có thể khắc phục các điểm yếu của nam châm tốt nhất (nam châm đất hiếm), có giá thành hạ và cho phẩm chất cao hơn rất nhiều (như tính toán lý thuyết) nhưng chưa đạt được như dự đoán. Loại nam châm này gọi là nam châm tổ hợp nano hay nam châm trao đổi đàn hổi (sẽ trình bày một topic riêng)4.4. Siêu thuận từ (Superparamagnetic materials) Nếu như trước đây, người ta coi thuận từ là các chất có từ tính yếu và ít có khả năng ứng dụng thì gần đây, siêu thuận từ lại trở thành một "hot topic" trong từ học. Siêu thuận từ là gì?Ta hãy xem xét lại một chút về sắt từ. Một khái niệm cần biết trong sắt từ là "dị hướng từ tinh thể" K, đó là năng lượng định hướng liên quan đến sự định hướng của các mômen từ so với từ trường. Mỗi chất sắt từ có 1 trục dễ từ hóa và khó từ hóa. Năng lượng để quay các mômen từ từ trục khó đến trục dễ gọi là năng lượng dị hướng từ tinh thể, liên quan đến sự bất đối xứng về tinh thể (hiểu một cách đơn giản nhất là năng lượng định hướng.Một vật sắt từ được cấu tạo bởi một hệ các hạt (thể tích V), các hạt này tương tác và liên kết với nhau. Giả sử nếu ta giảm dần kích thước các hạt thì năng lượng dị hướng KV giảm dần, nếu ta tiếp tục giảm thì đến một lúc nào đó KV << kT, năng lượng nhiệt sẽ thắng năng lượng định hướng và vật sẽ mang hành vi của một chất thuận từ. Đó là siêu thuận từ

Các chất siêu thuận từ đang được quan tâm nghiên cứu rất mạnh, dùng để chế tạo các chất lỏng từ (Magnetic Fluid) dành cho các ứng dụng y sinh. Đối với vật liệu siêu thuận

từ, từ dư và lực kháng từ bằng không. Điều đó có nghĩa là, khi ngừng tác động của từ trường ngoài, vật liệu sẽ không còn từ tính nữa, đây là một đặc điểm rất quan trọng khi dùng vật liệu này cho các ứng dụng y sinh học. Hạt nanô từ tính dùng trong y sinh học cần phải thỏa mãn ba điều kiện sau: tính đồng nhất của các hạt cao, từ độ bão hòa lớn và vật liệu có tính tương hợp sinh học (không có độc tính). Tính đống nhất về kích thước và tính chất liên quan nhiều đến phương pháp chế tạo còn từ độ bão hòa và tính tương hợp sinh học liên quan đến bản chất của vật liệu. Trong tự nhiên, sắt (Fe) là vật liệu có từ độ bão hòa lớn nhất tại nhiệt độ phòng, sắt không độc đối với cơ thể người và tính ổn định khi làm việc trong môi trường không khí nên các vật liệu như ô-xít sắt được nghiên cứu rất nhiều để làm hạt nanô từ tính.4.5. Phản sắt từ - Antiferromagnetic MaterialsỞ phần Sắt từ, ta đã biết rằng các chất sắt từ là các chất có mômen từ nguyên tử và các mômen này tương tác với nhau thông qua tương tác trao đổi làm cho các mômen từ định hướng song song với nhau. Đó là tương tác trao đổi dương.

Chất phản sắt từ thì ngược lại, chúng cũng có mômen từ nguyên tử nhưng tương tác giữa các mômen từ là tương tác trao đổi âm và làm cho các mômen từ định hướng phản song song với  nhau (song song, cùng độ lớn nhưng ngược chiều) như hình vẽ dưới đây.

Định hướng của các mômen từ của chất phản sắt từ

Sự định hướng phản song song này tạo ra 2 phân mạng từ. Mn và Cr là 2 kim loại phản sắt từ điển hình. Phản sắt từ là chất thuộc loại có trật tự từ.Nghiên cứu về phản sắt từ thường được tiến hành ở các màng mỏng (ví dụ các lớp kiểu bánh kẹp sắt từ-phản sắt từ) tạo thành hiệu ứng đường trễ dịch, hay exchange bias, ứng dụng trong các đầu đọc valse-spin trong đầu đọc của ổ đĩa cứng. Để nghiên cứu cấu trúc từ, người ta dùng kỹ thuật nhiễu xạ neutron, hạt không mang điện nhưng có mômen từ, các thông tin thu được qua sự phân tích về tương tác giữa mômen từ của neutron với các phân mạng từ4.6. Ferri từ - Ferrimagnetic Materials

Nếu như chất phản sắt từ có 2 phân mạng từ đối song song và bù trừ nhau thì feri từ có cấu trúc gần giống như vậy. Feri từ cũng có 2 phân mạng từ đối song song, nhưng không có độ lớn như nhau nên không bù trừ hoàn toàn. Do vậy feri từ còn được gọi là các phản sắt từ bù trừ không hoàn toàn.

Cấu trúc của ferri từFerrite là các feri từ điển hình. Chúng có hành vi gần giống với các chất sắt từ.Nói thêm một chút về ứng dụng của hạt nano từ tính trong y - sinh học

1. Phương pháp điều trị ung thu bằng đốt nóng thân nhiệt cục bộĐể sử dụng ứng dụng này, các hạt nano từ tính phải là không độc hại với cơ thể, Chúng sẽ được bao phủ bằng một chất gọi là chất hoạt hóa bề mặt là các chất có tính chất hoạt động bề mặt, bao phủ các hạt, vừa có tác dụng cách ly các hạt, tạo ra một dung dịch kiểu huyền phù (lơ lửng) và hòa tan tốt vào dung môi có tính tương thích sinh học với cơ thể. Như vậy, ta sẽ có một chất lỏng mang từ tính (ta có thể tưởng tượng nó giống như một nam châm dạng lỏng. Có nghĩa là chúng sẽ có phản ứng dưới tác động của từ trường ngoàiChất lỏng này được tiêm vào cơ thể và đưa đến các tế bào ung thư (bằng các chất chỉ nhạy với loại tế bào này, cái này các bạn học Sinh học biết rất rõ). Đặt vào một từ trường xoay chiều. Ta hãy tưởng tượng các hạt nano từ tính này giống như các nam châm, khi đặt vào từ trường xoay chiều chúng sẽ quay và tạo ra nhiệt. Bằng cách này ta sẽ tạo ra một nhiệt lượng đốt nóng cục bộ và đốt chết tế bào ung thư. Đây là một phương pháp trị ung thư mới trên thế giới và đang được nghiên cứu rất mạnh mẽ.Nhiệt độ khoảng 42 °C trong khoảng 30 phút có thể đủ để giết chết các tế bào ung thư. Nghiên cứu về kĩ thuật tăng thân nhiệt cục bộ được phát triển từ rất lâu và có rất nhiều công trình đề cập đến kĩ thuật này nhưng chưa có công bố nào thành công trên người. Khó khăn chủ yếu đó là việc dẫn truyền lượng hạt nanô phù hợp để tạo ra đủ nhiệt lượng khi có sự có mặt của từ trường ngoài mạnh trong phạm vi điều trị cho phép. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nung nóng cục bộ là lưu lượng máu và phân bố của các mô. Thực nghiệm và tính toán cho biết tỉ số phát nhiệt vào khoảng 100 mW/cm3 là đủ trong hầu hết các trường hợp thực nghiệm. Tần số và biên độ của từ trường thường dùng dao động trong khoảng f = 0,05-1,2 MHz, H < 0,02 T. Mật độ hạt nanô cần thiết vào khoảng 5-10 mg/cm3. Vật liệu dùng để làm hạt nanô thường là magnetite và maghemite và có thể có tính sắt từ hoặc siêu thuận từ. Phần lớn các thí nghiệm được tiến hành với hạt siêu thuận từ. Vì vậy, ở đây chúng tôi chỉ giải thích cơ chế vật lý cho hạt siêu thuận từ. Với hạt siêu thuận từ, khi áp dụng một từ trường xoay chiều thì hạt sẽ hưởng ứng dưới tác dụng của từ trường đó. Sự hưởng ứng được thể hiện bằng chuyển động quay vật lý và quay mô men từ của hạt. Hai quá trình quay này được đặc trưng bới hai thông số là thời gian hồi phục Brown ( ) và thời gian hồi phục Néel ( ). Lượng nhiệt thoát ra được cho bởi phương trình sau:P = m0 pi f c H2

trong đó m0 là từ thẩm của môi trường, f là tần số từ trường xoay chiều, c là thành phần

lệch pha của độ cảm từ phức (độ hấp thụ), H là cường độ từ trường. Nếu chuyển động của hạt nanô từ tính lệch pha so với từ trường thì một phần năng lượng từ chuyển thành nội năng của hệ. Một chất lỏng từ được đặc trưng bởi tốc độ hấp thụ. Với chất lỏng từ tốt giá trị này có thể đạt giá trị 45 W/g tại từ trường cỡ 0,01 T.2. Tăng độ tương phản cho ảnh cộng hưởng từ

Mô hình nguyên lý chụp MRI

Mặc dù mômen từ của một prôtôn rất nhỏ (1,5´10-3 ) nhưng trong cơ thể động vật có một lượng rất lớn prôtôn (hạt nhân nguyên tử hiđrô của phân tử nước, 6,6´10-19) nên có thể tạo ra một hiệu ứng có thể đo được. Nếu tác dụng một từ trường cố định có cường độ = 1 T cùng với một từ trường xoay chiều vuông góc với từ trường cố định và có tần số bằng tần số tuế sai Larmor của prôtôn thì sự hấp thụ cộng hưởng sẽ xảy ra. Với hạt nhân nguyên tử hiđrô 1H, tỉ số từ hồi chuyển Rad.s-1.T-1. Tần số tuế sai Larmor sẽ tương ứng với tần số sóng vô tuyến và có giá trị là 42,57 MHz. Khi chỉ có mặt của từ trường cố định, prôtôn sẽ tuế sai xung quanh hướng của từ trường. Khi từ trường xoay chiều được phát ra, mặc dù cường độ của từ trường

này yếu hơn nhiều so với từ trường cố định nhưng vì tần số của nó đúng bằng tần số tuế sai nên mô mentừ của prôtôn sẽ hướng theo phương của từ trường xoay chiều, tức là vuông góc với từ trường cố định. Khi từ trường xoay chiều ngừng tác động, mô men từ sẽ trở lại phương của từ trường cố định. Quá trình hồi phục phụ thuộc vào hai thông số, đó là, thời gian hồi phục dọc T1 và thời gian hồi phục ngang với phương từ trường cố định T2 cho bởi công thức:mz = m[1-exp(-t/T1)]mxy = m sin(wt+phi) exp(-t/T2)t là thời gian và phi là hằng số pha. T1 đặc trưng cho sự mất mát nhiệt lượng ra môi trường xung quanh, T2 đặc trưng cho sự lệch pha của prôtôn với từ trường xoay chiều. Tuy nhiên sự lệch pha có thể do sự bất đồng nhất của từ trường nên giá trị T2 được thay thế bằng giá trị T2*:1/T2* = 1/T2 + g DB/2DB là sự biến thiên của từ trường cố định có thể do sự biến dạng địa phương của từ trường hoặc do sự thay đổi của độ cảm từ.Các giá trị T1 và T2* có thể giảm đi khi có mặt của hạt nanô từ tính. Các hạt nanô siêu thuận từ tạo thành từ ô-xít sắt hoặc hợp chất chứa Gd thường được sử dụng như tác nhân làm tăng độ tương phản trong cộng hưởng từ. Sự có mặt của chúng làm nhiễu loạn từ trường địa phương nên làm thay đổi giá trị rất nhiều. Giá trị của cũng thay đổi nhưng ở mức độ yếu hơn. Dựa trên đặc tính của từng mô trong cơ thể, tùy loại mô mà độ hấp thụ hạt nanô mạnh hay yếu. Ví dụ, hạt nanô có kích thước 30 nm được bao phủ dextran có thể nhanh chóng đi vào gan và tì trong khi những cơ quan khác thì chậm hơn. Như vậy, mật độ hạt nanô ở các cơ quan là khác nhau, dẫn đến sự nhiễu loạn từ trường địa phương cũng khác nhau làm tăng độ tương phản trong ảnh cộng hưởng từ do thời gian hồi phục bị thay đổi khi đi từ mô này đến mô khác.3. Phân tách và chọn lọc tế bào

Trong y sinh học, người ta thường xuyên phải tách một loại thực thể sinh học nào đó ra khỏi môi trường của chúng để làm tăng nồng độ khi phân tích hoặc cho các mục đích khác. Phân tách tế bào sử dụng các hạt nanô từ tính là một trong những phương pháp thường được sử dụng. Quá trình phân tách được chia làm hai giai đoạn: đánh dấu thực thế sinh học cần nghiên cứu; và tách các thực thể được đánh dấu ra khỏi môi trường bằng từ trường.Việc đánh dấu được thực hiện thông qua các hạt nanô từ tính. Hạt nanô thường dùng là hạt ô-xít sắt. Các hạt này được bao phủ bởi một loại hóa chất có tính tương hợp sinh học như là dextran, polyvinyl alcohol (PVA),... Hóa chất bao phủ không những có thể tạo liên kết với một vị trí nào đó trên bề mặt tế bào hoặc phân tử mà còn giúp cho các hạt nanô phân tán tốt trong dung môi, tăng tính ổn định của chất lỏng từ. Giống như trong hệ miễn dịch, vị trí liên kết đặc biệt trên bề mặt tế bào sẽ được các kháng thể hoặc các phân tử khác như các hoóc-môn, a-xít folic tìm thấy. Các kháng thể sẽ liên kết với các kháng nguyên. Đây là cách rất hiệu quả và chính xác để đánh dấu tế bào. Các hạt từ tính được bao phủ bởi các chất hoạt hóa tương tự các phân tử trong hệ miễn dịch đã có thể tạo ra các liên kết với các tế bào hồng cầu, tế bào ung thư phổi, vi khuẩn, tế bào ung thư đường tiết niệu và thể golgi. Đối với các tế bào lớn, kích thước của các hạt từ tính đôi lúc cũng cần phải lớn, có thể đạt kích thước vài trăm nanô mét.Quá trình phân tách được thực hiện nhờ một gradient từ trường ngoài. Từ trường ngoài

tạo một lực hút các hạt từ tính có mang các tế bào được đánh dấu. Các tế bào không được đánh dấu sẽ không được giữ lại và thoát ra ngoài. Lực tác động lên hạt từ tính được cho bởi phương trình sau:F = 6 pi n R DnTrong đó n là độ nhớt của môi trường xung quanh tế bào (nước), R là bán kính của hạt từ tính, Dn là sự khác biệt về vận tốc giữa tế bào và nước.

Và còn nhiều ứng dụng khác

Ở VN, nghiên cứu ứng dụng hạt nano từ tính trong y-sinh mới tiến hành chưa lâu. Một trong những cán bộ trẻ tài năng và rất nhiệt huyết là TS. Nguyễn Hoàng Hải, cán bộ Trung tâm KHVL (ĐHKHTN). Tuy tôi không học anh Hải trực tiếp nhưng cũng như một học trò của anh vì được anh chỉ dạy rất nhiều. Anh Hải tốt nghiệp TS ở Pháp về vật liệu từ cứng FePt và sau đó sang trường ĐH Nebraska-Lihncon làm sau TS về vấn đề biophysics hay biomagnetism. Anh Hải đã có nhiều kết quả rất tốt trong nghiên cứu và hiện mới trở lại làm việc tại TT KHVL. Hiện anh Hải đang xúc tiến hợp tác giữa TTKHVL và TT Sinh học Phân tử và CNTB về hợp tác nghiên cứu BIO-MAGNETISM. Anh Hải đang tìm kiếm những sinh viên có nhiệt tình và có khả năng học tập, nghiên cứu.1. TỪ KẾ MẪU RUNG - VIBRATING SAMPLE MAGNETOMETER

Từ kế mẫu rung (VSM) là một thiết bị dùng để đo các tính chất từ của một vật liệu trong từ trường tĩnh, theo nguyên tắc rung mẫu đo (từ Mẫu rung là ý nghĩa đó). VSM được phát minh vào những năm 30 của thế kỷ 20, bởi nhà khoa học người Pháp là Simon Foner. Nguyên tắc của nó như sau:

Nguyên tắc của thiết bị này như sau. Một thanh rung phi từ đầu gắn mẫu đo được rung trong từ trường một chiều của nam châm điện. Trong cuộn dây thu tín hiệu sẽ xuất hiện một suất điện động tỉ lệ thuận với từ độ của mẫu theo định luật Maxwell.

                                        Từ định lý Stokes, ta có:

                                   trong đó, E là cường độ điện trường, được lấy tích phân dọc theo chu vi của vòng dây. Với cuộn dây có N vòng dây, ta có suất điện động cảm ứng sinh ra là:

                                   Nếu ta lấy tích phân theo thời gian từ t1 đến t2:

                                   Giả sử t1, t2 lần lượt là thời gian mẫu nằm ngoài và nằm trong cuộn dây thì ta sẽ có:

                                   Như vậy, ta có: V = -4Pi.nSmMCó thể nói một cách đơn giản là, sự rung của mẫu đo trong từ trường tạo ra một suất điện động cảm ứng V, tỉ lệ thuận với mômen từ M của mẫu cần đo. Như vậy, việc đo M được thực hiện thông qua đo suất điện động V. Suất điện động cảm ứng tỉ lệ thuận với mômen từ của mẫu. Nếu ta muốn đo mômen từ tĩnh, ta phải tạo ra sự biến thiên từ thông bằng cách rung mẫu trong từ trường một chiều. Đây là nguyên lý do Simon Foner, người được coi là cha đẻ của VSM đưa ra. Ngày nay, cấu trúc của nhiều VSM có thể khác nhau nhưng về cơ bản vẫn hoạt động theo nguyên tắc này.

Ảnh chụp một từ kế mẫu rung

Trong đo đạc bằng từ kế, ngưòi ta thường dùng đơn vị của mômen từ là EMU, 1 EMU = A.m2/1000Độ mạnh của từ kế được quyết định bởi 3 yếu tố:

- Từ trường cực đại của cuộn nam châm điện- Độ nhạy của từ kế- Dải nhiệt độ hoạt động

a) Từ trường của từ kếĐược sinh ra do cuộn nam châm điện, đây là 2 cuộn dây soleloid, có lõi là chất sắt từ mềm (có từ độ bão hòa cao)

Từ trường này được tạo ra theo các cách khác nhau:

- Từ trường DC: Từ trường tạo ra bởi dòng điện một chiều có cương độ lớn, ổn định. Cách tạo từ trường này không thể tạo được những từ trường lớn quá 3 T bởi cuộn dây có dòng điện lớn sẽ tỏa rất nhiều nhiệt và bị hạn chế bởi từ độ bão hòa của lõi. Nhưng điểm mạnh của nó là có giá trị ổn định, phí hoạt động thấp (cuộn dây làm mát bằng nước).

- Từ trường xung: Được tạo ra do dòng điện xung có giá trị cực lớn trong một thời gian ngắn (thường tạo ra bằng cách phóng điện tức thời). Cách này có thể cho từ trường lớn tới vài chục Testla nhưng chỉ trong một thời gian ngắn cỡ micro giây đến mili giây. NGười ta phải có cách ghi tín hiệu khác so với từ trường DC.

- Từ trường siêu dẫn: Như ta biết, chất siêu dẫn có thể cho dòng điện có giá trị cực lớn (do không có điện trở) nên có thể tạo ra từ trường một chiều có giá trị lớn hàng chục Tesla. Để có trạng thái siêu dẫn cho cuộn dây, hiện nay người ta phải tạo ra nhiệt độ thấp bằng Heli lỏng (giá thành rất cao, nhiệt độ thấp tới 4 K). Như vậy, cuộn dây siêu dẫn cũng đòi hỏi giá thành hoạt động rất cao.

b) . Độ nhạy (Sensitivity) của từ kế

Độ nhạy của từ kế được quyết định bởi cách thức thu tín hiệu cảm ứng. Có 2 cách thông dụng đang sử dụng phổ biến hiện nay:- Cuộn dây pick-up trong từ kế kiểu flux-gate

(Thành thật xin lỗi các bạn là mình cũng chưa hiểu rõ lắm về vấn đề này  )Loại từ kế này có thể cho độ nhạy không quá 10-8 emu, nhưng ưu điểm là không cần môi trường hoạt động đặc biệt, sử dụng đơn giản và rất rẻ tiền (thông dụng nhất).

- Từ kế SQUIDSQUID là từ viết tắt của Superconducting Quantum Inteference Device - Thiết bị giao thoa kế lượng tử siêu dẫn (nguyên tắc như hình dưới đây).

[í]Sơ đồ nguyên lý SQUID[/i]

SQUID là một sensor đo tín hiệu nhỏ, cấu tạo bởi 2 vòng nhỏ làm chất siêu dẫn, cách qua 2 lớp tiếp xúc là lớp cách điện. Cấu trúc này của SQUID cho phép đo dòng điện rất nhỏ (có thể đến dưới 10-12 A) hoặc có thể đo được một lượng tử từ thông (từ thông nhỏ nhất), và được sử dụng trong từ kế độ nhạy cao. Độ nhạy của từ kế SQUID có thể đạt tới 10-9 emu, thậm chí tới 10-12 emu.

Ảnh chụp hiển vi điện tử của SQUID

Nếu như điểm mạnh của từ kế SQUID là độ nhạy cao (có thể đo những chất có từ tính rất bé), từ trường tạo lớn (từ kế SQUID thường có cuộn dây tạo từ trường là cuộn dây siêu dẫn tạo từ trường lớn). Nhưng mắc phải nhược điểm là phải hoạt động ở nhiệt độ thấp (như muốn cuộn dây siêu dẫn tạo từ trường hoạt động phải có Heli lỏng) nên giá thành hoạt động (hay dùng là RUNNING COST) cao, ở VN rất khó hoạt động.

c) c) Dải nhiệt độ hoạt động của từ kếLà dải nhiệt độ có thể đo đạc của từ kế. Đơn giản là ta muốn đo đạc tính chất từ ở các nhiệt độ khác nhau thì các nhiệt độ đó do khả năng của từ kế quy định.* Muốn đo nhiệt độ thấp, ta có thể dùng 3 cách:- Tạo nhiệt độ thấp bằng các khí hóa lỏng như Nitơ lỏng có thể cho nhiệt độ thấp nhất là 77K, ôxi lỏng là 90 K trong khi dùng Hêli lỏng (giá trên trời  ) có thể cho nhiệt độ tới 4,2 K. Đồng thời, muốn điều khiển ở các nhiệt độ khác cao hơn, ta phải dùng một lò để đốt.- Cách tạo nhiệt độ thấp thứ 2 là dùng hệ làm lạnh khép kín dùng khí Heli. Ta nhớ lại cách làm lạnh trong tủ lạnh và điều hòa nhiệt độ là dùng cách nén-dãn khí CFC thì hệ "Close cycle" này cũng tương tự nhưng dùng nén-dãn khí Heli, và có thể cho nhiệt độ rất thấp tới gần 4,2 K. Các từ kế dùng close cycle có điểm mạnh là nhiệt độ rất thấp nhưng ko đo được ở nhiệt độ cao quá so với nhiệt độ phòng.- Cách thứ ba dùng với việc tạo nhiệt độ rất thấp (thậm chi dưới 1 K) thì dùng việc khử từ đoạn nhiệt các muối thuận từ, ứng dụng hiệu ứng từ nhiệt (cái này sẽ có một bài giới thiệu khác). Cách làm lạnh này có giá thành rất cao.* Đo ở nhiệt độ cao đơn giản hơn, có thể dùng lò đốt hoặc đốt nóng các khí thổi.

Một số hãng từ kế nổi tiếng:- Lakeshore - Anh

Từ kế Lakeshore ở Trường ĐH Thanh Hoa (Trung Quốc) - University of Tsinghua

- Digital Measurement System (DMS) - Mỹ

Từ kế DMS 880 ở Trường Đại học Khoa học Tự nhiên

- Từ kế OxfordOxford thường nổi tiếng với nhiều sản phẩm từ kế SQUID

http://Hai từ kế SQUID của hãng Oxford

Và còn nhiều hãng khác mà tớ cũng không biết hết tên. Ngoài ra, tính năng của VSM còn được quy định bởi khả năng tự động hóa trong đo đạc và độ mạnh của phần mềm điều khiển tính toán.VSM ở Việt NamTheo thông tin mà tôi được biết thì ở VN có 3 nơi đang có VSM là Trường Đại học Khoa học Tự nhiên (ĐHQGHN), Viện ITIMS (ĐHBKHN), Viên Khoa học Vật liệu (Viện KH&CN VN).

Ảnh chụp từ kế VSM - DMS880 ở trường ĐHKHTN HN

Xét về tổng thể, VSM ở ĐHKHTN là chiếc tốt nhất trong 3 nơi ở độ nhạy cao tới 10-6 emu, dải nhiệt độ hoạt động từ 90 K- 1000 K, có khả năng tự động hóa rất cao, có nhiều phép đo đi kèm. Đặc biệt còn có gắn kèm thiết bị đo 4 mũi dò đo điện trở dùng để thực hiện phép đo từ-điện trở (MagnetoResistance). Từ trường cực đại của VSM này là 1,35 T (không cao).Ở Viện KHVL và ITIMS còn có các từ trường xung đo từ trường cao nhưng độ chính xác, độ nhạy và khả năng tự động hóa không cao. Ở ITIMS có một VSM cũng mang nhãn hiệu DMS nhưng có độ nhạy thấp hơn (thế hệ cũ).2. NGUYÊN TẮC THIẾT BỊ ĐO ĐƯỜNG TRỄ CHO CÁC VẬT LIỆU TỪ MỀM VÀ NAM CHÂM TỪ CỨNG

Như ta thấy ở trên, thiết bị đo VSM là một thiết bị cực mạnh, có thể đo đường cong từ trễ, từ hoá, từ nhiệt .. với phương pháp đơn giản nhưng đây là đo tính chất trong từ trường 1 chiều, đo các tính chất trong mạch từ hở. Ta biết rằng, mạch từ hở thì sẽ gây hiệu ứng " hình dạng" của vật từ, không thể bù trừ với các vật cần đó có hình dạng khác nhau. Hơn nữa, vói các vật liệu từ mềm cần đo các thông số như lực kháng từ, độ từ thẩm trong từ trường rất bé (cỡ 1 vài Oe) thì VSM bó tay bó chân luôn (từ trường VSM lớn), vì thế khi đo các thông số của vật liệu từ mềm thì cần thiết bị khác. Thiết bị này được gọi là

HysteresisGraph. Dưới đây là sơ đô nguyên lý của thiết bị HysteresisGraph

Nguyên lý đo

Mẫu đo có hình dạng là một xuyến, hoặc cuốn dạng xuyến. Cuốn trên mẫu đo là 2 cuộn dây, một cuộn là cuộn sơ cấp, sẽ cung cấp dòng điện tạo từ trường từ hoá, cuộn thứ cấp

thu tín hiệu cảm ứng cho tín hiệu về cảm ứng từ B. Như ta biết là mạch từ sẽ là kín, đường sức sẽ chỉ chạy trong mẫu đo và không bị hiệu ứng " hình dạng". Thiết bị này có nguyên lý giống hệt như bài thực tập Vật lý Đại cương - Biến thế mà các bạn SV Khoa Vật lý được thực hành, phần " Đo đường cong từ trễ của máy biến thế".

Các tính năng của Hysteresis Grapher:- Đo đường cong từ trễ B-H, đường cong khử từ, từ đó xác định lực kháng từ Hc, tích năng lượng từ cực đại (BH)max

- Đo đường cong từ hoá ban đầu, xác định các độ từ thẩm ban đầu, độ từ thẩm cực đại, tổn hao trễ, tổn hao xoáy[size=12]THIẾT BỊ ĐO HỆ SỐ TỪ HOÁ ĐỘNG - ĐỘ CẢM TỪ XOAY CHIỀU - AC MAGNETIC SUCEPTIBILITY[/size]

Ta biết rằng, tính chất từ của vật liệu đặt trong trường xoay chiều sẽ có sự khác biết so với trong trường tĩnh (trường 1 chiều). Hệ số cảm từ Kappa là một giá trị có tính chất đó. Đo sự thay đổi của Kappa theo nhiệt độ là một phương pháp quan trọng để xác định các chuyển pha về từ tính, chuyển pha cấu trúc... của vật liệu từ. Vậy nguyên tắc đo như thế nào? Hình vẽ dưới đây là sơ đồ nguyên lý đo Kappa (xoay chiều).

Nguyên lý đo AC kapa

Từ trương xoay chiều được sinh ra bởi một cuộn dây solenoid (cuộn dây lớn - Excitation coil) bằng một dòng điện xoay chiều và có dạngH = H0.exp(iwt)Trong lòng cuộn dây tạo từ trường, ta bố chí 2 cuộn dây nhỏ, mắc nối tiếp (Detection Coil). Chiều của 2 cuộn dây này là ngược nhau (mắc xung đối) và có số vòng giống hệt nhau. Hệ này được đặt trong một buồng điều khiển nhiệt độ (có thể thay đổi ở các nhiệt độ khác nhau) để đo sự thay đổi của kappa theo nhiệt độ.Bình thường, khi ko đặt mẫu đo, tín hiệu cảm ứng trên 2 cuộn dây có giá trị giống nhau nhưng ngược pha do vậy sẽ bị khử hoàn toàn.Nếu ta đặt 1 mẫu đo vào 1 trong 2 cuộn dây, do khác nhau về độ cảm từ (thay đổi cảm kháng) nên sẽ xuất hiện một suất điện động cảm ứng tỉ lệ thuận với mômen từ của mẫu, tức là tỉ lệ thuận với độ cảm từ xoay chiều vì ta biết rằng Kappa = dM/dH.THIẾT BỊ ĐO TỪ ĐIỆN TRỞ (MAGNETORESISTANCE) VÀ TỪ TỔNG TRỞ (MAGNETOIMPEDANCE)

Chúng ta cùng nói qua một chút về hiệu ứng từ trở: Đó là sự thay đổi điện trở suất của một vật liệu dưới tác dụng của từ trường ngoài. Có thể hiểu đơn giản thế này, khi tác dụng một từ trường vào một vật liệu, tác dụng của từ trường làm thay đổi quỹ đạo của điện tử và làm thay đổi độ dẫn.  Người ta định nghĩa tỉ số từ điện trở MR(%) = {R(H)-R(H=0)}/R(H=0). Tỉ số MR trong các vật liệu thông thường thường có giá trị rất bé, giá trị này chỉ đáng kể trong các vật liệu tử.Năm 1988, nhóm các nhà khoa học ở Trường Đại học Paris 6 đã công bố kết quả mới về hiệu ứng "Từ điện trở khổng lồ (Giant Magnetoresistance - GMR) trên các màng đa lớp Fe/Cr (M.N. Baibich et al. Phys. Rev. Lett. vol.61 (1988) 2472) và bắt đầu mở ra khả năng sử dụng các vật liệu GMR cho ứng dụng làm đầu đọc ổ cứng, sensor, hay bắt đầu của kỷ nguyên công nghệ SPINTRONICS.

Cơ chế của hiệu ứng GMR có thể nói gọn trong câu "Tán xạ phụ thuộc spin của điện tử", hiểu một cách đơn giản là điện trở suất thay đổi mạnh là do sự tán xạ của các điện tử trên các spin. Cơ chế này quyết định cái gọi là "Giant" chứ không phải độ lớn của tỉ số MR.Vậy đo hiệu ứng GMR được thực hiện như thế nào?

Đo GMR, có nghĩa là đo sự thay đổi của tỉ số MR theo từ trường ngoài (là từ trường một chiều). Vì vậy, phép đo chính thực hiện ở đây là đo điện trở suất. Và phương pháp phổ biến đo là bằng 4 mũi dò (Four-probe method).

Nguyên lý đơn giản như sau:- Ta dùng 4 mũi dò xếp thẳng hàng và tiếp xúc tốt với bề mặt mẫu (tiếp xúc ko gây chỉnh lưu). Hai mũi ngoài sẽ cấp 1 dòng điện ổn định I, hai mũi bên trong sẽ dùng để đo hiệu điện thế U và điện trở thực chất là R = U/I. - Vì I giữ cố định nên việc đo R thực chất là đo U.- Độ nhạy của máy đo do khả năng đo R=U/I quyết định- Khó của phép đo là bù trừ các hiệu ứng có thể nhiễu đến hiệu ứng MR đó là hiệu ứng Hall, hiệu ứng nhiệt điện...Một số xu thế mới trong nghiên cứu vật liệu từTôi xin nói một cách vắn tắt các xu thế đang thu hút nhiều nghiên cứu trên thế giới về vật liệu từ

1. Các màng mỏng ghi từ mật độ caoỨng dụng trong các ổ cứng lưu trữ thông tin. Đó là các màng mỏng từ (có tính chất từ cứng) mà tiêu biểu là màng FePt và màng CoPt với tính từ cứng rất cao, độ bền và khả năng chống mài mòn, chống ôxi hóa tốt. Hiện nay, xu thế đang tập trung là nâng cao mật độ ghi từ (phổ biến đang là 100 Gb/in2) nâng đến Tb/in2 bằng cách ghi vuông góc với bề mặt màng và giảm kích thước các bit từ. Ở VN có 2 nhóm làm về vấn đề này là Nhóm của GS Nguyễn Châu, GS Nguyễn Hoàng Lương ở Trung tâm KHVL (ĐHQGHN) và nhóm của GS. Nguyễn Phú Thùy, Thân Đức Hiền ở Viện ITIMS (ĐHBKHN). Còn rất nhiều vấn đề về thực nghiệm và lý thuyết còn chưa được làm sáng tỏ.

2. Các vật liệu từ nano tổ hợp có tính chất siêu mềm và siêu cứng (nam châm nano)

Nhóm này nghiên cứu các vật liệu từ tổ hợp kích thước nano có tính chất từ mềm tuyệt vời, hoặc các nam châm nano có phẩm chất cao, giá thành thấp và độ bền lớn. Ở VN có

nhóm của GS. Nguyễn Châu và GS Nguyễn Hoàng Nghị (Viện VLKT, ĐHBKHN) nghiên cứu. Trên thế giới, nghiên cứu cả về ứng dụng, cơ bản và lý thuyết đều đang trong giai đoạn phát triển mạnh.

3. Các vật liệu từ nhiệt cho máy lạnh từ không ô nhiễm, tiết kiệm năng lượng(xin xem trong topic Hiệu ứng từ nhiệt khổng lồ - Ứng dụng mới trong công nghệ làm lạnh )

4. Vật liệu có hiệu ứng từ trở khổng lồ, công nghệ spintronics Nghiên cứu về các vật liệu khối, màng mỏng có hiệu ứng từ trở khổng lồ, ứng dụng trong các đầu đọc tốc độ cao, bộ nhớ RAM từ điện trở... Đây đang là công nghệ mới của TK 21.Ở VN, có khá nhiều nhóm làm vấn đề này là nhóm của GS. Nguyễn Hữu Đức (ĐHQGHN), GS Nguyễn Châu, Nguyễn Hoàng Lương, GS. Nguyễn Phú Thùy, GS. Nguyễn Xuân Phúc...Ngoài ra, công nghệ spintronic còn có phần nghiên cứu về các vật liệu bán dẫn pha loãng từ (bán dẫn mang tính chất từ)

5. Các vật liệu có hiệu ứng từ giảo ứng dụng trong công nghệ vi cơTừ giảo là sự thay đổi kích cỡ, hình dạng của vật liệu dưới tác dụng của từ trường. Chuyên gia lớn của VN về vấn đề này là GS. Nguyễn Hữu Đức, trước đây là Trưởng PTN Nhiệt độ thấp, ĐHKHTN (ĐHQGHN), nay đã là Hiệu trưởng trường ĐHCN (ĐHQGHN).

6. Các chất lỏng từ ứng dụng trong công nghệ y sinhVề vấn đề này, ở VN mới chỉ bắt đầu nghiên cứu. Có 1 số nhóm như nhóm của GS. Nguyễn Châu và TS. Nguyễn Hoàng Hải (Trường ĐHKHTN), nhóm của GS. Thân Đức Hiền...Bài này các bạn có thể đọc ở đâyThiết bị đo từ tổng trở

Hiệu ứng từ tổng trở (Magnetoimpedance Effect) là sự thay đổi tổng trở (tức là điện trở đo dưới tác dụng của dòng điện xoay chiều) do tác dụng của từ trường ngoài, do các nguyên nhân như tán xạ trên các mômen từ, sự thay đổi độ từ thẩm phức, tác dụng của dong xoáy... Giống như hiệu ứng từ điện trở, người ta định nghĩa tỉ số từ tổng trở (MIR - MagnetoImpedance Ratio) MIR = {Z(Hmax)-Z(H)}/Z(Hmax).Hiệu ứng từ tổng trở đang được nghiên cứu rất mạnh cho các ứng dụng làm sensor đo từ trường nhạy ở tần số cao và thường nghiên cứu trên các vật liệu từ siêu mềm. Ở VN, có 2 nhóm làm về vấn đề này là nhóm của GS Nguyễn Hoàng Nghị (ĐHBKHN) và GS Nguyễn Châu (ĐHQGHN).

Thiết bị đo GMI (Giant MI) bao gồm 2 phần:- Đo sự thay đổi tổng trở dưới tác dụng của tổng trở dưới tác dụng của từ trường. Phép đo này giống hệt như phép đo điện trở, chỉ khác là dòng điện đưa vào là dòng xoay chiều có tần số cao vào mẫu, hoặc có thể đo trực tiếp tổng trở 2 đầu của mẫu đo bằng thiết bị đo tổng trở.

Và đường cong MIR phụ thuộc vào từ trường có hình dạng gần giống với đường cong từ điện trở

- Phần thứ hai là đo sự thay đổi của độ từ thẩm theo từ trườngNguyên tắc đo gần giống như đo độ cảm từ. Ta dùng 2 cuộn dây nhỏ độc lập, cuốn lồng vào nhau và đưa mẫu đo vào lòng cuộn dây. Một cuộn dây có đưa dòng điện xoay chiều và làm sinh ra trên cuộn còn lại một suất điện động cảm ứng tỉ lệ thuận với độ tư thẩm của mẫu. Tỉ số từ thẩm cũng biến đổi có dáng điệu giống với MIR