PHẦN THỨ TƯ. TÍNH CHẤT ĐIỆN VÀ TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU

Trong phần này, chúng ta sẽ xét các phương pháp đo tính chất điện và tính chất từ của vật liệu. Trong Chương 14, sẽ tập trung nghiên cứu về tính chất điện của vật liệu. Đối tượng vật liệu thứ nhất được đề cập ở phần này sẽ là vật liệu bán dẫn, một trong ba nhóm vật liệu cơ bản của chất rắn (gồm điện môi, bán dẫn và kim loại), vì vai trò đặc biệt quan trọng của chất bán dẫn trong công nghệ điện tử, công nghệ điện toán và nhiều lĩnh vực khoa học công nghệ khác. Các phương pháp đặc trưng cơ bản các tính chất điện của vật liệu hay linh kiện bán dẫn (diot Schottky, chuyển tiếp p-n, transistor…) nhằm xác định các thông số cơ bản như độ dẫn điện, nồng độ, độ linh động và thời gian sống của hạt tải. Các phương pháp chính là phương pháp đo điện trở bề mặt bằng 4 mũi dò và phương pháp đo đường đặc tuyến I-V sẽ là các nội dung được xét đến trong chương này.

Đối tượng vật liệu thứ hai là các polyme dẫn điện tử (Chương 15), là polyme có mạch chứa các liên kết đôi liên hợp, bao gồm các polyme liên hợp mạch thẳng (như polyaxetylen), các polyme liên hợp vòng thơm (như polyanilin) và các polyme dị vòng (như polypyrol)... Các polyme dẫn điện tử thể hiện tính dẫn gần giống kim loại và duy trì tính dẫn trên một vùng điện thế rộng. Các phương pháp điện hoá (nếu có phản ứng hoá học xảy ra dưới tác dụng của dòng điện lên vật liệu), với các kỹ thuật cơ bản là Von-Ampe (gần tương tự đặc tuyến I-V), tổng trở điện hóa… sẽ được trình bày. 

Phần các phương pháp đo tính chất từ, bao gồm: i) từ kế mẫu rung (VSM): nghiên cứu tính chất từ của cả khối vật liệu khi đặt trong từ trường ngoài (Chương 16); ii) cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) (Chương 17): nghiên cứu tính chất từ của các spin hạt nhân trong từ trường ngoài; iii) cộng hưởng từ điện tử (EPR): nghiên cứu tính chất từ của các spin điện tử (độc thân) trong từ trường ngoài (Chương 18). Ngoài ra, một biến thể của cộng hưởng từ hạt nhân là chụp ảnh cộng hưởng từ hạt nhân (MRI) cũng sẽ được đề cập. Đây đều là những phương pháp phân tích hoá lý rất hiệu quả trong nghiên cứu cấu trúc vật liệu vô cơ lẫn hữu cơ, các phân tử nhỏ và các hợp chất cao phân tử (polyme), các phức chất, các phân tử sinh học có cấu trúc phức tạp. Đặc biệt, phương pháp chụp ảnh cộng hưởng từ hạt nhân MRI đã trở thành một kỹ thuật y khoa an toàn, không gây ảnh hưởng phụ, là phương pháp chẩn đoán hình ảnh hiện đại, hiệu quả, được sử dụng phổ biến để kiểm tra hều hết các cơ quan trong cơ thể, đặc biệt trong chụp ảnh chi tiết não hoặc cột sống.