Sıvılarda bulunan manyetik nanoparçacıkların algılanması için çok katmanlı ince film sensör yapılarının tasarlanması ve geliştirilmesi

Abstract

Bu tez çalışmasında Fe3O4 manyetik nanoparçacıkların algılanması yönelik çok katmanlı ince film yapılarının tasarlanması ve geliştirilmesi amaçlandı. İnce film yapıları, magnetron saçtırma (sputtering) yöntemi ile Si (100) ve cam alttaş üzerine büyütüldü Sensör uygulamalarında kullanılmak üzere tasarlanan ve geliştirilen bu çok katmanlı ince film yapılarında kullanılan hedeflerin büyüme oranları x ışını yansıması (XRR) ile tespit edildi. Yapılan büyütme işlemleriyle oluşan kristal düzlemleri x ışını kırınımı (XRD) kullanılarak elde edildi. Büyütülen ince film yapılarının tamamının manyetik karakterizasyonları manyeto-optik kerr etkisi (MOKE) kullanılarak yapıldı. Kolay ekseni yüzeye dik mıknatıslanmaya sahip çok katmanlı [Co/Pt] ince film yapısının manyetik yöneliminin, Fe3O4 manyetik nanoparçacıkların NiFe tutucu yüzeyine konularak manipüle edilmesi hedeflendi. İdeal sensör yapısının belirlenmesiyle birlikte kullanılan saf su içerisinde homojen dağıldığı kabul edilen Fe3O4 manyetik nanoparçacıkların damlatıldığı referans yapısının P Moke ölçümleri sonucunda, referans yapıya ait manyetik özelliklerin değiştirdiği deneysel ve teorik olarak gözlemlendi. Yüzeye damlatılan Fe3O4 manyetik nanoparçacıkların yüzeydeki yerleşimi Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ile görüntülendi. Fe3O4 manyetik nanoparçacıkların yüzeydeki parçacık yoğunluklarına göre [Co/Pt] çok katmanlı ince film yapısı ile Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida (RKKY) etkileşmesi yaptıkları gözlemlendi. [Co/Pt] tabakasının, Fe3O4 manyetik nanoparçacıklar ile etkileşimi sonucu manyetik davranışının değişmesi ve bu değişimin dış manyetik alan etkisi altında ışık aracılığıyla tespit edilebilmesi, bu yapının Fe3O4 manyetik nanoparçacıklar içeren biyolojik veya kimyasal bileşiklerin nitelik ve nicelik olarak tespiti hususunda manyeto optik sensör olarak çalıştırılması hedeflenmektedir.In this thesis, it was aimed to design and develop multilayer thin film sensor structures for the detection of Fe3O4 magnetic nanoparticles. Thin film structures were grown on Si (100) and glass substrates by magnetron sputtering. The growth rates of targets which were used in these multilayer thin film structures, were determined by x-ray reflection (XRR). The crystal planes that formed by the thin film growth processes were obtained using x-ray diffraction (XRD). The magnetic characterizations of the growth thin film structures were made by using magneto-optic Kerr effect (MOKE). It has been the motivation that is to manipulate the magnetic orientation of the multilayer [Co / Pt] thin film structure by attaching Fe3O4 magnetic nanoparticles which has an easy magnetization in plane on NiFe surface. It has been experimentally and theoretically observed that the existence of Fe3O4 magnetic nanoparticles on reference surface, make the magnetic properties of the reference structure changed as it could be seen in the results of the P Moke measurements. Surface distribution and agglomeration of Fe3O4 magnetic nanoparticles on the sensor surface was observed by Scanning Electron Microscopy (SEM). It has been observed that the Fe3O4 magnetic nanoparticles interact with the [Co / Pt] multilayer thin film structure with Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida (RKKY) according to their surface particle densities. The change of magnetic behavior of the [Co / Pt] layer after interacting with Fe3O4 magnetic nanoparticles and its change can be detected by means of light under the influence of external magnetic field. This structure is aimed to operate as a magneto-optic sensor for the qualitative and quantitative determination of Fe3O4 magnetic nanoparticles containing biological or chemical compounds.