Máy đo từ trường hiệu ứng Hall

Sử dụng hiệu ứng Hall – ưu việt và độc đáo

Hiệu ứng Hall được khám phá bởi Edwin Herbert Hall vào năm 1879 và trở thành một trong các hiệu ứng cơ bản của vật lý học. Hiệu ứng Hall là hiệu ứng xuất hiện trên một vật dẫn có dòng điện chạy qua khi được đặt vào trong một từ trường. Với đặc điểm như vậy, nó có nhiều ứng dụng quan trọng, độc đáo, đa dạng trong nghiên cứu khoa học và kỹ thuật. Thí dụ, trong khoa học vật liệu, hiệu ứng Hall được sử dụng như một công cụ chủ yếu để xác loại dẫn, độ linh động và nồng độ hạt tải của chất bán dẫn… Trong kỹ thuật đo lường, nó cho phép xác định các đại lượng như cảm ứng từ, cường độ dòng điện, đo các đại lượng không điện như góc nghiêng, chiều dài, chấn động cơ học với độ nhạy cao hơn nhiều so với giải pháp khác. Hiệu ứng Hall còn có các ứng dụng độc đáo trong kỹ thuật điện tử tin học như xử lý, chuyển đổi đại lượng, thực hiện các phép tính analog, điều khiển tự động…

Máy đo từ trường do PGS.TS Phạm Văn Nho và các nhà khoa học của Trường ĐH Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN dựa trên hiệu ứng Hall với cảm biến bán dẫn. Cảm biến là một linh kiện có khả năng tiếp nhận và biến đổi đại lượng từ dạng này sang dạng khác thuận lợi cho việc sử dụng, xử lý. Các cảm biến thông thường chỉ biến đổi một đại lượng. Thí dụ cảm biến quang điện biến đổi ánh sáng thành điện; cảm biến nhiệt điện biến đổi nhiệt thành điện…Riêng cảm biến Hall lại biến đổi tích véc tơ của 2 đại lượng là dòng điện và từ trường thành điện thế. Như vậy điện thế thu được trên cảm biến Hall phụ thuộc vào các độ lớn, các chiều và góc giữa 2 đại lượng này. Nguyên lý độc đáo này giải thích tại sao  cảm biến Hall lại có nhiều ứng dụng phong phú và đa dạng trong đo lường, kỹ thuật điện tử, tin học và tự động hóa.

Phần tử quan trọng nhất của máy đo từ trường hiệu ứng Hall là cảm biến Hall được làm từ vật liệu bán dẫn thích hợp. Máy đo từ trường hiệu ứng Hall có độ nhạy rất cao và dải đo rất rộng. Loại máy này có thể đo từ trường trong khe hẹp và xác định sự phân bố của từ trường trong không gian mà các giải pháp khác không thực hiện được.

Điểm đặc sắc của sản phẩm này được thể hiện thông qua đầu đo cảm biến Hall được chế tạo với kích thước nhỏ hơn so với đầu đo của nước ngoài, cho phép đo được từ trường trong khe hẹp hơn (đến 0.5mm) của dụng cụ điện từ như loa điện động phẩm chất cao. Đầu đo và máy đo được ghép thành một khối thống nhất với giải pháp điện tử kỹ thuật số tinh tế do chính tác giả thiết kế lắp ráp, đạt được độ tin cây, độ ổn định và chính xác cao. Máy đo có hệ thống điều chỉnh tự động, tiện dụng và phạm vi ứng dụng rộng hơn so với các sản phẩm của nước ngoài, có thể dùng trong sản xuất, trong phòng thí nhiệm khoa học và giảng dạy. Ngoài ra, trong quá trình sử dụng, có thể dễ dàng thay thế riêng cảm biến khi bị hỏng mà không phải thay thế toàn bộ máy như sản phẩm của nước ngoài, do đó tiết kiệm chi phí.

Ứng dụng rộng rãi

Máy đo từ trường đã được cung cấp cho hầu hết các phòng thí nghiệm lớn, các cơ sở sản xuất vật liệu và dụng cụ từ trong toàn quốc (trong đó có Trung tâm Đo lường Quân đội). Sản phẩm được dùng thay thế hiệu quả cho thiết bị của nước ngoài tại các cơ sở như: Viện Khoa học Việt Nam, Trường ĐH Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN, Cục Tiêu chuẩn - Đo lường - Chất lượng (Bộ Quốc phòng), Tổng cục Bưu điện (dùng cho các dự án hợp tác quốc tế như vật liệu từ - UNDP), chương trình viện trợ Hà Lan, các cơ sở sản xuất nam châm, loa điện động trong nước, Viện Ứng dụng Công nghệ - Bộ Khoa học Công nghệ Việt Nam…

Máy đo từ trường hiệu ứng Hall đã được ra đời với kinh phí tự túc và ý tưởng khoa học độc lập. Sản phẩm được tặng Huy chương Tuổi trẻ sáng tạo và Huy chương Vàng Thành tựu Kinh tế Kỹ thuật Việt Nam. Trong thời gian tới, nhóm các nhà nghiên cứu sẽ hướng tới cung cấp máy đo từ trường cho các cơ sở đào tạo và giảng dạy vật lý các cấp. Đặc biệt, các nhà khoa học của Trường ĐH Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN cũng sẽ nghiên cứu ứng dụng thiết bị Hiệu ứng Hall vào công cuộc làm sạch bom mìn nằm sâu trong lòng đất, sông hồ và biển mà các thiết bị “Vòng cảm ứng” đang được sử dụng không thể phát hiện được.

Công nghệ đơn giản, vật liệu rẻ tiền và sản phẩm cao cấp

Khi được hỏi về công việc của mình, PGS.TS. Phạm Văn Nho chia sẻ: “Để kết quả nghiên cứu ứng dụng đi được vào thực tiễn, sản phẩm làm ra cần phải có yếu tố cạnh tranh cao. Ở điều kiện Việt Nam, điều đó có nghĩa là với công nghệ đơn giản và vật liệu rẻ tiền phải làm ra được sản phẩm cao cấp. Đó cũng chính là phương châm mà chúng tôi phấn đấu thực hiện”. Với máy móc, trang thiết bị còn chưa được hiện đại nhưng các sản phẩm do PGS.TS Phạm Văn Nho và các nhà khoa học của Trường ĐH Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN nghiên cứu và chế tạo như khẩu trang diệt khuẩn, mỹ phẩm nano bạc…đã tạo được uy tín trên thị trường bởi nhiều tính năng vượt trội so với cả các sản phẩm nước ngoài.

Với các thiết bị sẵn có cùng lòng nhiệt huyết, đam mê nghiên cứu khoa học, các nhà khoa học đã có 4 công trình nghiên cứu cơ bản được công bố ở các tạp chí quốc tế SCI (Science Citation Information), được trích dẫn, được mời viết bài…Ngoài ra, cùng với quá trình thực hiện các đề tài, dự án nghiên cứu, các nhà nghiên cứu đã tạo điều kiện hỗ trợ và hướng dẫn các NCS, học viên cao học và sinh viên thực tập tại phòng thí nghiệm cũng như hoàn thành luận án, luận văn và khóa luận tốt nghiệp của mình.

Không chỉ chủ động trong nghiên cứu, các nhà khoa học làm việc tại phòng thí nghiệm Vật lý Ứng dụng (Trường ĐH KHTN, ĐHQGHN) còn chủ động trong việc thiết lập các mối quan hệ hợp tác quốc tế. Do đó, những NCS, học viên cao học và sinh viên còn có cơ hội hòa nhập với quốc tế thông qua các công trình tham dự Hội nghị chuyên đề Quốc tế, bài báo SCI, có cơ hội nhận được các học bổng quốc tế danh giá như học bổng Odon Vallet, Honda YES, VEF, EU Erasmus Mundus. Bên cạnh đó, PTN còn thu hút giảng viên và sinh viên nước ngoài (Ấn Độ, Iraq) đến thực tập và hoàn thiện luận án tiến sĩ trong lĩnh vực công nghệ nano.

PGS.TS Phạm Văn Nho cùng các nhà nghiên cứu của Phòng thí nghiệm Vật lý Ứng dụng, Trường ĐH Khoa học Tự nhiên đã khắc phục khó khăn, khẳng định hướng đi riêng trong nghiên cứu cơ bản và nghiên cứu ứng dụng để cho ra những sản phẩm khoa học phục vụ hữu ích cho xã hội, góp phần nâng cao chất lượng và uy tín trong nước và quốc tế của ĐHQGHN.