การศึกษาสเปกตรัมการดูดกลืนรังสีเอกซ์ คณะนักวิจยั จากมหาวิทยาลัยวลัยลักษณ์และมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสรุ นารี ร่วมมือกันท�ำการ ศึกษาสารแม่เหล็กระดับนาโนชนิดใหม่ส�ำหรับการน�ำไปใช้ในจานบันทึกข้อมูลแบบแข็ง (ฮาร์ดดิสก์) ให้มคี วามหนาแน่นของการบันทึกข้อมูลมากยิง่ ขึน้ ซึง่ จะท�ำให้ได้ฮาร์ดดิสก์ทมี่ คี วามจุสงู ขึน้ รวมไปถึง การศึกษากระบวนการสังเคราะห์สารแม่เหล็กนาโนดังกล่าว โดยใช้ประโยชน์จากเทคนิคการทดลองการ ดูดกลืนรังสีเอกซ์ของสถาบันวิจยั แสงซินโครตรอน การวิจยั นีเ้ ป็นตัวอย่างของการใช้แสงซินโครตรอน ในการพัฒนากระบวนการผลิตในอุตสาหกรรมคอมพิวเตอร์และอิเล็กทรอนิกส์ การบั น ทึ ก ข้ อ มู ล ด้ ว ยจานบั น ทึ ก ข้อมูลแบบแข็ง หรือฮาร์ดดิสก์ ยังคงมีมูลค่า เชิงพาณิชย์มหาศาล เนือ่ งจากราคาต่อหน่วย ความจ� ำ ยั ง คงต�่ ำ กว่ า สื่ อ บั น ทึ ก ข้ อ มู ล แบบอื่นๆ การวิจัยเพื่อพัฒนาให้ฮาร์ดดิสก์มี ความจุสูงขึ้นถึงระดับ 10 เทระบิตต่อตาราง นิว้ อาศัยการเก็บข้อมูลแต่ละบิตลงในอนุภาค แม่เหล็กนาโนทีม่ กี ารจัดเรียงกันเป็นรูปแบบที่ แน่ น อน หรื อ เรี ย กว่ า แพทเทิ ร ์ น มี เ ดี ย (Patterned media) วิธีการผลิตแพทเทิร์น มี เ ดี ย มี ส องแนวทาง คื อ วิ ธี ลิ โ ธกราฟี (Lithography) และ วิ ธี จั ด เรี ย งตั ว เอง (Self-assembly) เทคโนโลยีที่น่าจะเป็นไป ได้ ที่ สุ ด ในการผลิ ต ฮาร์ ด ดิ ส ก์ ค วามจุ สู ง เชิงพาณิชย์ คือ การผสานวิธที งั้ สองเพือ่ สร้าง แผ่นแม่พิมพ์ แล้วท�ำการกดพิมพ์ระดับนาโน (Nano-imprinting) เพื่ อ ผลิ ต แผ่ น อื่ น ๆ จ�ำนวนมากได้อย่างรวดเร็วโดยมีต้นทุนไม่สูง มากนัก
ส�ำหรับฮาร์ดดิสก์ความจุสูงเช่นนี้ การบันทึกข้อมูลไม่สามารถใช้สื่อแม่เหล็ก แบบดัง้ เดิมได้ เนือ่ งจากสารแม่เหล็กทัว่ ไปจะ สูญเสียสภาพแม่เหล็กเฟอร์โร (Ferromagnetism) เมือ่ มีขนาดลดลงในระดับสิบนาโนเมตร และอยูใ่ นสภาพแม่เหล็กซูเปอร์พารา (Superparamagnetism) ซึ่ ง แมกนี ไ ตเซชั่ น (Magnetization) จะเปลี่ ย นทิ ศ แบบสุ ่ ม ภายใต้อทิ ธิพลของพลังงานความร้อน อนุภาค เหล็กแพลตตินัม (FePt) ขนาดต�่ำกว่าสิบ นาโนเมตรจึงมีความพิเศษ ในแง่ที่สามารถ คงสภาพแม่เหล็กเฟอร์โร ที่มีแมกนีไตเซชัน คงค้างไว้ในทิศที่ก�ำหนดแม้ปราศจากสนาม แม่ เ หล็ ก ภายนอก ซึ่ ง เป็ น สมบั ติ ที่ จ� ำ เป็ น ในการบันทึกข้อมูล การสังเคราะห์อนุภาค นาโน FePt นิยมใช้ปฏิกิริยาเคมีระหว่าง Fe(CO)5 และ Pt(acac)2 ในตัวท�ำละลาย เช่น Benzyl ether โดยใช้ 1,2 hexadecandiol เป็นตัวรีดิวซ์ และ Oleic acid /
งานวิจัยด้านอุตสาหกรรม
ของอนุภาคแม่เหล็กนาโนเหล็กแพลตตินัม ส�ำหรับการบันทึกความจุสูง
Oleylamine เป็นสารเคลือบผิว อะตอมเหล็ก และแพลตติ นั ม ที่ ไ ด้ จ ากการสั ง เคราะห์ มี โครงสร้างแบบ Face-centered cubic (fcc) ที่ยังคงแสดงสมบัติแม่เหล็กซูเปอร์พารา ต้อง ผ่านการให้ความร้อนจึงเกิดการเปลี่ยนเฟส เป็น Face-centered tetragonal (fct) พร้อมทั้งเกิดสมบัติแม่เหล็กเฟอร์โร ปัญหาที่ ยั ง คงต้ อ งการการค้ น คว้ า และพั ฒ นา คื อ Fe(CO)5 มีความเป็นพิษสูง และมีจดุ เดือดต�่ำ ท� ำ ให้ ค วบคุ ม อั ต ราส่ ว นอะตอมเหล็ ก ต่ อ แพลตตินัมได้ยาก คณะผูว้ จิ ยั ได้สงั เคราะห์อนุภาคนาโน FePt โดยใช้วธิ ี Modified Polyol Process ที่มี Fe(acac)3 และ Pt(acac)2 เป็นสาร ตั้ ง ต้ น ซึ่ ง กระบวนการนี้ เ ป็ น มิ ต รกั บ สิ่งแวดล้อมมากกว่าการใช้ Fe(CO)5 และ ท� ำ การศึ ก ษาโครงสร้ า งระดั บ อะตอมของ อนุ ภ าคเหล่ า นี้ ด้ ว ยเทคนิ ค การดู ด กลื น รังสีเอ็กซ์ (X-ray absorption spectroscopy หรือ XAS) จากเครือ่ งก�ำเนิดแสงซินโครตรอน ของสถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน (องค์การ มหาชน) ผลการวิเคราะห์น�ำไปสู่ข้อมูลซึ่ง
สนับสนุนสมมติฐานที่ว่า กระบวนการเกิด อนุภาคจาก Modified Polyol Process มีขั้น ตอนแตกต่างไปจากกรณีใช้ Fe(CO)5 เป็น สารตัง้ ต้น คือ มีการเกิดอนุภาคทีม่ อี ตั ราส่วน แพลตตินัมสูงขึ้นก่อน ส่วนอะตอมเหล็กหรือ เหล็กออกไซด์เกิดขึน้ อยูท่ ผี่ วิ ของอนุภาค จาก นัน้ จึงแพร่เข้าสูอ่ นุภาคกลายเป็นอนุภาคเหล็ก แพลตตินัมในภายหลัง อนุภาคที่ได้จากการ สังเคราะห์จึงอาจอยู่ในสภาวะเฟสผสมของ เหล็กแพลตตินัมและเหล็กออกไซด์ ดังนัน้ การศึกษาสเปกตรัม XAS โดย ใช้แสงซินโครตรอนท�ำให้เข้าใจกลไกการเกิด อนุภาคและองค์ประกอบของอนุภาคในระยะ ต่างๆ ซึง่ จะน�ำไปสูก่ ารควบคุมอัตราส่วนของ เหล็ ก และแพลตติ นั ม จากกระบวนการ สั ง เ ค ร า ะ ห ์ แ ล ะ ก า ร ใ ห ้ ค ว า ม ร ้ อ น เพื่อให้ได้สมบัติที่เหมาะสมกับการใช้บันทึก ข้อมูล และผลงานวิจัยนี้จะเป็นรากฐานการ วิจยั ผลิตสือ่ แม่เหล็กความจุสงู ในประเทศไทย ซึง่ เป็นฐานการผลิตฮาร์ดดิสก์ทใี่ หญ่ทสี่ ดุ ของ ในโลก
นายคมกริช โชคพระสมบัต1ิ , รศ. ดร. ชิตณรงค์ ศิริสถิตย์กุล1, ผศ. ดร. พิมผกา ฮาร์ดิง1 น.ส. สุจิตรา จันดารักษ์2 และ ผศ.ดร. รัตติกร ยิ้มนิรัญ3 1 ส�ำนักวิชาวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยวลัยลักษณ์ 2 สาขาวิชาวิศวกรรมเซรามิก มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี 3 สาขาวิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี เอกสารอ้างอิง Chokprasombat , K., Sirisathitkul , C., Harding, P., Chandarak ,S. and Yimnirun ,R. “Synchrotron X-Ray Absorption Spectroscopy Study of Self-Assembled Nanoparticles Synthesized from Fe(acac)3 and Pt(acac)2” Journal of Nano materials, 2012 (2012), Article ID 758429, doi:10.1155/2012/758429.