Когерентные и некогерентные магнитные возбуждения СВЧ-диапазона в нанокомпозитных покрытиях, сформированных методом последовательной адсорбции гидрофобных наночастиц магнетита и гидрофильных полимерных молекул

• Автор: Воронин, Денис Викторович
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 134 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Теоретические и экспериментальные методы исследований высокочастотных колебаний намагниченности в магнитоупорядоченных средах. Методы формирования магнитных композитных покрытий, содержащих магнитные наночастицы, и
структур на их основе
1.1. Методы исследования колебаний намагниченности в нанокомпозитных структурах
1.1.1. Статические магнитные свойства магнитоупорядоченных сред
1.1.2. Исследование динамики магнитных колебаний в магнитоупорядоченных средах методом ферромагнитного резонанса
1.1.3. Исследование динамики магнитных колебаний в магнитоупорядоченных средах методом бриллюэновской спектроскопии
1.2. Методы получения магнитных композитных покрытий
1.2.1. Вакуумные методы
1.2.2. Невакуумные методы. Последовательная адсорбция из раствора
1.3. Структурирование поверхности магнитных нанокомпозитных покрытий
1.4 Выводы по главе 1
ГЛАВА 2. Формирование нанокомпозитных покрытий, содержащих гидрофобные наночастицы магнетита, методом последовательной адсорбции из раствора: исследование процесса адсорбции и состава и структуры нанокомпозитных покрытий
2.1. Материалы и методики, используемые при формировании нанокомпозитных покрытий, и методы проведения исследований физико-химических свойств образцов
2.2. Исследование размера и полидисперсности наночастиц ГезОд в исходном коллоидном растворе
2.3. Формирование нанокомпозитных покрытий и исследование особенностей процесса адсорбции гидрофобных наночастиц ГезС>4
2.4. Исследование влияния магнитных нанокомпозитных покрытий на электрофизические свойства дискретных индуктивных элементов

2.5. Выводы по Главе 2 ГЛАВА 3. Исследование интегральных магнитных свойств нанокомпозитных покрытий, содержащих гидрофобные наночастицы магнетита, методами измерения кривых статической намагниченности и ферромагнитного резонанса
3.1. Исследование статических магнитных свойств нанокомпозитных покрытий методом магнитной виброметрии
3.2. Исследование когерентных магнитных колебаний методом ферромагнитного резонанса
3.3. Выводы по Главе
ГЛАВА 4. Исследование некогерентных магнитных возбуждений в нанокомпозитных покрытиях, содержащих гидрофобные наночастицы магнетита, методом бриллго-эновской спектроскопии
4.1. Описание установки и методика проведения экспериментов по изучению спектров бриллюэновского рассеяния
4.2. Модель спектра бриллюэновского рассеяния света на тепловых флуктуациях намагниченности в нанокомпозитном покрытии, содержащем наночастицы магнетита
4.3. Экспериментальное исследование спектров некогерентных колебаний намагниченности в нанокомпозитных покрытиях методом бриллюэновской спектроскопии
4.4. Защищаемые результаты исследований и выводы по Главе 4 ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ БЛАГОДАРНОСТИ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы
Одной из актуальных задач современной радиофизики является изучение колебательных процессов в сосредоточенных и распределенных системах различного пространственного масштаба (от макро- до нано-) и развитие радиофизических методов исследования, позволяющих установить связь между закономерностями колебательных процессов с эффективными материальными параметрами колебательной среды. В частности, использование особенностей динамики магнитных возбуждений СВЧ-диапазона в магнитоупорядоченных средах позволяет создавать материалы для применения в микроволновой электронике (радиопоглощающие покрытия в СВЧ-диапазоне радиоволн) [1], телекоммуникационных системах (компоненты систем обработки и хранения информации, фильтры, генераторы)[2], медицине (СВЧ-терапия) и т.д. В настоящее время все более широкое применение находят магнитные нанокомпозитные среды и покрытия, представляющие собой полимерные матрицы с распределенными в них магнитными наночастицами. Высокочастотными свойствами покрытий можно управлять в широких пределах варьируя величину внешнего магнитного поля, геометрические размеры и материальные параметры покрытий (концентрацию магнитных частиц, намагниченность, поле анизотропии)
[3]. В связи с этим, развитие радиофизических методов исследования спектров колебаний магнитных моментов (намагниченности) в нанокомпозитных покрытиях и установление взаимосвязи их характеристик с эффективными материальными параметрами покрытий представляет интерес, как с точки зрения фундаментальных научных исследований, так и решения прикладных задач по созданию миниатюрных приборов и устройств нового поколения с улучшенными параметрами.
Одним из самых эффективных радиофизических методов изучения динамики колебаний намагниченности является метод на основе резонансного поглощения СВЧ-мощности магнитоупорядоченной средой, помещенной во внешнее постоянное магнитное поле - ферромагнитного резонанса (ФМР). ФМР позволяет получить информацию о магнитной структуре, природе взаимодействия в ферро-, антиферро- и ферримагнетиков, а также об их основных параметрах: резонансных частотах, обменных константах, константах анизотропии и т.п. [4]. ФМР является классическим радиофизическим методом исследования динамики когерентных магнитных колебаний, развиваемым с середины 1950-х годов. Однако, с точки зрения изучения современных микро- и наноразмерных магнитных структур, существенным недостатком ФМР является то, что данный метод позволяет исследовать лишь интегральные (усредненные по всему объему структуры) спектральные характеристики колебательных процессов.
этом максимальное значение абсолютной величины к, которое удается зафиксировать с помощью БЛС, составляет порядка 105 см'1 [6] и определяется апертурой объектива. Такие значения измеряемой абсолютной величины к, не позволяют зафиксировать наличие магнитостатических волн в единичной наночастице, поскольку длина такой волны X должна быть сравнима или меньше характерного размера частицы с]. Тем не менее, с помощью БЛС можно получить распределение тепловых магнонов по энергиям - спектр бриллюэновского рассеяния. Таким образом, хотя БЛС позволяет зафиксировать рассеяние фотонов на магнонах с 0 < к < 105 см'1, то есть измеряемые значения абсолютной величины к очень малы, и наблюдаемая с помощью БЛС прецессия намагниченности в частице практически однородна.
На сегодняшний момент БЛС активно используется для изучения магнитных свойств тонких магнитных пленок, в том числе железо-иттриевого граната [5], пермаллоя [6], различных магнитных материалов сложного состава [7, 63], а также структур на их основе [5, 8, 64, 65].
1.2. Методы получения магнитных композитных покрытий
В настоящее время выделяют две большие группы методов получения магнитных нано-композитных покрытий и тонких пленок. Первую группу составляют вакуумные методы, основанные на напылении покрытий путем прямой конденсации пара наносимого вещества. Ко второй группе относятся невакуумные методы, в основе которых лежат процессы самосборки и самоупорядочения молекул или частиц осаждаемого вещества на подложке.
1.2.1 Вакуумные методы
Для большинства практических применений в электронике и спинтронике магнитные покрытия получают с использованием методов физического осаждения из газовой фазы [66]. Согласно классификации, приведенной в [67], к осаждению из газовой фазы относятся следующие группы методов в различных модификациях:
• Испарение,
• Ионное осаждение,
• Распыление.
При осаждении покрытия с использованием процессов испарения, осаждаемое вещество помещают в источник, который нагревается под действием постоянного тока, ионизирующего излучения, электронного пучка, лазерного луча или дугового разряда. Процессы проводятся в вакууме (при давлении 10'5 - 10'6 торр), так что атомы испаренного вещества проходят напря-