Релаксационная СКВИД-магнитометрия ансамблей магнитных наночастиц

• Автор: Волков, Иван Александрович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 115 с. : ил.

Глава 1. ОБЗОР ПРОБЛЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Магнитометры и датчики магнитного поля

1.2. ВТСП СКВИДы

1.3. Характеристики джозефсоновских переходов

1.4. Характеристики ВТСП СКВИДов постоянного тока

1.5. СКВИД-релаксометрия и ее приложения

1.5.1. Импульсная ЯМР-спектроскопия (спин-эхо)

1.5.2. Диагностика магнитных наноматериалов

Глава 2. ИЗГОТОВЛЕНИЕ СЕНСОРОВ И СБОРКА РЕЛАКСОМЕТРА

2.1. Изготовление ВТСП СКВИД-сснсоров

2.1.1. Вступление

2.1.2. Мотивация необходимости использования субмикронных джозефсоновских переходов в ВТСП СКВИДах
2.1.3. Технологическая схема изготовления ВТСП СКВИДов, содержащих субмикронные джозефсоиовские переходы
2.1.4. Лазерное напыление ВТСП пленок
2.1.5. Лазерное напыление углеродных пленок
2.2. Сборка СКВИД-рслаксометра
2.2.1. Сверхбыстрая коммутация поля подмагничивания
2.2.2. Функционирование СКВИДа в режиме замкнутой
обратной связи (ОС)
2.2.3. Усовершенствование СКВИД-электроники
2.2.4. Измерительная геометрия
2.2.5. Устойчивость ОС

Глава 3. ИЗМЕРЕНИЯ
3.1. Объекты исследования
3.2. Измерение тестового релаксационного сигнала
3.3. Процедура получения релаксационной кривой исследуемого образца
3.4. Калибровка релаксационной кривой
Глава 4. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПОВЕДЕНИЯ
МАГНИТНЫХ НАНОЧАСТИЦ
4.1. Анизотропия магнитных наночастиц
4.2. Неелсвскос описание процессов псрсмагничивания
однодоменных частиц
4.2.1. Закон Нееля-Аррениуса и суперпарамагнетизм наночастиц
4.2.2. Намагничивание и релаксация намагниченности
ансамбля наночастиц
Глава 5. СОПОСТАВЛЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ И РАСЧЕТНЫХ ДАННЫХ: ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
ВЫВОДЫ
Приложение 1. Применения магнитных наноматериалов
Приложение 2. Микромагнетизм однодоменных частиц
Список используемых аббревиатур
Список публикаций автора по теме диссертации
Список цитируемой литературы

За последние 15 лет произошел колоссальный прорыв в области создания и применения материалов со структурой пониженной размерности (наноматериалов). Основная доля научных исследований во всем мире сейчас приходится на тематики, направленные на разработку наноматериалов с уникальными физико-химическими свойствами. Фантастическое многообразие поведения наноматериалов позволяет все с большими темпами создавать на их основе устройства и функциональные компоненты с возможностями, которые нельзя было предсказать еще в недавнем прошлом.
Магнитные наноматериалы - одни из самых интересных и активно изучаемых объектов, среди которых следует выделить магнитные однодоменные наночастицы, нашедшие широкое применение в технологиях записи и хранения информации, производстве постоянных магнитов и некоторых важных задачах биомедицины.
Необходимым условием в анализе поведения магнитных материалов является знание их базовых магнитных параметров. В практически наиболее важном случае одноосной анизотропии такими параметрами являются константа одноосной магнитокристаллической анизотропии Ки и намагниченность насыщения Ms- Так как данные параметры определяют многие важные макроскопические магнитные характеристики материала такие как остаточная и равновесная намагниченности, магнитная восприимчивость, коэрцитивная сила, время перемагничивания и т.д., то их вполне можно называть фундаментальными параметрами. Далее задачу определения фундаментальных параметров мы будем называть диагностикой магнитных материалов.
Эффект разупорядочивания кристаллической структуры вещества, неизбежно возникающий вблизи границы раздела фаз, играет в наночастицах размером менее 10 нм большую роль, поскольку доля приповерхностных атомов в частицах столь малых размеров резко возрастает. При этом масштаб данного эффекта зависит от размера, химического состава и молекулярного окружения наночастиц [1-4]. Как следствие, фундаментальные параметры магнитных наночастиц могут существенно отличаться от параметров соответствующих объемных (bulk) материалов, в связи с чем диагностика магнитных наночастиц представляет собой актуальную задачу как с практической, так и теоретической точек зрения. Определение фундаментальных параметров объемных магнитных материалов не представляет большой сложности [5], однако, данная задача выглядит весьма нетривиально для наночастиц [6-9].

Рис. 2.15. Функциональная схема СКВИД-электроники: 1) СКВИД; 2) согласующий трансформатор; 3) предварительный усилитель; 4) синхронный детектор; 5) интегратор; 6) генератор; 7) катушка обратной связи.
2.2.3. Усовершенствование СКВИД-электроники
Частотный диапазон полезных релаксационных сигналов, изучаемых в данной работе, лежит от 0 до 200 кГц. В связи с этим в рамках настоящего исследования возникла необходимость расширить полосу пропускания стандартной СКВИД-электроники до уровня 200 кГц, что и было нами успешно достигнуто благодаря использованию последних моделей широкополосных интегральных микросхем. Модуляционная частота при этом была увеличена до 4 МГц.
2.2.4. Измерительная геометрия
На Рис. 2.16 представлена схема регистрирующей части разработанного мною СКВИД-релаксометра. В данной схеме СКВИД-сенсор располагается близко к поверхности образца: зазор между ними составляет порядка 200 мкм. Плоскость СКВИДа практически параллельна плоскости образца и направлению поля подмагничивания.
Поскольку СКВИД реагирует только на компоненту магнитного поля перпендикулярную его плоскости, то указанная продольная геометрия “СКВИД || полю” позволяет достичь очень малых значений паразитной нормальной