Магнитные свойства наночастиц и нанопленок антиферро- и ферромагнетиков

• Автор: Морозов, Алексей Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Ярославль
• Количество страниц: 174 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. НАНОМАТЕРИАЛЫ В ПРИРОДЕ, ТЕХНИКЕ И ТЕХНОЛОГИЯХ И ИХ МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА

1.1. Структура и магнитные свойства некоторых оксидов и гидроксидов железа

1.2. Природные системы наночастиц оксидов и гидроксидов железа

1.3. Технологические системы наночастиц оксидов и гидроксидов железа

1.4. Магнитные пленки на основе металлов и методы их изучения

1.5. Явление суперпарамагнетизма

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Объекты исследования

2.1.1. Природные системы наночастиц гетита
2.1.2. Лабораторные системы наночастиц гетита
2.1.3. Ферромагнитные пленки пермаллоя
2.2. Методы исследования
2.2.1. Магнитные измерения (МИ). Метод Фарадея
2.2.2. Магнитные измерения (МИ). Вибрационный магнитометр
2.2.3. Мессбауэровская спектроскопия (МС) и параметры спектров
2.2.4. Рентгеновская дифрактометрия (РД)
2.2.5. Электронная микроскопия (ЭМ)
ГЛАВА 3. МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА АНСАМБЛЕЙ НАНОЧАСТИЦ ГЕТИТА И МАГНИТНЫЕ ПЕРЕХОДЫ
3.1. Влияние размеров частиц на магнитные параметры гетитов
3.1.1. Зависимость намагниченности и восприимчивости гетита от средних размеров частиц

3.1.2. Зависимость эффективного магнитного поля на ядре от среднего размера частиц гетита
3.2. Изучение влияния среднего размера частиц на магнитную структуру гетита
3.3. Оценка критических размеров частиц гетита на основе теории суперпарамагнетизма и расчет параметров распределения
3.4. Применение методики расчета средних размеров частиц для
природных образцов
ГЛАВА 4. МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА НАНОПЛЕНОК ПЕРМАЛОЯ И МАГНИТНЫЕ ПЕРЕХОДЫ
4.1 .Влияние толщины пленок на магнитные параметры пермаллоя
4.1.1. Зависимость начальной магнитной восприимчивости и намагниченности пленок пермаллоя от толщины
4.1.2. Зависимость параметров петель гистерезиса от толщины пленок пермаллоя
4.2. Оценка критических параметров пленок пермаллоя на основе теории
суперпарамагнетизма
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время одним из актуальных направлений физики конденсированного состояния является исследование физических свойств различных наноматериалов, находящих применение в электронной технике для создания носителей информации [1, 2], датчиков [3, 4] и других устройств и материалов [5- 8]. Наноматериалы имеют характерный размер частиц или толщины пленок менее 100 нм (обычно от единиц до нескольких десятков нм). Такой малый размер приводит к значительному изменению их физических, в том числе и магнитных свойств [9-14]. Магнитные наноматериалы вызывают особый интерес в связи с возможностью создания на их основе чувствительных датчиков магнитного поля, запоминающих сред с высокой плотностью записи и т.д.
Системы наночастиц сильномагнитных оксидов железа (ферримагнетики ЕезСД - магнетит, у-Ре20з - маггемит) используются для создания материалов, служащих для записи и хранения информации. Для этих целей наиболее подходят однодоменные частицы, обладающие лучшими магнитными характеристиками. Среди многих перспективных технологий их производства имеется технология, включающая несколько этапов. На начальном этапе синтезируются слабомагнитные гидроксиды железа (антиферромагнетик а-ЕеООН - гетит), а затем, в результате контролируемого твердофазного превращения порошка гетита получают магнетит или маггемит [15]. При этом форма и размеры частиц сохраняются, а магнитные характеристики значительно усиливаются. Кроме того, установлено, что критический размер однодоменности частиц магнетита примерно совпадает [16-27] с критическим размером суперпарамагнетизма гетита. В связи с этим становится актуальным изучение зависимости магнитных свойств систем наночастиц оксидов и гидроксидов железа от их среднего размера. Представляет также большой

исследовано влияние температуры отжига на структуру пленок и их магнитные свойства.
В статье [110] исследуются тонкие слои y/Fe осажденного с обоих сторон на слой NiFe в NiFe/Cu структурах. Мессбауэровская спектроскопия на конверсионных электронах показала наличие внеплоскостной магнитной анизотропии в слоях Fe. В кривых магнетосопротивления образцов обнаружили наличие трех максимумов и уменьшение высоты пиков. Результаты мессбауэровских измерений, так же как и результаты компьютерного моделирования показали, что особая форма кривых магнитного сопротивления связана с изменением ориентации магнитного момента в слоях Fe к плоскостной. Уменьшение высоты пиков в кривой магнетосопротивления связано с менее эффективным рассеиванием, связанным со спинами в Fe/Cu and Fe/NiFe структурах, по сравнению с NiFe/Cu. Мессбауэровские спектры на конверсионных электронах показали зависимость магнитных свойств от толщины слоя. В наиболее тонких пленках, с толщиной слоя до 0,6 нм, наблюдались широкие дублеты. В более толстых пленках магнитное расщепление появилось уже при комнатной температуре. При низких температурах параметры магнитного расщепления зависят от Fe-Ag и Fe-Fe атомных взаимодействий. Спектр сверхтонкого расщепления показал наличие магнитной анизотропии и увеличение максимальной величины сверхтонкого магнитного поля до 40 Т в пленке Fe.
В статье [50] методом мессбауэровской спектроскопии исследованы неоднородные пленки Fe различной толщины от 6 ± 1 до 35 ± 1 Ä при различных температурах от 12 до 300К. Исчезновение дальнего порядка в пленках тоньше, чем 13 Ä при температуре жидкого гелия связано с присущим им парамагнитному состоянию, в котором флуктуации спина происходят из-за нулевого движения. Пленки от 16 до 35 Ä обладают сложными спектрами, что указывает на сосуществование нескольких