Атомное и электронное строение нанокомпозитов металл-диэлектрик (Co41Fe39B20)x(SiO2)1-x и (Co45Fe45Zr10)x(SiO2)1-x

• Автор: Сторожилов, Сергей Анатольевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 135 с. : ил.

Содержание диссертации.

Введение

Г лава 1 Литературный обзор.

1.1 Методы получения и структура нанокомпозитов металл -диэлектрик

1.2 Электрические, магнитные и магниторезистивные свойства нанокомпозитов

1.3 Электронное строение нанокомпозитов

1.4 Экспериментальные исследования электронного строения нанокомпозитов

1.5 Выводы, цели и задачи диссертации

Глава 2 Физические основы методов исследования и характеристика образцов.

2.1 Методика получения образцов и их характеристики

2.2 Метод дифрактометрии
2.3 Ультрамягкая рентгеновская эмиссионная спектроскопия (XES)
2.4 Методика исследования ближней тонкой структуры края рентгеновского поглощение (XANES - X-ray absorption near edge structure)
2.5 Методика компьютерного анализа фазового состава по рентгеновским спектрам эмиссии и поглощения
Глава 3 Результаты экспериментальных исследований электронноэнергетической структуры нанокомпозитов (Co4iFe39B2o)x(Si02)i-x-
3.1 Дифрактометрические данные
3.2 Особенности энергетического спектра Si L2;3 валентных электронов и фазовый состав аморфных нанокомпозитов
3.3 Особенности энергетических спектров XANES йе Ь2,з, Со Ь2;3 , В К свободных состояний металлической компоненты
3.3.1 ХА8ГЕ8 Ре Ь2>з спектры
3.3.2 ХА1МЕ8 Со Ь2,з спектры
3.3.3 ХАМЗБ В К спектры
3.4 Особенности энергетических спектров ХА№8 81 Ьз и О К свободных состояний диэлектрической компоненты.
3.4.1 ХАИЕв 81 Е2<з спектры
3.4.2 ХАЫЕ8 О К спектры
3.5 Выводы
Г лава 4 Результаты экспериментальных исследований электронноэнергетической структуры нанокомпозитов (Со45Ее45Хг1о)х(8102)1..х.
4.1 Особенности энергетических спектров ХАЖ18 Ле Ь2;3, Со Е2 3 свободных состояний металлической компоненты
4.2 Особенности энергетических спектров ХА№)8 81 Ь2,3 и О К свободных состояний диэлектрической компоненты
4.2 Выводы
Глава 5 Сравнение макроскопических и микроскопических свойств систем (Со41Еез9В2о)х(8102)1.х и (Со45ре45гг|о)х(8102)|.х и их энергетические модели.
5.1 Сравнение макроскопических свойств двух систем нанокомпозитов
5.2 Топологические и энергетические модели нанокомпозитов (Со41ЕездВ2о)х(8102)1-хИ (Со45Ее457г1о)х(8102)1.х
Основные результаты и выводы
Литература
Введение
Актуальность работы:
В последние годы возрос интерес к той области физики конденсированного состояния, которая связана с изучением различных наноразмерных структур. В свою очередь материалы, содержащие наноразмерные структуры, привлекают серьёзное внимание в силу своих уникальных физических свойств, которые не могут быть реализованы в материалах с мезоскопическим или микроскопическим размером неоднородностей.
Структуры, представляющие собой металлические гранулы размером в несколько нанометров, внедрённые в немагнитные металлические или диэлектрические матрицы, можно рассматривать как материалы, находящиеся на границе между классической физикой твёрдого тела и нанофизикой. Интерес к таким гранулированным наноструктурам (нанокомпозитам) резко возрос благодаря ряду их физических свойств. Среди таких свойств прежде всего следует отметить явление гигантского магнитосопротивления (ГМС), спин - зависимое электронное туннелирование, высокие диэлектрические потери СВЧ, аномальный эффект Холла, аномально высокие значения эффекта Керра, а также целый ряд других необычных физических свойств. Совокупность таких свойств делает наногранулированные композиты чрезвычайно привлекательными материалами для применения их в микро- и радиоэлектронике. В частности, данные материалы могут быть использованы в качестве сверхчувствительных датчиков температуры, поскольку температурная зависимость электросопротивления у них превышает чувствительность применяемых в настоящее время угольных и полупроводниковых термодатчиков примерно на порядок. Они также могуч быть использованы как чувствительные датчики магнитного поля (замена датчиков Холла). Наногранулированные материалы и физические принципы, определяющие электронно-транспортные свойства композитов, лежат в основе создания элементов бурно развивающегося
магнитострикции в материале. С другой стороны, в простых металлах туннельные процессы определяются в основном «- и р- электронами, поскольку это внешние электроны и их волновые функции более протяженны и делокализованы нежели у -электронов. Вместе с тем, для зонных магнетиков плотность /-электронов вблизи уровня Ферми значительно выше, чем 5- или р-электронов. Кроме того, в этих материалах имеет место «-д'-гибридизация, приводящая к увеличению делокализации о'-электронов. Также известно, что аморфизация металлических сплавов, содержащих 3-с1 металлы, значительно увеличивает «--гибридизацию и таким образом вовлекает /-электроны в электронный транспорт [31]. Таким образом, сочетание «-/-гибридизации и наличия нескомпенсированных поляризованных -состояний на уровне Ферми позволило автору [1] предположить, что /-электроны дают вклад в процесс туннельного переноса через гранулированные материалы. Поэтому увеличение плотности -состояний на уровне Ферми (вследствие расщепления подзон, пропорционального величине магнитострикции) должно приводить к росту туннельного тока [3], величина которого зависит от взаимной ориентации магнитных моментов гранул или, иными словами, от макроскопической намагниченности всего композиционного материала. Однако, нанокомпозиты в работе [32] на основе аморфного металлического сплава СоМэТа имеют значение магнитострикции «близкое к нулю» и ГМС ~ 0.4% ( Т = ЗООК ). В данных наногранулированных структурах туннелирование осуществляется в основном за счёт в электронов, так называем э-э туннелирование. Если расстояние между соседними гранулами превышает определённое значение, то наибольшее значения будут иметь интегралы перекрытия волновых функций, составленных из э-орбиталей атомов металлов. В работе [33] было показано, что для атомов Со данное расстояние примерно равно одноатомному слою кобальта при туннелировании между электродами Со.