Наночастицы феррита марганца в матрице боратного стекла

• Автор: Иванова, Оксана Станиславовна
• Шифр специальности: 01.04.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 126 с. : ил.

Глава 1. Обзор литературы
1.1. Магнитные наночастицы
1.1.1. Магнитные свойства ансамбля суперпарамагнитных частиц
1.1.2. Основные экспериментальные данные
1.2. Частицы ферритов в стекольных матрицах
1.3. Применение электронного парамагнитного резонанса для исследования парамагнитных кластеров в стеклах
1.4. Магнитооптические исследования ферритов шпинелей
Глава 2. Образцы и методика эксперимента
2.1. Описание образцов
2.2. Методики измерений
Глава 3. Эффект Фарадея и электронный резонанс в исходных образцах
3.1. Эффект Фарадея
3.2. Электронный резонанс
Глава 4. Характеристики наночастиц в образцах, подвергнутых дополнительным термообработкам
4.1. Рентгеновская дифракция
4.2. Электронно-микроскопические исследования
4.3. Процессы, приводящие к формированию наночастиц
Глава 5. Магнитные и магнитооптические свойства стекол подвергнутых термообработкам
5.1. Влияние термообработки на спектры электронного резонанса
5.2. Эффект Мессбауэра
5.3. Полевые зависимости намагниченности
5.4. Эффект Фарадея и магнитный круговой дихроизм
Заключение
Литература

Актуальность Наночастицы, как модельные объекты, представляют уникальную возможность для изучения трансформации физических, в частности, магнитных свойств материи при переходе от микроскопического (изолированные атомы, кластеры) к макроскопическому состоянию. С практической точки зрения возрастающий интерес к магнитным наносистемам обусловлен перспективностью использования магнитных наноматериалов в современных высокотехнологичных устройствах.
Магнитным свойствам наноструктурных объектов посвящен ряд обзоров и большое количество статей (например, [1] и ссылки в нем). Изменяя размеры, форму, состав и строение наночастиц, можно в определенных пределах управлять магнитными характеристиками материалов на их основе. Способ создания наночастиц часто играет определяющую роль в формировании их свойств. В большинстве случаев процессы синтеза частиц и стабилизации их свойств разделяются. Стекольная технология является одним из немногих методов, где одновременно с образованием наночастиц происходит и их стабилизация. Благодаря высокой гибкости и относительно низкой стоимости стекольная технология является универсальной технологией для создания наночастиц с широким спектром свойств и возможностью их целенаправленного изменения. Первая публикация, описывающая возникновение антиферромагнитных свойств в оксидном стекле с примесями Мп, что объяснялось формированием антифферомагнитных частиц, относится к 1964 году [2]. С тех пор многие авторы посвящали свои усилия исследованию магнитных частиц в стекольных матрицах. Известны многие работы, посвященные созданию в стеклах наночастиц ферритов [3-10], которые формировались при высоких концентрациях парамагнитных оксидов (не менее 30 масс. %) в исходной шихте. Это обстоятельство, во-первых,

приводило к полной потере прозрачности стекла и, во-вторых, к невозможности избежать сильного межчастичного взаимодействия. Уникальным исключением из этого правила является система калий-алюмо-боратных стекол, в которых магнитные свойства, характерные для магнитоупорядоченных веществ проявляются при концентрации парамагнитных оксидов в шихте ~2-3 масс. %. Получение и исследование таких стекол было начато группой химиков под руководством доктора химических наук С.А. Степанова в Государственном оптическом институте им. С.И.Вавилова [11]. Высокая магнитная восприимчивость в слабых магнитных полях и, одновременно, прозрачность в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах являлись отличительной особенностью таких стекол, позволяющей предположить возможность создания на основе этих стекол новых эффективных магнитооптических элементов. Особый интерес представляют стекла содержащие одновременно Ее и Мп. К началу настоящей работы были проведены исследования серий стекол КгО-АЬОз-В20з включающих оксид Ие одновременно с оксидами некоторых других металлов, включая Мп. Результаты исследования полевых, температурных и спектральных зависимостей магнитооптического эффекта Фарадея (ЭФ), намагниченности, рентгеновской дифракции и эффекта Мессбауэра [12-15] позволили предположить формирование в этих стеклах в результате термообработок наночастиц ферритов. Однако прямыми экспериментальными методиками частицы ранее не наблюдались, нельзя было составить представление о форме, структуре, размерах частиц и их распределения в матрице, не было данных о частицах в случаях, когда отсутствовали кристаллические рефлексы в спектрах рентгеновской дифракции, не было также получено сведений о структуре синтезированного стекла до проведения термообработок. Отсутствие знания реального состояния наночастиц и характера их распределения в аморфной матрице ограничивает возможность оптимизации стекол с заданными значениями

искаженные позиции (§=4.3). Полученные спектры демонстрируют сохранение этой тенденции и в исследованных нами стеклах: общая закономерность отчетливо проявилась в зависимости I) и Ь, определяющих количественную перегруппировку ионов, от концентрации МпО. Это подтверждается спектром, снятым в (^-диапазоне (35 гГц), на котором четко разрешается сверхтонкая структура МпО при £-2 (рис. 16 б). Отношение І1/І2 так же, как и в случае образца 1.1, увеличивается при понижении температуры за счет сильного возрастания интенсивности линии с §=4.3, но имеет несколько меньшее значение. Для всех исходных образцов наблюдаются одинаковые температурные зависимости ЭМР спектров, представленные на рис. 17а на примере образца 3.1: интенсивность пика с §=4.3 следует закону Кюри, а интенсивность пика в области £-2 этому закону не подчиняется, она возрастает при понижении температуры значительно медленнее.
Численное моделирование ЭМР спектра Ре3+ было проведено по методике [68] методом Монте-Карло с учетом гауссового распределения случайных разбросов межатомных расстояний и углов связи в первой координационной сфере для двух возможных координаций -тетраэдрической и октаэдрической. Рис. 176 показывает рассчитанные спектры Ре3+ для значений средних отклонений 0.06 А и 0.5°. Спектр для октаэдрического окружения практически совпадает с экспериментальным, четко видно ровное плато в области низких значений поля. В случае тетраэдрического окружения наблюдается вогнутость в этой области спектра, отсутствующая в эксперименте. Кроме того, экспериментальный спектр заметно уширен в сравнении с рассчитанным, в нем наблюдается также слабо разрешимая сверхтонкая структура, которая, видимо обусловлена ионами Мп2+. Уширение линии позволяет сделать вывод о значительном диполь-дипольном взаимодействии парамагнитных ионов и исходном стекле.