Размерные эффекты и межчастичные взаимодействия в спектроскопии электронного магнитного резонанса дисперсных магнетиков и каталитических систем на их основе

• Автор: Мартьянов, Олег Николаевич
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 330 с. : ил.

Введение

Глава 1. Литературный обзор

1.1. Основные принципы ферромагнитного резонанса

1.1.1. Динами ка магнитного момента

1.1.2. Ферромагнитный резонанс в суперпарамагнитных системах

1.1.3. Особенности ферромагнитного резонанса.

Сравнительный анализ методов ФМР и ЭПР

1.2. Применение метода ФМР для исследования дисперсных магнетиков

1.3. Магнетизм в химии

1.4. Коллективное поведение магнитных частиц в дисперсных магнетиках

1.5. Заключение. Постановка задачи

Глава 2. Тонкая структура ферромагнитного резонанса ТС ФМР
2.1. Физическая природа тонкой структуры ФМР
2.2. Тонкая структура ФМР дисперсных магнетиков
2.2.1. Объекты исследования и методика эксперимента
2.2.2. Свойства тонкой структуры дисперсных магнетиков на примере жслезооксидной шпинели Рез
2.2.3. Эффекты неполного усреднения в спектрах полиориентированиых дисперсных магнетиков
2.2.4. Намагничивание дисперсного образца. Роль магнитных
мсжчастичных взаимодействий в спектрах ТС ФМР
2.3. Численное моделирование скачкообразного намагничивания дисперсных ферромагнетиков, обусловленное хмагнитными
межчастичными взаимодействиями
Глава 3. Применение метода ТС ФМР
3.1. Дисперсность ферромагнитных систем
3.2. Тонкая структура ФМР дисперсных магнетиков с преимущественной
ориентацией
3.3. Регистрация малых концентраций ферромагнитной фазы
3.4. Образование наноразмерных ферромагнитных частиц в цеолитах в
процессе термокислородной активации
3.5. Магнитная фазовая неоднородность замещенных манганитов лантана
Г лава 4. Двумерные периодические магнитные структу ры
4.1. Коллективные эффекты в двумерных периодических дот
структурах
4.2. Ферромагнитный резонанс в двумерных антидот структурах
Глава 5. Модельные каталитические системы па основе дисперсных
магнетиков
5.1. Нанесенные Со и СоРс1 модельные каталитические системы
5.2. Окисление нанесенных Со и модельных катализаторов
процесса ФишераТропша
5.3. Нанесенные биметаллические модельные каталитические
системы
5.4. Нанесенные модельные системы на основе суперпарамагнитных
частиц i
5.5. Некоторые практически важные каталитические и физикохимические системы на основе дисперсных магнетиков
5.5.1. Катализаторы получения синтезгаза из метана на основе
оксидных систем, промотированных и i
5.5.2. Железооксидные катализаторы селективного окисления
сероводорода в серу
5.5.3. Высокодисперсные ферромагнитные системы на основе суперпарамагнитных частиц i в двойных i слоистых
гидроксидах
Заключение
Основные результаты и выводы
Публикации автора по теме диссертации
Благодарности
Список цитируемой литературы


Такое термоактивированное поведение называется суперпарамагнитным, поскольку термостимулированное преодоление барьера приводит к установлению термодинамического равновесия, аналогичного наблюдаемому в парамагнетике, с той лишь разницей, что в данном случае флуктуирует полный магнитный момент частицы, который много больше магнитною момента атома. Можно определить некоторое характерное время т5, в течение которого остаточная намагниченность частицы уменьшается в е раз изза тепловых флуктуаций ее магнитного момент. Если время т5 меньше или сравнимо с характерным временем регистрации применяемого метода исследования, то можно говорить о супсрпарамагнитном поведении частицы. Например, если частица заданного объема при исследовании методом ФМР на определенной частоте и при заданной температуре обнаруживает суперпарамагнитные свойства, то при другой частоте или температуре она может вести себя как однодоменная частица с постоянным магнитным моментом, который практически не испытывает термических флуктуаций. При использовании радиоспектрометра Хдиапазона ус. Гц при комнатной температуре суперпарамагнитное поведение наблюдается, как правило, для частиц размером до 2 А, в зависимости от вида ферромагнетика и величины магнитной анизотропии частицы. Впервые понятие о суперпарамагнитном поведении малых магнитных частиц было введено Нсслем в году . Оказалось, что суперпарамагнитное поведение является причиной эффективного уменьшения намагниченности наноразмерных магнетиков. Впоследствии суперпарамагнитное поведение наблюдалось в большом круге объектов в магнитных жидкостях в стеклах, допированных ионами переходных металлов в наноразмерных магнетиках, диспергированных в диамагнитных матрицах, а также инкапсулированных в различных пористых материалах , в нанесенных металлических структурах и во многих других системах. Ферромагнитный резонанс всегда был и остается одним из основных методов исследования динамики магнитной частицы при наличии энергетических барьеров, связанных с внутренней магнитной анизотропией 9. Метод ФМР чувствителен непосредственно к локальному магнитному полю, в котором находится каждый магнитный момент частицы , позволяя одновременно анализировать парамагнитную и ферромагнитную фазу. При увеличении температуры регистрации спектра или уменьшении размера частицы растет интенсивность тепловых флуктуаций магнитного момента. Быстрые реориентации магнитного момента приводят к эффективному усреднению локального поля, в котором находится частица, приводя к уменьшению наблюдаемой ширины линии ферромагнитного резонанса. Иногда более важным оказывается даже не возрастание интенсивности тепловых флуктуаций, а тот факт, что сами магнитные характеристики ферромагнетиков быстро меняются с температурой. Так, например, константа магнитной кристаллографической анизотропии кобальта при 0 К на порядок больше, чем та, которую имеет никель. Поэтому частицы 4 того же размера при этой температуре менее супериарамагнитны. Однако при температуре 0 К константа анизотропии кобальта уменьшается настолько, что он становится близок по этому параметру к никелю. Таким образом, изучение суперпарамагнитного поведения позволяет измерять не только размер частиц, но и исследовать магнитные характеристики малых частиц. Несмотря на то, что суперпарамагнитное поведение магнитных частиц было обнаружено достаточно давно, ферромагнитный резонанс как метод исследования размерных эффектов на полу количественном уровне начал развиваться только в самое последнее время. Существует два принципиально разных подхода для расчета условий резонанса суперпарамагнитной частицы. Первый подход основан на прямом решении стохастического уравнения ЛандауЛифшицаГильберта движения магнитного момента в мгновенном поле эффективной магнитной анизотропии ,. Такой подход существенно упрощается, если движение магнитного момента считать чисто случайным процессом. Действительно, в соответствии с квантовомеханической формулой Найквиста тепловые флуктуации можно рассматривать как случайные вплоть до частот кТИ Юсек1. В то же время ларморовская частота Ю сек1. В этом случае такой динамический подход позволяет использовать для описания супериарамагнетика систему дифференциальных уравнений в частных производных типа ФоккераПланка .