Влияние поверхностной анизотропии на ферромагнитный резонанс в наночастицах феррита

• Автор: Шилов, Виктор Павлович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 105 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава
Обзор;ФМР в малых частицах Феррита
1.1 Ферромагнитный резонанс в ферритах
1.2 Понятие однодоменности
1.3 Релаксация магнитного момента наночастиц
1.4 Ферромагнитный резонанс в наночастицах
1.5 Виды поверхностной анизотропии
1.5.1 Одноосная поверхностная анизотропия
1.5.2 Односторонняя поверхностная анизотропия
1.6 Выводы
Глава
Основное состояние намагниченности в частицах с поверхностной анизотропией
2.1 Уравнения микромагнетизма для сферической частицы
2.2 Малые частицы
2.2.1 Анизотропия Нееля-Брауна
2.2.2 Анизотропия Аарони
2.3 Выводы
Глава
ФМР в частицах с поверхностной анизотропией Аарони
3.1 Спектр собственных колебаний намагниченности частицы
3.1.1 Легкая ось параллельна внешнему полю
3.1.2 Легкая ось перпендикулярна внешнему полю
3.2 Тензор восприимчивости

3.3 Выводы
Глава
ФМР в частицах с обменной анизотропией
4.1. Однонаправленная анизотропия
4.2 Антиферромагнитный поверхностный слой
4.3 Спектр собственных колебаний
4.4 Выводы
Заключение
Приложение 1. Векторные шаровые функции
Литература

Введение
Актуальность проблемы. В последние годы одним из бурно развивающихся направлений физики твердого тела стала физика ультрадисперсных сред. Последняя изучает материалы, основу которых составляют системы малых частиц металла, полупроводника или диэлектрика, с размерами зерен в диапазоне 1 - 10 нм. Физические свойства ультрадисперсных сред существенно отличаются от свойств того же материала в состоянии массивного кристалла и в ряде случаев являются уникальными. Это отличие было замечено уже давно и используется в самых разнообразных приложениях. Назовем лишь несколько примеров. Так, порошки малых частиц работают в качестве катализаторов несравненно лучше и эффективнее, чем массивные образцы тех же материалов. Введение магнитных наночастиц в жидкие среды придает получаемым коллоидальным суспензиям - магнитным жидкостям - необычные свойства. В указанных системах обнаружены интересные сочетания электрических, магнитных, тепловых, сверхпроводящих, механических и других свойств, не встречающиеся ни в массивных материалах, ни в сухих порошках [1, 2, 91 -93, 109].
Разработка новых и совершенствование известных магнитных материалов, расширяя сферу применения устройств на их основе, составляет существенный фактор научно-технического прогресса. Обширный и важный класс объектов этого типа представляют материалы, в состав которых входят высокодисперсные магнитные порошки [3-9]. Выполненные из них элементы и схемы необходимы для миниатюризации радиоэлектронных и радиотехнических устройств, и особенно для создания устройств хранения информации (магнитные аудио/видео пленки, гибкие и жесткие диски и т.д.).
В настоящей работе изучается влияние свойств поверхности частицы дисперсного магнетика на динамику спинов в ее объеме. Этот ряд явлений обусловлен, в первую очередь, тем, что электронные спины атомов, располо-

ностным слоем. Указанная ситуация должна возникать в дисперсных магнитных системах, находящихся в контакте с любыми неинертными средами, например, воздухом. Хорошо известно, например, что в переходных металлах окисление полностью меняет и магнитный порядок. Так, антиферромагнетиками являются СоО и NiO. Для ферритов железа, обладающих спонтанной намагниченностью - Fe304 (магнетит) и у-ТегОз (маггемит) - роль поверхностной фазы могут играть антиферромагнитные окислы a-Fe203 (гематит) или FeO, а так же магнетит, имеющий структуру перовскита [134, 135].
С границей раздела ферро(ферри)магнетик - антиферромагнетик связан эффект, известный как односторонняя или обменная анизотропия [136 - 138]. Феноменологически, величина односторонней анизотропии характеризуется некоторой константой Ки, а вклад в плотность поверхностной энергии записывается в виде
fu ~~Ku(el), (1.18)
где / - единичный вектор антиферромагнетизма в поверхностном слое. Отметим особенности формулы (1.1.8). Во-первых, ориентирующее действие поверхности определяет вектор антиферромагнетизма, так что эффект есть и при размагниченной поверхности. Во-вторых, односторонняя анизотропия имеет дипольную (однонаправленную) симметрию. Если вектор / жестко привязан к кристаллографической структуре, то присутствие односторонней анизотропии проявляется в сдвиге петель гистерезиса М(Н) относительно оси Н [138]. Однако, если антиферромагнитная кристаллографическая анизотропия невелика (например, из-за неразвитости решетки на поверхности), то магнитная структура слоя будет поворачиваться вслед за намагниченностью частицы [138].
Таким образом, односторонняя анизотропия - это эффект, вызванный обменным взаимодействием на поверхности соприкосновения между двумя магнитными веществами, находящимися в антиферромагнитном и ферромагнитном состояниях. Это явление достаточно хорошо изучено в физике тонких