Далекий порядок та магнітна релаксація в системах однодоменних наночастинок - Автореферат

Широка перспектива використання магнітних матеріалів, що мають нанокластерну структуру, обумовила інтенсивні дослідження їх властивостей в останні роки. Це обумовлено, насамперед, тим, що властивості таких частинок є визначальним чинником багатьох характеристик магнітних рідин, дисперсних феромагнетиків, кластерних структур, нових матеріалів для збереження, запису та обробки інформації. Як показано в даній дисертаційній роботі, наближення середнього локального дипольного поля, при його визначенні з врахуванням відповідних процедур усереднення і самоузгодження, дозволяє описати ряд характеристик ансамблів взаємодіючих однодоменних феромагнітних частинок. Дисертаційна робота виконувалася в рамках тематичного плану науково-дослідницьких робіт: тема № 71.01.02.97-99 д/б “Нерівноважні процеси в системах магнітних доменів та суперпарамагнітних частинок”, держ. реєстрація № 0194U009664; тема № 71.01.03.00-02 д/б “Кооперативні ефекти в ансамблях магнітних наночастинок”, держ. реєстрація № 0100U003229 Міністерства освіти і науки України. Для опису динаміки магнітних моментів використовувалися методи, засновані на стохастичному рівнянні Ландау-Ліфшиця та рівнянні Фоккера-Планка; розвязок рівняння для параметра порядку знаходився з використанням чисельних методів; методом Крамерса знаходився нестаціонарний розвязок рівняння Фоккера-Планка; часи релаксації у випадку високого потенційного барєра між рівноважними напрямками магнітних моментів знаходилися з використанням асимптотичних методів обчислення інтегралів.У першому розділі дається огляд наукових праць, починаючи з класичних робіт Нееля і Брауна й до теперішнього часу, що присвячені дослідженню властивостей взаємодіючих і невзаємодіючих наночастинок, динаміки намагніченості та колективних ефектів у системах однодоменних феромагнітних частинок з магніто-дипольною взаємодією.Основою моделі є припущення, що взаємодія частинок магніто-дипольна і на магнітний момент кожної частинки діє теплове магнітне поле, яке апроксимується гауссівським білим шумом. Припускається також, що легка вісь намагнічування частинок перпендикулярна площині (тетрагональна решітка) або лежить в площині (прямокутна решітка), і в початковий момент часу магнітні моменти частинок орієнтовані вздовж цієї вісі. , (1) де - гіромагнітне відношення; - параметр згасання Ландау-Ліфшиця; - модуль магнітного моменту; - ефективне магнітне поле, яке діє на магнітний момент; - гауссівське-корельоване теплове магнітне поле, яке визначається співвідношеннями: , де - стала Больцмана; - абсолютна температура; - символ Кронекера; - осі декартової системи координат; - d-функція; риска над функцією позначає усереднення по реалізаціям теплового магнітного поля . Проведено усереднення рівняння (3) по можливим розміщеннях частинок і підсумовування за всіма радіус-векторами вузлів решітки (відповідно до нашої моделі радіус-вектори вузлів визначаються співвідношенням , де - цілі числа, які не дорівнюють нулю одночасно). У результаті для середнього магнітного поля одержано такий вираз: , де - концентрація частинок; - параметр, що характеризує анізотропію розподілу частинок (випадок відповідає ізотропному розподілу частинок);Фізичною причиною, яка обумовлює існування або відсутність феромагнітного упорядкування в системі однодоменних частинок, є конкуренція взаємодій магніто-дипольної природи, що прагнуть орієнтувати магнітний момент будь-якої частинки відповідно уздовж чи проти намагніченості. Виведено рівняння, яке звязує спонтанну намагніченість ансамблів наночастинок з внутрішніми характеристиками самих наночастинок, характеристиками їх розподілу у просторі та температурою. Це рівняння вирішено аналітично (відносно намагніченості) в околі температури фазового переходу системи магнітних моментів наночастинок у феромагнітний стан, і чисельно - в усьому температурному інтервалі існування спонтанної намагніченості. Установлено, що зі збільшенням розміру наночастинок температура фазового переходу в стан дипольного феромагнетизму зростає до температури Кюрі матеріалу частинки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

феромагнетизм релаксація наночастинка дипольний

1. Вперше в рамках наближення середнього локального дипольного поля побудована теорія дипольного феромагнетизму в системах однодоменних феромагнітних наночастинок, розподілених у твердій матриці та взаємодіючих шляхом магніто-дипольної взаємодії. Фізичною причиною, яка обумовлює існування або відсутність феромагнітного упорядкування в системі однодоменних частинок, є конкуренція взаємодій магніто-дипольної природи, що прагнуть орієнтувати магнітний момент будь-якої частинки відповідно уздовж чи проти намагніченості.

2. Виведено рівняння, яке звязує спонтанну намагніченість ансамблів наночастинок з внутрішніми характеристиками самих наночастинок, характеристиками їх розподілу у просторі та температурою. Це рівняння вирішено аналітично (відносно намагніченості) в околі температури фазового переходу системи магнітних моментів наночастинок у феромагнітний стан, і чисельно - в усьому температурному інтервалі існування спонтанної намагніченості.

3. Установлено, що зі збільшенням розміру наночастинок температура фазового переходу в стан дипольного феромагнетизму зростає до температури Кюрі матеріалу частинки. Залежність температури фазового переходу від форми наночастинок обумовлена як анізотропією форми, так і їх дипольною взаємодією. Дипольна взаємодія у розглянутих ансамблях підвищує температуру переходу для “витягнутих” наночастинок, і знижує - для “сплюснених”.

4. Виведено рівняння, що описує у наближенні середнього локального дипольного поля термоіндуковану релаксацію намагніченості ансамблів наночастинок, висота потенційного барєру між рівноважними напрямками магнітних моментів яких істотно перевищує теплову енергію. Його аналіз показав, що процес магнітної релаксації в ансамблях взаємодіючих наночастинок характеризується не одним, як у випадку невзаємодіючих частинок, а двома часами, які сильно розрізняються.

5. Установлено, що дипольна взаємодія приводить до збільшення швидкості магнітної релаксації в порівнянні з випадком невзаємодіючих частинок, а сам процес релаксації сповільнюється з часом. Причиною такої поведінки є зростання з часом висоти потенційного барєру, яке, в свою чергу, обумовлено зменшенням середнього дипольного поля в процесі релаксації.

Основні результати дисертаційної роботи опубліковано в таких роботах: Денисов С.И., Нефедченко В.Ф. Фазовый переход парамагнетик-ферромагнетик в системе однодоменных ферромагнитных частиц // Вісник Сумського державного університету. - 1999. - № 2 (13). - С. 12-17.

Денисов С.И., Нефедченко В.Ф. Ферромагнитное упорядочение в системе несферических наночастиц // Вісник Сумського державного університету. - 2000. - № 17. - С. 3-7.

Denisov S.I., Nefedchenko V.F., Trohidou K.N. Dipolar ferromagnetism in ensembles of ellipsoidal nanoparticles // J. Phys.: Condens. Matter. - 2000. - V. 12. - P. 7111-7115.

Денисов С.И., Лютый Т.В., Нефедченко В.Ф. Магнитная релаксация в двухмерных ансамблях наночастиц: приближение среднего поля // Металлофизика и новейшие технологии. - 2002. - № 1. - С. 17-24.

Денисов С.И., Нефедченко В.Ф. Статистические характеристики решений стохастического уравнения прецессии // Тезисы докладов научно-технической конференции преподавателей, сотрудников и студентов механико-математического факультета, посвященной 90-летию со дня рождения академика Л.Д. Ландау. - Сумы: СУМГУ. - 1998. - С. 101-102.

Denisov S.I., Nefedchenko V.F. Ferromagnetic ordering and magnetic relaxation in a system of interacting single-domain particles // Proc. The 1999 IEEE International Magnetics Conference (INTERMAG’99). - Kyongju (Korea). - 1999. - P. 127.

Denisov S.I., Nefedchenko V.F. Magnetic relaxation of close-packed single-domain ferromagnetic particles // Proc. 14th International Conference on Soft Magnetic Materials (SMM14). - Balatonfured (Hungary). - 1999. - P. P1/1-282.

Денисов С.И., Нефедченко В.Ф. Фазовый переход в системе однодоменных несферических частиц // Тезисы докладов научно-технической конференции преподавателей, сотрудников и студентов механико-математического факультета. - Сумы: СУМГУ. - 1999. - С. 103-104.

Нефедченко В.Ф. Ферромагнитное упорядочение в двумерной решетке однодоменных частиц // Тезисы докладов научно-технической конференции преподавателей, сотрудников и студентов механико-математического факультета. - Сумы: СУМГУ. - 2000. - С. 51-52.

Размещено на .ru