Ефекти блокування та взаємодії в ансамблях суперпарамагнітних наночастинок - Автореферат

Перші роботи, присвячені моделюванню процесів перемагнічування в ансамблях анізотропних суперпарамагнітних наночастинок (Стонер-Вольфартовських - СВ-частинок), мають пятдесятирічну давнину (Стонер, Вольфарт, Неель, Броун, Бін та ін.). На жаль, як в експериментальних дослідженнях, так і в компютерному моделюванні, у більшості випадків ролі "часу вимірювання" або не приділяється достатньої уваги, або врахуванням його впливу зовсім нехтується. В дисертаційній роботі вивчається вплив ефектів блокування та міжчастинкової взаємодії на характер перемагнічування в модельних (компютерне моделювання) та реальних (НГФП) ансамблях СВ-частинок. Для досягнення мети було сформульовано і вирішено наступні наукові задачі: · Створення нової методики моделювання процесів перемагнічування, що дозволяє прямим шляхом ввести час вимірювання у процедуру моделювання, та її порівняння з іншими існуючими методиками. Встановлено звязок між температурою блокування та часом вимірювання в різних методиках магнітостатичних вимірів та показано, що для одержання однакової температури блокування при застосуванні різних методик є необхідною корекція "реального" часу вимірювання в кожній з них.У розділі 1 проведено огляд досліджень, що стосуються вивчення ансамблів СВ-частинок, основних теоретичних уявлень щодо процесів їх перемагнічування, понять блокування, ролі "часу вимірювання", ролі та прояву міжчастинкової взаємодії у таких ансамблях. Згідно з [R1] безрозмірна енергія i-тої СВ-частинки (енергія поділена на K• V, де K - константа одноосьової магнітної анізотропії частинки, а V - її обєм) в ансамблі, має наступний вигляд: , (1) тут ?i - кут між орієнтацією магнітного моменту окремої i-тої частинки і напрямком магнітного поля (безрозмірного) , де treal - час від початку вимірювань в секундах, texp - час реєстрації в секундах, а - параметр із розмірністю частоти, що фігурує в законі Арреніуса як частота проб (в сучасній літературі для випадку СВ-частинок її величину вважають одного порядку з частотою прецесії магнітного моменту частинки в ефективному магнітному полі, тобто порядку 108?1012 с-1). Релаксаційна методика передбачає моментальне (або за час, набагато коротший часу релаксації) переведення системи із основного стану в метастабільний та реєстрацію значення намагніченості в довільний момент t після певного часу очікування, що в даній методиці є часом вимірювання . В той же час для намагнічування ансамблю СВ-частинок, орієнтованих легкими осями анізотропії вздовж магнітного поля (q1 = 0), можливий запис і числовий розвязок диференційного рівняння, що описує зміну намагніченості такого ансамблю при неперервній і лінійній у часі зміні одного із термодинамічних параметрів (T чи H).Розроблено рекурсивний метод моделювання процесів перемагнічування ансамблів суперпарамагнітних наночастинок, який дозволяє моделювати криві перемагнічування в часовому масштабі магнітостатичних вимірювань. Встановлено звязок між температурою блокування та часом вимірювання в різних методиках магнітостатичних вимірів та показано, що для одержання однакової температури блокування при застосуванні різних методик необхідна корекція "реального" часу вимірювання в кожній з них. Встановлено, що міжчастинкова взаємодія в ансамблі суперпарамагнітних частинок, орієнтованих легкими осями вздовж магнітного поля, призводить до суттєвої модифікації температурної залежності коерцитивного поля, що виражається у виникненні додаткової, практично не залежної від часу вимірювання складової, котра також має лінійну від кореня з температури залежність.

Основний зміст роботи

Основні результати можуть бути сформульовані наступним чином: 1. Розроблено рекурсивний метод моделювання процесів перемагнічування ансамблів суперпарамагнітних наночастинок, який дозволяє моделювати криві перемагнічування в часовому масштабі магнітостатичних вимірювань. Встановлено емпіричну залежність між параметрами моделювання в методиці Монте-Карлота відповідним до цих параметрів часом вимірювання.

2. Встановлено звязок між температурою блокування та часом вимірювання в різних методиках магнітостатичних вимірів та показано, що для одержання однакової температури блокування при застосуванні різних методик необхідна корекція "реального" часу вимірювання в кожній з них. Конкретизовано поняття часу вимірювання при магнітостатичних вимірах.

3. Встановлено, що міжчастинкова взаємодія в ансамблі суперпарамагнітних частинок, орієнтованих легкими осями вздовж магнітного поля, призводить до суттєвої модифікації температурної залежності коерцитивного поля, що виражається у виникненні додаткової, практично не залежної від часу вимірювання складової, котра також має лінійну від кореня з температури залежність. Результати моделювання підтверджено експериментально в наногранульованих плівках.

4. Експериментально встановлено і підтверджено моделюванням, що при достатньо сильній взаємодії значна коерцитивність зберігається навіть вище температури блокування, що повязано з утворенням стану з корельованими напрямками магнітних моментів гранул - суперферомагнітного стану.

5. Пояснено природу ізотропного позитивного магнітоопору в гранульованих плівках типу Co-Al2O3. Він виникає внаслідок міжгранульної взаємодії. Ця ж взаємодія є причиною формування хаотично орієнтованих областей ближнього порядку (суперферомагнітних доменів), що істотно змінюють магнітні, магнітотранспортні та магніторезонансні властивості зразків.

1. Neel, L. Theorie du trainage magnetique des ferro magnetiques en grains fins avec applications aux terres cuites / L. Neel // Ann. Geophys. -1949. - V.5, №2 - P.99-136.

2. Чуев, М.А. Обобщенная модель Стонера-Вольфарта и неланжевеновский магнетизм однодоменных частиц / М.А. Чуев // Письма в ЖЭТФ. -2007.- т.85, №12.-C. 744-750.

3. El-Hilo, M. Time-dependent coercivity in particulate recording media / M. El-Hilo // JMMM. -2004.- V.272, №3.- P.1700-1702.

4. Transport anisotropy in hetero-amorphous (COFEB)-SIO2 thin films / P. Johnsson, S.-I. Aoqui, A. M. Grishin, M. Munakata // J. Appl. Phys. -2003.- V.93,№10.-P.8101-8103.

5. Overcoming the Dipolar Disorder in Dense COFE Nanoparticle Ensembles: Superferromagnetism / S. Bedanta, T. Eimuller, W. Kleemann, J. Rhensius, F. Stromberg, E. Amaladass, S. Cardoso, P. P. Freitas // Phys. Rev. Lett. -2007.- V.98,№17.- P.176601-176601-4.

6. Изотропное положительное магнитосопротивление наногранулированных композиционных материалов Co-Al2On / О.В. Стогней, А.В. Ситников, Ю.Е. Калинин, С.Ф. Авдеев, М.Н. Копытин // ФТТ. -2007.- т. 49,№1.- C. 158-164.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Timopheev, A.A. Dependence of the Magnetization of an Ensemble of Single-Domain Particles on the Measurement Time within Various Experimental and Computational Methods / A.A. Timopheev, S.M. Ryabchenko, // Ukr. J. Phys.-2008.- V.53,№3.- P.261-274.

2. Тимофеев, А.А. Моделирование перемагничивания ансамбля однодоменных частиц в измерениях с непрерывной протяжкой магнитного поля или температуры / А.А. Тимофеев, В.М. Калита, С.М. Рябченко. // ФНТ. -2008.- T.34,№6.- C.560-575.

3. Дослідження магнетостатичних, магнеторезонансних і магнетотранспортних властивостей магнетних наноструктур / С.М. Рябченко, В.М. Калита, О.В. Бондар, А.Ф. Лозенко, А.О. Тимофієв, П.О. Троценко, А.М. Погорілий, О.В. Шипіль // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: - 2007. - T.5,№1. - С. 25-42.

4. Исследования магнитных свойств гранулярной системы Co0.6(Al2On)0.4, обладающей эффектом изотропного положительного магнетосопротивления / А.А. Тимофеев, С.М. Рябченко, А.Ф. Лозенко, П.А. Троценко, О.В. Стогней, А.В. Ситников, С.Ф. Авдеев.// ФНТ. -2007.- T.33,№11.- C.1282-1297.

5. Моделирование процессов перемагничивания ансамбля однодоменных ферромагнитных наночастиц. Зависимость от времени наблюдения в разных режимах магнитостатических измерений и методах расчета: тез. докл. конф. Наноструктурные материалы - 2008: Беларусь-Россия-Украина, НАНО-2008 (Минск, Беларусь, 22-25.04.08) / В.М. Калита, С.М. Рябченко, А.А. Тимофеев, А.М. Гришин. // редкол.: П.А. Витязь [и др.]. - Минск: Белорус. Наука, 2008. - 756с.

6. Study of magnetostatic, magnetoresonance and magnetotransport properties of the magnetic nanostructures : тез. докл. конф. Clusters and nanostructured materials - CNM-2006, (Uzhgorod, Ukraine, 9-12.10.06) / S.M. Ryabchenko, V.M. Kalita, A.F. Lozenko, A.M. Pogorily, O.V. Shipil, A.A. Timopheev, Р.А. Trotsenko // редкол.: А.П. Шпак [и др.]. - Ужгород- 2006. - 329с.

7. Magnetotransport, magnetostatic and FMR studies of Co - (Al2On) granular system near percolation threshold : тез. докл. конф. International Conference of Functional Materials -ICFM-2007 (Crimea, Partenit, 01-06.10.07) / A.A. Timopheev, S.M. Ryabchenko, A.F. Lozenko, P.A. Trotsenko, O. V. Stogney, A. V. Sitnikov, S. F. Avdeev. // редкол.: В. Бержанский [и др.]. - Симферополь- 2007. - 550с.

8. Исследования магнитотранспортных, магнитостатических и динамических (ФМР) свойств наногранулярных систем типа ферромагнитный металл - диэлектрическая матрица: тез. докл. конф. Нанорозмірні системи. Будова-властивості-технології, НАНСИС 2007 (Киев, Украина, 21-23.11.07) / С.М. Рябченко, А.А. Тимофеев, А.Ф. Лозенко, П.А. Троценко, О.В. Стогней, А.В. Ситников, С.Ф. Авдеев. // редкол.: А.П. Шпак [и др.]. - Киев- 2007. - 628с.

9. Effects of interaction in the magnetization reversal kinetics of superparamagnetic granular COFEB -SIO2 films : тез. докл. конф. Moscow International Symposium on Magnetism -MISM-2008, (Moscow, Russia, 20-25.06.08) / A.A. Timopheev, S.M. Ryabchenko, V.M. Kalita, A.F. Lozenko, P.A. Trotsenko, A.M. Grishin, M. Munakata.// редкол.: Перов Н.С. [и др.]. - Физический факультет МГУ, Москва- 2008. - 857с.

Размещено на .ru