Автореферат (Исследование магнитных фазовых переходов в системах наночастиц как задача повышения качества изображений)

Московский государственный университетимени М.В. ЛомоносоваРабота выполнена на кафедре общей физики физического факультетаМосковского государственного университета им. М.В. ЛомоносоваФизический факультетНаучный руководительдоктор физико-математических наук,профессор В.И. НиколаевОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук,профессор Ю.Г. Рудойкандидат физико-математических наук,доцент Б.И. ВолковВедущая организацияЯрославский государственныйтехнический университетНа правах рукописиТРЕТЬЯКОВА Ольга ПавловнаИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНЫХ ФАЗОВЫХ ПЕРЕХОДОВВ СИСТЕМАХ НАНОЧАСТИЦКАК ЗАДАЧА ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ИЗОБРАЖЕНИЙЗащита состоится “ 19 “ июня 2008 года в 16-00 часов на заседаниидиссертационного совета Д 501.001.70 в Московском государственномуниверситете им.

М.В. Ломоносова по адресу: 119992 ГСП-2, г. Москва,Ленинские горы, МГУ, физический факультет, конференц-зал Центраколлективного пользования.Специальность 01.04.11 – физика магнитных явленийС диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физическогофакультета МГУ им. М. В. Ломоносова.АВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква, 2008Автореферат разослан “ 19 ” мая 2008 года.Ученый секретарьдиссертационного совета Д 501.001.70,доктор физико-математических наукГ.С. Плотников1.

Общая характеристика работыэтому, обнаружить и идентифицировать магнитные фазовые переходы вАктуальность темы. В последние годы исследованию свойствсуперпарамагнетиках.наноразмерных объектов посвящено огромное количество теоретическихЦель работы. Основная цель исследований – разработкаи экспериментальных работ (например, [1-4]). Необычные физико-методикихимические свойства наночастиц различной дисперсности и составазависимостейнаходят, как известно, широкое практическое применение. Многиематематических методов обработки экспериментальных данных.решениязадачимагнитныхреставрациисвойствтемпературно-полевыхнаночастицприпомощисвойства малых частиц могут существенно отличаться от свойствДля достижения этой цели были поставлены следующие задачи:массивных объектов – эта особенность дает возможность улучать1) выявлениеособенностеймагнитныхсвойствсуперпарамагнитных частиц в области их точки Кюри на основе анализасуществующие и создавать принципиально новые материалы.Одним из определяющих условий прогресса в разработкенанотехнологий является понимание механизмов формирования свойствнаночастиц.

Между тем, многие вопросы, касающиеся именно физическихтемпературно-полевых зависимостей намагниченности и магнитнойвосприимчивости системы наночастиц;2) разработкаалгоритмарешениязадачиреставрациипричин, определяющих особенности свойств наночастиц, до сих портемпературно-полевых зависимостей магнитных свойств наночастиц востаются без ответа. Одна из главных причин этого связана с большимобласти их точки Кюри в рамках трех математических методов – методаразбросом важнейших характеристик всех реальных систем наночастиц –редукции измерений, «метода невязки» и метода интервальной редукции;3) апробация математических методов повышения качестватаких как состав наночастиц, их форма и размер.К числу почти не исследованных относятся вопросы о характереизображений при изучении магнитных фазовых переходов в системевнаночастиц с логарифмически-нормальным законом распределения посуперпарамагнетике и даже о самом их существовании.

Есть основанияразмерам на основе модели Ланжевена, модифицированной при помощиполагать, что в системах магнитных наночастиц можно обнаружить дватеории молекулярного поля;температурно-полевыхмагнитныхфазовыхпереходовранее не наблюдавшихся перехода – полевой переход «парамагнетизм –4) выявлениетребованийкусловиямреальногоопыта,индуцированный суперпарамагнетизм» [5] и температурный переходпроводимого с таким расчетом, чтобы последующая математическая«парамагнетизм – возвратный суперпарамагнетизм» [6].обработка экспериментальных данных позволила бы преобразовать их кВ такой ситуации несомненный интерес представляет применениетаких математических методов обработки экспериментальных данных,которые позволили бы преобразовать исходные экспериментальныеданные к такому виду, как если бы они соответствовали существеннотакому виду, как если бы они соответствовали улучшенным условиямрегистрации;5) выявление требований к условиям реставрации температурнополевыхзависимостейнамагниченности,лучшим условиям опыта, чем это было в действительности, и, благодаря34позволяющиходнозначноидентифицировать магнитный фазовый переход «парамагнетизм –интерпретации данных о температурно-полевых зависимостях магнитныхиндуцированный суперпарамагнетизм».свойств суперпарамагнетика.Научная новизна.

Научная новизна диссертационной работыНа защиту выносятся следующие основные положения:1. Впервые проведена апробация формализма «реставрации исостоит в том, что впервые на основе модели Ланжевена, дополненнойтеорией молекулярного поля, были рассчитаны температурно-полевыеповышениязависимости намагниченности системы наночастиц с учетом двухисследования магнитных фазовых переходов в системах наночастиц.2.основных механизмов влияния размеров частиц на их точку Кюри.качестваВпервыеизображений»взадачахпроведеноисследованиенамагниченностинаночастицобнаруженияитемпературно-полевыхВпервые проведена апробация формализма «реставрации и повышениязависимостейкачества изображений» в задачах обнаружения и исследования магнитныхангармонизма колебаний атомов на температуру Кюри магнитныхфазовых переходов в системах наночастиц – «суперпарамагнетизм –наночастиц,парамагнетизм»,математические методы оказываются весьма эффективными в задаче«парамагнетизмсуперпарамагнетизм»,–«парамагнетизминдуцированный–возвратныйнаосновекоторогопоказано,сучетомчтовлияниясовременныереставрации магнитной фазовой диаграммы суперпарамагнетика.выбору3.

Показано, что современные методы синтеза и сепарацииусловий проведения опыта по обнаружению фазовых переходов внаночастиц играют ключевую роль в вопросе изучения магнитных свойствсистемах наночастиц, а также рекомендации по выбору условийсуперпарамагнетика в области точки Кюри.суперпарамагнетизм».обработкиСформулированыполученныхрекомендацииэкспериментальныхданных.поНа4.

Впервые изучены особенности задачи реставрации критическихосновепредставлений о критических явлениях проведен расчет критическихиндексов в случае суперпарамагнетика.индексов для температурно-полевых зависимостей магнитных свойствАпробация работы. По результатам работы автором сделанынаночастиц разного размера и показано, что значения критическихдоклады на следующих конференциях: 6-е Всероссийское совещание-индексов зависят от размера наночастиц.семинар МВТУ им.

Н.Э.Баумана (апрель 2001 г.), МеждународнаяПрактическаяценностьработы.Выявленынеобычныеконференция «Physics of liquid materials: modern problems» (май 2001 г.), 8-магнитные свойства наночастиц. Разработана методика решения задачияреставрации температурно-полевых зависимостей магнитных свойствпроблемы измерений» (апрель 2002 г.), 3-я Международная конференциясуперпарамагнетика в области его точки Кюри. Полученные результаты«Physics of liquid materials: modern problems» (сентябрь 2003 г.),могут быть использованы при проведении опыта по обнаружениюВсероссийская научная конференция ВНКСФ-10 (апрель 2003 г.), XVмагнитных фазовых переходов «суперпарамагнетизм – парамагнетизм»,Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых«парамагнетизм«Ломоносов-2008» (апрель 2008 г.), ежегодная научная конференция–индуцированныйсуперпарамагнетизм»,«парамагнетизм – возвратный суперпарамагнетизм», а также при5Всероссийскаянаучно-техническая«Ломоносовские чтения» (апрель 2008 г.).6конференция«СостояниеиПубликации.

Основные результаты диссертационной работыОсновные модели описания магнитныхсвойств наночастицопубликованы в 11 работах, список которых приведен в концеобсуждаются в разделе 1.5. Подробно охарактеризована модель описанияавтореферата.температурно-полевыхзависимостейнамагниченностиСтруктура и объем диссертации. Диссертация состоит изсуперпарамагнетика, сочетающая в себе возможности обычной моделивведения, шести глав, заключения, списка научных публикаций автора иЛанжевена и модели молекулярного поля. Модифицированная такимсписка цитируемой литературы из 199 наименований. Общий ее объемобразомсоставляет 138 страниц текста, включая 46 рисунков и 5 таблиц.зависимость намагниченности σ (Н, Т) в области температур вблизи точкимодельЛанжевенапозволяетописыватьтемпературнуюКюри ТС – как выше нее, так и ниже [7].2.

Краткое содержание работыВ разделе 1.6 обсуждается классификация фазовых переходов поВо Введении обоснована актуальность проводимых исследований,сформулированы цель и основные задачи работы, охарактеризованаЭренфесту,исследованию магнитных свойств наночастиц.экспериментальныеданныеобсвойств магнитных наночастиц в области их точки Кюри. В качествеосновы формализма выбрана модель Ланжевена, дополненная теориейОбщие свойства наночастиц как объекта физических исследованийобсуждаются в разделе 1.1, где описаны условия, при которыхсуперпарамагнитныеизвестныеГлава 2 посвящена вопросам изучения температурно-полевыхГлава 1 представляет собой обзор литературных данных попроявляюттакжеособенностях магнитных фазовых переходов в системах наночастиц.научная новизна полученных результатов.наночастицыасвойства.молекулярного поля.

Она позволяет получить систему из следующих двухуравнений:Описаниюприведены и систематизированы данные о методах синтеза наночастиц,⎧ σМ ⎛⎜ μ B NH ист M ⎞⎟⎪=,LM 0 ⎟⎠⎪ М 0 М 0 ⎜⎝ k B T⎪⎪⎛⎨1+⎜⎪ σМ k B Tc ⎜ 1 T=ln⎪⎜⎪ М 0 М 0 μ B H ист ⎜ 2 Tc 1 −⎜⎪⎩⎝кратко описаны некоторые современные методики. Данные литературы оЗдесь L – функция Ланжевена, μ0 - магнитный момент частицы массы m,возможных типах распределения наночастиц по размерам приведены вM0 = μ0/m – ее удельный магнитный момент (при абсолютномразделе 1.4. Особое внимание уделяется логарифмически-нормальномунасыщении), TC – температура Кюри, N (≡ μ0/μВ) – номинальныйхарактерных магнитных свойств посвящен раздел 1.2, в которомобсуждается влияние размеров наночастиц на их намагниченность,величину магнитного момента, точку Кюри.

Приведены так называемыеэкспериментальныекритериисуперпарамагнетизма.Вразделе1.3закону, как наиболее эффективному при описании распределения⎞⎟М0М ⎟−.ММ0 ⎟⎟⎟М0⎠М(1)магнитный момент частицы, выраженный в магнетонах Бора.размеров наночастиц.В разделе 2.1 показано, что при наложении внешнего магнитногополя,7превышающегонекоторое8критическоезначениеНcritвпарамагнитной области температур (Т > ТС) может наблюдаться⎛ kT ⎞H crit = ⎜ C ⎟⎝ μB ⎠восстановление магнитного порядка внутри наночастиц, в результатекоторого возможен переход из парамагнитного состояния в состояние такназываемогоиндуцированногосуперпарамагнетизма.3τ ( τ − 1) .N(2)Температурную зависимость критического поля можно трактовать,Температурно-как границу раздела двух фаз на фазовой диаграмме (рис.