Автореферат (1103168), страница 3
Текст из файла (страница 3)
При учёте фононного вклада в теплоёмкость cp,H былвыбран, для определённости, случай магнетита Fe3O4. Полевая зависимостьмагнетокалорического эффекта показывает характерную «ступеньку» прифазовом переходе «парамагнетизм − индуцированный суперпарамагнетизм»(рис.
8). Величина эффекта при фиксированной температуре зависит отвеличины магнитного поля: чем больше прикладываемое поле, тем большееизменение энтропии оно вызывает.10∆Т, К8τ = 0.99N = 500TС = 300 К61.014201.02204060H, кэ80Рис. 8. Полевые зависимости величины магнетокалорического эффектасистемы одинаковых наночастиц.15В реальной суперпарамагнитной системе разброс размеров частиц долженприводить к «размытию» характерных ступенек температурной и полевойзависимостей магнетокалорического эффекта, соответствующих фазовомупереходу «парамагнетизм − индуцированный суперпара-магнетизм». Однако,как показали наши исследования, в малых полях даже при значительномразбросе размеров частиц «размытие» невелико, и фазовый переход«парамагнетизм − индуцированный суперпарамагнетизм» мог бы бытьобнаружен при помощи исследований температурно-полевых зависимостеймагнетокалорического эффекта.В разделе 5.4 изложены результаты исследования температурно-полевыхзависимостей магнитострикции суперпарамагнитных частиц при температурахв области их точки Кюри.
Расчеты магнитострикциибыли проведены напримере наночастиц никеля Ni. Исходные параметры, которыми определяютсямагнитные свойства наночастиц, были выбраны в соответствии с известнымирезультатамиэкспериментальныхисследованиймагнитныхсвойствнаночастиц никеля.Термодинамическая теория фазовых переходов второго рода даетвозможность установить общие соотношения для зависимости линейноймагнитострикции парапроцесса ферромагнетика λ вблизи его точки Кюри отудельной намагниченности M (при условии, что упругие напряжения врассматриваемой системе отсутствуют) [14]:λ=γ 2M .6(6)Здесь γ ≡ 2e/M0 (e − магнитострикционная постоянная, M0 − «номинальная»удельная намагниченность).Результаты оценочных расчётов линейной магнитострикции λ в зависимостиот температуры T для выбранного нами модельного случая приведены нарис. 9.
Показанная на рис. 9a зависимость спонтанной магнитострикции оттемпературы λs(T) рассчитывалась на основе равенства (6), в котором в ролиспонтанной намагниченности Ms(T) выступали значения M(T), найденные врезультате решения системы уравнений (1)-(2) для случая весьма малого поля16(H = 1 э).
Значения полевой магнитострикции λi были найдены путёмвычитания величин λs(T) из значений λ(T,H).Очевидно, что интерес представляют в данном случае оба вклада вмагнитострикцию λ − как спонтанный λs, так и полевой λi. Эти вклады имеютотрицательный знак, как того требует равенство (6), где γ < 0. Хотя ониоказываютсянесколькоменьшимиповеличине,чемдляобычныхферромагнитных частиц Ni в области точки Кюри, их можно, тем не менее,попытаться обнаружить на опыте.Второй вклад в магнитострикцию λI (рис. 9b), представляет особыйинтерес, что связано с областью температур выше точки Кюри, где возможносостояние индуцированного суперпарамагнетизма.
Полевой фазовый переход−«парамагнетизминдуцированныйсуперпарамагнетизм»,ещёненаблюдавшийся на опыте, может быть обнаружен не только методами−магнитометриипутёмизмеренияполевойнамагниченностиσисоответствующей ей магнитной восприимчивости χσ. Его можно обнаружить ивисследованияхмагнитострикции−повозникновениюполевоймагнитострикции λi, вызванной намагниченностью парапроцесса.1.01 τ 1.021.000.99H = 1э20 кэa−1λ⋅1060.980−0.840 кэ−2−30.991.001.01 τ 1.02H=1эλi ⋅1060.980b20 кэ40 кэ60 кэ60 кэN = 500TC = 400 K−1.6N = 500TC = 400 K−4Рис.
9. Температурные зависимости магнитострикции λ (a) и полевоймагнитострикции λi (b) для наночастиц никеля Ni (N = 500, TC = 400 K,M0 = 66 гс/г) для нескольких значений полей.17Глава 6 посвящена изучению фазовых переходов «суперпара-магнетизм −парамагнетизм» и «парамагнетизм − индуцированный супер-парамагнетизм»на основе формализма критических индексов. В разделе 6.1 описана методикарасчета критических индексов для суперпарамагнетика, и представлены егорезультаты.В таблице даны определения критических индексов и ихнайденные значения. Использованы следующие традиционные обозначения:ε ≡ T/TC − 1, ~ε ≡ T/Tcrit − 1, π ≡ H/Hcrit − 1. Индексы α′, β и γ′ соответствуюттемпературным зависимостям теплоёмкости cH, намагниченности σ ивосприимчивости χ, индексы δ и ϕ − полевым зависимостям намагниченностиσ и теплоёмкости cH, индексы ψ и ζ − зависимостям магнитной энтропиисистемы от поля H и намагниченности σ.В разделе 6.2 обсуждается вопрос о соотношениях между критическимииндексами.
Показано, что для полученных значений критических индексоввыполняются известные неравенства Рашбрука, Гриффитса, Куперсмита,причёмдляфазовогоперехода«парамагнетизм−индуцированныйсупрепарамагнетизм» они выполняются в виде равенств.Влияние разброса частиц по размерам на критические индексысуперпарамагнетика рассмотрено в разделе 6.3. Показано, что для системынаночастиц с разбросом по размерам критические индексы существенно«трансформируются».Критические индексы для суперпарамагнетикаПереход СПМ − ПМВеличинаИндексПереход ПМ − ИСПМЗначениеИндексЗначениеα′0σ ∼ (− ~ε )ββ1−1χ ∼ (− ~ε )−γ′γ′01σ ∼ π1/δδ1−2−ϕϕ0ψψ1ζ+1ζ0−α′α′1ββ1χ ∼ (−ε)−γ′γ′σ ∼ H1/δδcH ∼ (−ε)σ ∼ (−ε)−ϕcH ∼ Hψ∆s ∼ −Hζ+1∆s ∼ −σϕψζВеличинаcH ∼ (− ~ε)−α′cH ∼ π∆s ∼ −π2∆s ∼ −σ118В Заключении формулируются основные результаты и выводы:1.
В рамках модели Ланжевена, модифицированной при помощи теориимолекулярногополя,впервыепроведенокомплексноеисследованиемагнитных и магнитотепловых свойств систем суперпарамагнитных частиц вобласти их точки Кюри: температурных и полевых аномалий магнитнойвосприимчивостипарапроцесса,магнитнойаномалиитеплоемкости,магнетокалорического эффекта, магнитострикции.2. В случае систем наночастиц анализ парапроцесса будет существенноболее полным, если, в дополнение к обычной полевой восприимчивости,ввестиврассмотрениерелаксирующеговосприимчивость,магнитногомоментакотораячастицы,связанавызваннымсростомвнешниммагнитным полем.3. Впервые показано, что в случае наночастиц ангармонизм колебанийповерхностных атомов привносит поправку к температуре Кюри частиц,величина которой может быть сопоставима с самой температурой Кюри.4.
Дано термодинамическое обоснование трактовки фазового перехода«суперпарамагнетизм – парамагнетизм» как предельного случая перехода«индуцированный суперпарамагнетизм – парамагнетизм».5. Наосновеанализатемпературно-полевыхзависимостеймагнитотепловых свойств систем суперпарамагнитных частиц показано, чтоисследования этих свойств могут служить эффективным дополнением кданным о магнитных свойствах при диагностике фазовых переходов всистемах наночастиц.6.
Установлено,чтодлясуперпарамагнитныхчастицвеличинамагнитострикции, как полевой, так и спонтанной, может оказаться вполнеизмеримой на опыте.7. На основе формализма описания критических явлений рассчитанызначения критических индексов для температурных и полевых зависимостеймагнитныхимагнитотепловыхсвойствсуперпарамагнетика:намагниченности, восприимчивости, теплоемкости, энтропии.8. Дляполученныхзначенийкритическихиндексоввыполняютсяизвестные неравенства Рашбрука, Гриффитса, Куперсмита, причём для19фазового перехода «парамагнетизм − индуцированный суперпарамагнетизм» −в виде равенств.9.
Впервые показано, что для наночастиц можно ожидать при достаточновысокихтемпературахвозникновения«возвратного»магнетизма−восстановления магнитного упорядочения в наночастицах, вызванного ихтепловым расширением (и зависимостью энергии обменного взаимодействияот межатомных расстояний).10. Разброс частиц по размерам приводит к «размытию» характерныхособенностейтемпературно-полевыхзависимостеймагнитныхимагнитотепловых свойств наночастиц, причем в достаточно малых полях дажепризначительномразбросеразмеровчастицосновныеособенностисохраняются.Основные результаты диссертации опубликованы в работах:1. V.I.Nikolaev, I.A.Rod.
On the peculiarities of paraprocess in the system ofnanoparticles. // Book of abstracts of the Moscow International Simposium onMagnetism. − 2005, June 25−30. − Moscow. − P. 441−442.2. T.A.Bushina, V.I.Nikolaev, I.A.Rod. On the magnetocaloric effect in asuperparamagnet near the Curie point // Book of abstracts of the InternationalConference “Physics of liquid materials: modern problems”. − 2001, May 31. −Kiev. − P. 66.3. T.A.Bushina, V.I.Nikolaev, I.A.Rod. On the heat capacity of nanoparticlessystem in the Curie point region” // Book of abstracts of the Moscow InternationalSimposium on Magnetism.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
