Автореферат (1104020), страница 3
Текст из файла (страница 3)
ЧемжеобусловленатакаявысокаятемператураКюридляансамблянанокластеров железа, объясняется в последней главе диссертации.Взаимодействия, которые могут приводить к увеличению стабильностимагнитной системы – это диполь-дипольное взаимодействие и непрямоевзаимодействие,обусловленноеналичиемсвободныхэлектроновнаподложке типа (111) [6]. Следовательно, можно предположить, чтопоскольку диполь-дипольное взаимодействие нанокластеров железа нарасстояниях 1-10 нм пренебрежимо мало, то высокая температура Кюривозникает из-за сильного обменного взаимодействия между частицамипосредством свободных электронов подложки.Недавно в работе [8] авторы теоретически показали, что кластерыжелеза, частично погруженные в подложку и находящиеся на расстоянии 9 Å14друг от друга, имеют энергию обменного взаимодействия J=-45 мэВ.
Такоебольшоезначениеэнергииобъясняетсячастичнойпогруженностьюнанокластеров железа в поверхность меди (111). Ко всему прочему,визуальный анализ изображения 1 в работе [6] показал, что распределениечастиц железа на поверхности не является случайным, а большинствонанокластеров располагается на одинаковом расстоянии друг от друга,предположительно равным 7–14 Å.В настоящей работе на основе разработанной модели для получениямагнитных свойств наноструктур получены магнитные характеристикисистемы нанокластеров железа на поверхности меди (111) в соответствии сданными экспериментов [6] и предположением, что обменная энергиявзаимодействия нанокластеров J=-45 мэВ.
Общий магнитный моментжелезнойчастицысчиталсяравным3000B,аэнергиямагнитнойанизотропии K варьировалась от 30 до 70 мэВ. Такие большие значенияэнергии магнитной анизотропии, по нашим подсчетам, близки к реальности,поскольку характерное значение МАЕ атома железа на поверхностижелезного кластера равно 0.4 мэВ [7], при этом количество атомов внаночастице на поверхности равно 120 [6].На рис. 8 показан результат моделирования кинетическим методомМонте-Карло остаточной намагниченности mr ансамбля наночастиц какфункции температуры для различных параметров магнитной анизотропиинанокластеров железа на поверхности меди (111). Каждая точка на графикеявляется результатом усреднения по 100 независимым запускам дляизбежаниявозможныхошибок.Начальнойконфигурациейявляетсянаправление всех спинов нанокластеров вверх: намагниченность системыM=+1.
Это соответствует тому моменту времени эксперимента [6], когдасильное внешнее магнитное поле намагничивает образец. В момент времени t= 0 поле отключают, и снимается магнитный отклик системы в течениеследующих 20 секунд. Значение намагниченности системы по истечениюэтого времени называется остаточной намагниченностью.Синимиточкаминаграфикепоказаназависимостьостаточнойнамагниченности от температуры для системы нанокластеров с энергией15Рис. 9 Магнитный отклик системы нанокластеров при температурах 60, 80 и 100К.Параметры гамильтониана: K=50 мэВ, J=-50 мэВ. Нижняя s-образная криваясоответствует отсутствию обменного взаимодействия (J=0) при 60К.магнитной анизотропии K=30 мэВ и энергией обменного взаимодействияJ= 50 мэВ.
Температура Кюри для такой системы оказалось равной 100К. Втоже время, при отсутствии взаимодействия между кластерами (J=0)температура Кюри не превышает 15К (синий пунктир на графике).Красными и черными точками обозначена зависимость от температурысистемы, в которой магнитная анизотропия кластеров K = 50 мэВ и К =70 мэВ соответственно. Несложно заметить, что температура, до которойнаблюдается остаточная намагниченность, увеличилась до значений 110К и120К соответственно. При отсутствии же обменного взаимодействия (J=0)намагниченность системы исчезает уже при 25К и 35К.Еще одним доказательством ферромагнитного поведения системмагнитных единиц является наличие открытой петли гистерезиса вмагнитном отклике системы, помещенной во внешнее магнитное поле B.На рис.
9 представлены магнитные отклики системы нанокластеров спараметрами K=50 мэВ J=–50 мэВ при температурах 60, 80 и 100К. Притемпературе 60К петля достаточно широкая и коэрцитивное поле Bc =0.017 T. С повышением температуры до 80 К петля сужается до значениякоэрцитивного поля 0.005 Т. При температуре 100К Bc=0.003 T. Приповышении температуры гистерезис исчезает. Нижняя кривая соответствует16случаю, когда J=0, т.е.
взаимодействие между кластерами отсутствует. Каквидно, уже при 60 К при таких параметрах система парамагнитная.Также впоследнейглавеисследуютсязависимости магнитныххарактеристик от концентрации частиц железа на поверхности меди (111) исреднего расстояния между соседними нанокластерами железа.ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ1.Разработан программный комплекс, позволяющий моделировать процесссамоорганизации металлических атомов на поверхности типа (111) приналичии на ней нанокластеров и исследовать магнитные свойстванизкоразмерных структур.2.Исследовановлияниеквантовогоконфайнмента,создаваемогокластером меди, на диффузию атомов меди по поверхности кластера ивблизи него.
Доказано наличие запрещенных и разрешенных зон накластере и около него, приводящее к возникновению атомныхшестиугольных концентрических орбит. Установлена зависимостьраспределения атомов на кластере и около него от его размера иконцентрации атомов на подложке.3.Обнаружены ферромагнитные свойства для одно- и двумерныхнаноструктур,стабилизированныхнепрямымдальнодействующимвзаимодействием через свободные электроны подложки типа (111).4.Исследована зависимость коэрцитивной силы от размеров одно- идвумерных систем и энергий магнитной анизотропии K и обменноговзаимодействия атомов J.
Построена фазовая диаграмма коэрцитивнойсилы HC в диапазоне параметров -1.0<J<0 мэВ; 0<K<1.5 мэВ .5.Показано, чтопри низких температурах наблюдается влияниеквантового туннелирования на ферромагнетизм в цепочках атомов и ихдвумерных гексагональных массивах.6.Доказано, что основным механизмом возникновения ферромагнетизма внизкоразмерныхструктурахявляетсяобменноевзаимодействиемагнитных атомов через свободный электронный газ.7.В рамках разработанной модели определены температуры Кюри длясистемы нанокластеровс различными значениями их магнитной17анизотропии и концентрации. Описаны магнитные отклики системы, припомощи которых показано, что отсутствие обменного взаимодействиямежду кластерами приводит к уменьшению температуры Кюри внесколько раз.8.Установлено, что наблюдаемый высокотемпературный ферромагнетизмв системе наночастиц железа (нанокластров) на поверхности меди (111)обусловленсильнымобменнымвзаимодействиеммеждунанокластерами, возникающим вследствие частичной погруженностинанокластеров в поверхность металла.СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ1.
A.S. Smirnov, N.N. Negulyaev, L. Niebergall, W. Hergert, A.M. Saletsky andV.S. Stepanyuk, Effect of quantum confinement of surface electrons on anatomic motion on nanoislands: Ab initio calculations and kinetic Monte Carlosimulations. Phys. Rev. B 78, 041405 (2008).2. A. S. Smirnov, N. N. Negulyaev, W. Hergert, A. M. Saletsky, V. S. Stepanyuk,Ferromagnetism in one- and two-dimensional nanostructures stabilized bysurface-state electrons: kinetic Monte Carlo study.
New J. Phys 11, 063004(2009).3. P. A. Ignatiev, N. N. Negulyaev, A. S. Smirnov, L. Niebergall, A. M. Saletsky,and V. S. Stepanyuk, Magnetic ordering of nanoclusters ensembles promotedby electronic substrate-mediated interaction: ab initio and kinetic Monte Carlostudies. Phys. Rev. B 80, 165408 (2009).4. N.N. Negulyaev, A.S. Smirnov, L. Niebergall, W. Hergert and V.S.Stepanyuk."Effect of quantum confinement of surface electrons on top of ninoislands onatomic diffusion". Rostock, Germany.
International Conference on Clusters atSurfaces. 2008. p. 72.5. А.С.Смирнов,металлическихА.М.атомовСалецкий.на"Исследованиеповерхностиметалловсамоорганизациивприсутствиинанокластеров". Черноголовка. 3-я Всероссийская школа молодых ученых«Микро-, нанотехнологии и их применение». 2008. с. 16-17.186. Смирнов А.С., Салецкий А.М. Применение метода кинетического МонтеКарло для изучения намагниченности ансамблей магнитных единиц санизотропией (2009). Пущино. Конференция «Математика. Компьютер.Образование». 2008.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
