Релаксационная сквид-магнитометрия ансамблей магнитных наночастиц (1104682)
Текст из файла
На правах рукописиВолков Иван АлександровичРЕЛАКСАЦИОННАЯ СКВИД-МАГНИТОМЕТРИЯ АНСАМБЛЕЙМАГНИТНЫХ НАНОЧАСТИЦСпециальность 01.04.01 – Приборы и методы экспериментальной физикиАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква – 2006Работа выполнена на кафедре атомной физики, физики плазмы и микроэлектроникифизического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова.Научныйруководитель:докторфизико-математическихнаук,профессорСнигирев Олег Васильевич.Официальные оппоненты:доктор физико-математических наук, профессор Грановский Александр Борисович(физический факультет МГУ им. М.В.
Ломоносова);кандидатфизико-математическихнаукМасленниковЮрийВасильевич(Институт Радиоэлектроники РАН).Ведущая организация:Институт молекулярной физики Федерального Государственного Учреждения РоссийскийНаучный Центр “Курчатовский Институт”.Защита диссертации состоится “21” декабря 2006 г. в 16.00 часов на заседанииДиссертационного Совета Д.501.001.66 в Московском Государственном Университетеим. М.В.
Ломоносова по адресу: 119992, Москва, Ленинские Горы, физический факультетМГУ, аудитория 5-19.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физфака МГУ.Автореферат разослан “” ноября 2006 г.Ученый секретарьДиссертационного Совета Д.501.001.66Ершов А.П.2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы.За последние 15 лет произошел колоссальный прорыв в области создания и примененияматериалов со структурой пониженной размерности (наноматериалов). Основная долянаучных исследований во всем мире сейчас приходится на тематики, направленные наразработкунаноматериаловсуникальнымифизико-химическимисвойствами.Фантастическое многообразие поведения наноматериалов позволяет все с большимитемпамисоздаватьнаихосновеустройстваифункциональныекомпонентысвозможностями, которые нельзя было предсказать еще в недавнем прошлом.Магнитные наноматериалы – одни из самых интересных и активно изучаемыхобъектов, среди которых следует выделить магнитные однодоменные наночастицы,нашедшие широкое применение в технологиях записи и хранения информации, производствепостоянных магнитов и некоторых важных задачах биомедицины.Необходимым условием в анализе поведения магнитных материалов является знание ихбазовых магнитных параметров.
В практически наиболее важном случае однооснойанизотропии такими параметрами являются константа одноосной магнитокристаллическойанизотропии Ku и намагниченность насыщения MS. Так как данные параметры определяютмногие важные макроскопические магнитные характеристики материала такие какостаточная и равновесная намагниченности, магнитная восприимчивость, коэрцитивнаясила, время перемагничивания и т.д., то их вполне можно называть фундаментальнымипараметрами. Далее задачу определения фундаментальных параметров мы будем называтьдиагностикой магнитных материалов.Эффектразупорядочиваниякристаллическойструктурывещества,неизбежновозникающий вблизи границы раздела фаз, играет в наночастицах размером менее 10 нмбольшую роль, поскольку доля приповерхностных атомов в частицах столь малых размероврезко возрастает.
При этом масштаб данного эффекта зависит от размера, химическогосостава и молекулярного окружения наночастиц [1–4]. Как следствие, фундаментальныепараметрымагнитныхнаночастицмогутсущественноотличатьсяотпараметровсоответствующих объемных (bulk) материалов, в связи с чем диагностика магнитныхнаночастиц представляет собой актуальную задачу как с практической, так и теоретическойточек зрения. Определение фундаментальных параметров объемных магнитных материаловне представляет большой сложности [5], однако, данная задача выглядит весьманетривиально для наночастиц [6–8].3На данный момент существует несколько основных методов диагностики магнитныхнаночастиц, каждый из которых, тем не менее, имеет свой недостаток.
Среди них следуетвыделить методы анализа мессбауэровских спектров [9], “field-cooled (FC) / zero-field-cooled(ZFC)” кривых [10] и метод анализа кривых намагничивания [11, 12].Первые два метода применяются для определения константы анизотропии и имеютдело с оценкой так называемой температуры блокировки TB, при которой наблюдаетсяпереход наноматериала из суперапарамагнитного состояния в блокированное (или наоборот)в масштабе характеристического времени эксперимента. Данные методы хорошо развиты ивесьма доступны.
Однако, невозможность учета распределения магнитного компонента поразмеру частиц не позволяет достигать высокой достоверности результата.Метод анализа кривых намагничивания является мощным средством диагностикимагнитных материалов (и наноматериалов, в частности), не требующим обязательноговарьирования температуры исследуемого образца и позволяющим учесть распределениемагнитного компонента по размеру частиц. Фундаментальные параметры в этом методеопределяются из результатов сопоставления расчетных аппроксимационных кривыхнамагничивания с экспериментальными. Однако, адекватный алгоритм расчета кривыхнамагничиваниядовольносложен,чтозатрудняетанализбольшогоколичестваэкспериментальных данных.Намагниченность насыщения, как правило, оценивается из кривых намагничивания какзначение намагниченности в предельно достижимом поле подмагничивания H.
Однако, вслучае довольно малых частиц (< 10 нм) и комнатных температур достаточно полноенасыщение (> 95%) может быть достигнуто только в очень больших полях подмагничивания(> 5 Тл). Одним из вариантов уточнения величины MS является построение кривойнамагничивания как функции 1/H и ее экстраполяция до значения 1/H = 0. Тем не менее,достоверность получаемых таким способом значений MS остается под вопросом.Относительно недавно научной группой под руководством Кëртли была опубликованаработа [13], в которой предлагается вариант диагностики магнитных наночастиц,основанный на анализе температурной зависимости их шумовых спектров.
Данная методикапозволяет эффективно получать информацию о распределении магнитного компонента повеличине барьера анизотропии, равного в случае одноосных частиц произведению Ku наобъем частицы V. Для измерения шумовых спектров в диапазоне от 4.2 до 100 K авторыиспользовали низкотемпературный СКВИД-магнитометр.4Цель диссертационной работы состоит в разработке нового релаксометрическогометода диагностики магнитных наночастиц, позволяющего с высокой достоверностьюопределять их константу анизотропии и намагниченность насыщения при достаточно малыхвременных затратах (порядка часа) на анализ экспериментальных данных.
Под терминомрелаксометрияздесьпонимаетсяизмерениерелаксациинамагниченностисуперпарамагнитного объекта после выключения постоянного поля подмагничивания.Очевидно, что чем в большем временном интервале измеряется релаксационная кривая, тембольшеполезнойинформацииобизучаемомобъектеонасодержит.Врамкахсформулированной глобальной цели конкретными целями данной работы являются:1.СозданиенабазеимеющегосяСКВИД-магнитометрарелаксометрическогоустройства, позволяющего измерять релаксационные кривые в беспрецедентно широкомвременном интервале (8 порядков).2.Изготовлениедлявышеуказанногорелаксометравысокочувствительныхвысокотемпературных (ВТСП) СКВИД-сенсоров, функционирующих при температурекипения жидкого азота (77 K).3. Измерение с помощью СКВИД-релаксометра релаксационных кривых разбавленныхансамблей магнитных наночастиц Fe3O4, распределенных в стабилизирующей полимернойматрице.4.
Теоретическое описание релаксационных процессов в разбавленных ансамбляходнодоменных частиц в рамках закона Нееля–Аррениуса.5.Сопоставлениенамагниченностиэкспериментальныхансамблейисследуемыхирасчетныхнаночастицсданныхцельюпорелаксацииопределенияихфундаментальных магнитных параметров (константы анизотропии и намагниченностинасыщения).Научная новизна. Следующие результаты получены впервые:1. Предложена и отработана оригинальная технология воспроизводимого изготовлениявысокочувствительных (< 10–5 Ф0/Гц1/2, где Ф0 = 2·10–15 Вб) ВТСП СКВИД-сенсоров,содержащих джозефсоновские переходы субмикронной ширины (0.7–1 мкм).2.
Реализован релаксометр для измерения релаксационных характеристик магнитныхобъектов на основе сканирующего ВТСП СКВИД-магнитометра с временным диапазономрегистрации полезного сигнала от 6 мкс до нескольких минут.3. В рамках закона Нееля–Аррениуса реализован алгоритм расчета релаксационныхкривых разбавленных ансамблей однодоменных частиц при заданных значениях константы5одноосной магнитокристаллической анизотропии Ku и намагниченности насыщения MS сучетом функции распределения объемной доли фракций частиц по размеру и функциислучайного распределения численной доли фракций частиц по углу ориентации их легкихосей.4.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
