Диссертация (1145326), страница 52
Текст из файла (страница 52)
В результате коэффициент поглощения P нормально падающих электромагнитных волн снижался.5.5.4Многослойные радиопоглощающие покрытияНа основе проведенных исследований гранулированных пленок были разработаны покрытия, поглощающие электромагнитные волны в широком СВЧ диапазоне [248]. Радиопоглощающие покрытия состоят из нескольких слоев с разной концентрацией ферромагнитных металлических наночастиц и, следовательно, с разными значениями ε и µ. Слоипредставляют собой кевларовую ткань с напыленной структурой гидрогенизированногоуглерода с наночастицами Co и Ni. Толщина напыленной структуры и концентрации Coи Ni для каждого слоя подбираются таким образом, чтобы (1) увеличить поглощение вкаждом слое и (2) использовать резонансные условия между слоями в том случае, если половина длины электромагнитной волны λ/(εµ)1/2 соответствует расстоянию междуопределенными слоями поглощающего покрытия.
Большие значения ε и использованиерезонансных условий позволяют максимально расширить диапазон поглощаемых частот.Расчет и подбор слоев производился таким образом, чтобы волновой импеданс покрытия(5.23) был близок к волновому импедансу свободного пространства, Z = 1. Разработанные2622.0Losses P (dB)1.61.20.80.40.00100200Temperature T (C)300Рис. 5.34: Температурная зависимость коэффициента поглощения P нормально падающихэлектромагнитных волн в 4-слойном покрытии a-C:H(Co) на кевларовой ткани на частоте9.35 GHz. Толщина пленки на арамидном волокне - 0.95 µm, концентрация Co - 45 at.%.покрытия обладают следующими свойствами.1. Диапазон частот: 8 - 80 GHz.2. Поглощение в диапазоне 8 - 80 GHz: не менее 10 dB.3.
Масса покрытия: 1,0 - 1,5 kG/m2 .4. Толщина покрытия: 1,5 - 2 mm.5. Температурный диапазон: -100 - +200◦ С.6. Химически стойкое.7. Механически стойкое.Ниже приведена частотная зависимость 5-слойного покрытия на основе гидрогенизированного углерода с наночастицами Co и Ni (Рис. 5.35). Разработанные радиопоглощающие покрытия обладают преимуществами перед покрытиями, основанными на ферритах– они в 7 - 10 раз легче, в 5 - 7 раз тоньше и являются гибкими. Поглощение электромагнитного излучения происходит в широком диапазоне частот. В противоположность этому,ферритовые покрытия имеют поглощение в более узком частотном диапазоне, которыйопределяется естественным ферромагнитным резонансом этого покрытия.5.6ВыводыВ данной главе получены следующие результаты.26316Losses P (dB)12840020406080Frequency F (GHz)Рис.
5.35: Частотная зависимость 5-слойного покрытия на основе гидрогенизированногоуглерода с наночастицами Co и Ni.(1) В гранулированных структурах с ферромагнитными и неферромагнитными металлическими наночастицами при определенных условиях образуются кластерные электронныесостояния (КЭС), что приводит к необходимости изменения некоторых положений классической перколяционной теории.
КЭС формируются в основном из волновых функций s-,p-электронов оболочек атомов металлических частиц при достаточно большой прозрачности туннельных барьеров между ними, когда волновые функции электронов, находящихсяна уровне Ферми, расплываются и локализуются на группе (кластере) частиц. Ниже порога перколяции КЭС имеют ограниченные размеры и определяют области проводимости вгранулированной структуре.
Выше порога перколяции размеры КЭС становятся неограниченными и КЭС образует бесконечный проводящий кластер. Формирование КЭС влияетна электронный транспорт и диэлектрическую проницаемость гранулированных структур.(2) Для гранулированных структур с металлическими наночастицами обнаружены пикипроводимости на температурной зависимости тока при понижении температуры в сильныхэлектрических полях, переходы из изолирующего состояния в проводящее при действииэлектрического поля, обратные переходы при снятии поля и релаксация проводимости.Когда гранулированная пленка между контактами находилась в состоянии проводящего кластера, температурная зависимость сопротивления носила металлический характерс большим остаточным сопротивлением. Экспериментальные факты объясняются образованием КЭС, которые формируются электронами частиц металла и электронами дефектов264матрицы вблизи поверхности Ферми.- Изменение сопротивления связано с изменением размера локализации проводящих кластеров и уменьшением межкластерного промежутка в канале с наименьшим сопротивлением при действии электрического поля и температуры.- Пики проводимости на температурной зависимости тока обусловлены декомпозиций кластеров в сильном электрическом поле.- Релаксация сопротивления гранулированной структуры к равновесному состоянию связана с изменением размера локализации КЭС при температурных изменениях.- Гистерезис вольт-амперных характеристик и необратимость изменения сопротивленияобъясняются тем, что после снятия электрического поля формируетcя новая структураКЭС, отличная от предшествовавшей.- Найдено, что отжиг уменьшает количество дефектов в матрице, что ведет к уменьшению количества локализованных состояний в туннельных каналах между гранулами и кпадению прозрачности туннельных барьеров между КЭС.
Проводимость матрицы уменьшается.(3) Для гранулированных структур с металлическими наночастицами, находящимися ниже порога перколяции, из температурных зависимостей проводимости найдено число локализованных состояний в матрице, через которые происходит процесс туннелированиямежду КЭС. Существенную роль в механизме проводимости играют процессы неупругого резонансного туннелирования через цепочку локализованных состояний в аморфномслое между КЭС вблизи уровня Ферми с разбросом энергий порядка kT .
Источникамилокализованных состояний являются дефекты структуры матрицы и границ раздела гранула - матрица. Наличие этих состояний приводит к резкому возрастанию туннельнойпрозрачности барьера и к степенному виду температурной зависимости, степень которойопределяется числом дефектов n матрицы в проводящем канале. Увеличение расстояниямежду гранулами ведет к росту числа каналов и количества примесей в каналах. Приn → ∞ суммарная проводимость по всем каналам переходит от режима резонансноготуннелирования к режиму прыжковой проводимости, определяемому законом Мотта.(4) Образование КЭС приводит к изменениям диэлектрической проницаемости ε в гранулированных структурах.
В области перколяционного порога, где КЭС образует бесконечный проводящий кластер, наблюдается резкое повышение диэлектрической проницаемости. Ниже порога перколяции измерения ε дают информацию об изменениях размеровпроводящих кластеров, которые могут изменяться под действием электрического поля итемпературы. В сильных электрических полях размеры кластеров растут вдоль направления электрического поля. Повышение температуры приводит к росту размера локализации КЭС и к увеличению диэлектрической проницаемости.
Это положение было экспериментально подтверждено сравнением вольт-фарадных и температурных зависимостей265ε0 гранулированных и негранулированных пленок. В экспериментах увеличение размеровпроводящих кластеров в сильных полях не превышало 1 %. Увеличение размеров проводящих кластеров с ростом температуры было значительно большим и доходило до 34 %.Температурные зависимости тангенса угла диэлектрических потерь можно объяснить термическим возбуждением вышележащих уровней КЭС.(5) Наблюдалось уменьшение диэлектрической проницаемости с уменьшением количествадефектов в матрице. С уменьшением количества дефектов понижается туннельная прозрачность барьеров между металлическими частицами и размер локализации КЭС уменьшается.
Этим объясняется уменьшение диэлектрической проницаемости при отжиге в гранулированных композитах.(6) Большие значения диэлектрических и магнитных потерь в гранулированных структурах позволяют их рассматривать в качестве эффективных поглощающих покрытийэлектромагнитных волн в СВЧ диапазоне. На основе проведенных исследований изготовлены многослойные тонкие широкополосные поглощающие покрытия, содержащие слоиa-C:H(Co,Ni), с поглощением не менее 10 dB падающего электромагнитного излученияв диапазоне частот 8 - 80 GHz.
Разработанные радиопоглощающие покрытия обладаютпреимуществами перед покрытиями, основанными на ферритах – по толщине, весу и частотной широкополосности поглощения.266Глава 6Магнитосопротивление структур сметаллическими магнитныминаночастицами6.1Постановка задачи и краткое содержание 6 главыВ 6 главе будет рассмотрен эффект магнитосопротивления, наблюдавшийся в гранулированных пленках с ферромагнитными металлическими наночастицами и в гетероструктурах гранулированная пленка / полупроводник.В разделе 6.2 будут изложены экспериментальные данные и теоретическая модель эффекта магнитосопротивления, наблюдавшегося в гранулированных пленках с ферромагнитными металлическими наночастицами. Магнитосопротивление (MR) в гранулированных структурах, состоящих из изолирующей матрицы и ферромагнитных металлическихнаночастиц, исследовалось как при малых, так и при больших величинах приложенного электрического поля.
В зависимости от величины электрического поля наблюдалисьразличные особенности электронного транспорта в магнитном поле. Наличие эффекта положительного магнитосопротивления и изменения величины отрицательного магнитосопротивления под действием сильного электрического поля говорят о необходимости учетавведенных в главе 5 кластерных электронных состояний (КЭС), которые могут быть образованы на группе частиц. Для объяснения особенностей зависимостей отрицательногоMR от магнитного поля [87] и влияния отжига на MR [326] нужно учесть локализованные электронные состояния, которые образуются на дефектах и примесях аморфной матрицы.
Спин-зависимый электронный транспорт осуществляется посредством неупругогорезонансного туннелирования через цепочку этих локализованных состояний между гранулами. Теоретическая модель спин-зависимого электронного транспорта с учетом КЭСи локализованных состояний в матрице и объяснение экспериментальных зависимостей267будут рассмотрены в разделах 6.2.1, 6.2.2 и 6.2.3. Из работ, посвященных аномальномуэффекту Холла [88, 326], следует, что в модели спин-зависимого электронного транспортанеобходим учет спин-орбитального взаимодействия.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
