Автореферат (1145402), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Провести исследование структурного упорядочения искусственных опалов методом ультрамалоугловой дифракции синхротронного излучения.1013. Определить зависимость степени упорядочения структуры опаловойматрицы от величины и знака потенциала подложки при синтезе методом вертикальной электродепозиции.14. Провести аттестацию структурных свойств инвертированных опалоподобных структур, полученных на основе ферромагнитных материаловникеля и кобальта, методом ультрамалоугловой дифракции синхротронного излучения.15. Разработать способ исследования инвертированных ферромагнитныхопалов методом малоугловой дифракции поляризованных нейтронов.16.
На основании исследования магнитных свойств инвертированных опалов методом малоугловой дифракции поляризованных нейтронов, а также полученных структурных данных построить модель пространственного распределения локальной намагниченности в трехмерном метаматериале в зависимости от направления и величины внешнего магнитногополя.Научная новизна. В представленной диссертации разработаны методымалоугловой дифракции нейтронов и синхротронного излучения, которыевпервые использовались для исследования двумерных и трехмерных массивов ферромагнитных наночастиц, синтезированных на основе матриц с упорядоченным или разупорядоченным распределением пор: нанонити железа, заключенные в поры матрицы диоксида кремния, ферромагнитные наночастицына основе мембран оксида алюминия, пленки диоксида кремния с ферромагнитными наногранулами кобальта, опалоподобные диэлектрические матрицыи инвертированные на их основе ферромагнитные опалоподобные структуры.Таким образом, рассмотрен целый набор наноструктурированных материалов,отличающихся друг от друга 1) наличием порядка или беспорядка в пространственном расположении магнитных наночастиц в диэлектрических матрицах,2) параметрами анизотропии магнитных наночастиц от квазисферических досильно анизотропных - нанонити, или нанопроволки, 3) двумерным или трехмерным распределением наночастиц в пространстве, 4) размерами наночастиц - от единиц нанометров до сотен нанометров в одном измерении.Результаты экспериментальных исследований получены автором впервые и привели к созданию методологического подхода, основанного на принципах использования комплементарности методик неразрушающего контроляс применением малоугловой дифракции ионизирующих излучений и традиционных методов магнитометрии и структурного анализа.Научная и практическая ценность.
В первую очередь практическая ценность предлагаемой диссертации состоит в разработке универсальных мето-11дик малоугловой дифракции нейтронов и синхротронного излучения для метаматериалов, регулярно организованных в пространстве, позволяющих определять корреляцию между структурой и их магнитными свойствами. Использование данных методик позволяет аттестовать вновь полученные метаматериалы и выявлять ex-situ (или, что более важно - in-situ) необходимые параметрысинтеза для улучшения их физических свойств.На примере исследования массивов магнитных нанонитей в диамагнитных матрицах детально описано когерентное поведение вектора намагниченности отдельных нитей в зависимости от величины внешнего магнитного поля ивклада размагничивающих полей, что имеет практическое значение для разработки носителей с продольным или перпендикулярным способами записиинформации.Исследованные мембраны оксида алюминия, полученные при травлениитехнического алюминия, могут использоваться в качестве носителей для катализаторов или жидкостных и газовых мембран.
Для подобных примененийупорядоченность структуры пор не имеет значения, при этом использованиетехнического алюминия существенно понижает себестоимость.В диссертации изучен новый класс трехмерных пространственно упорядоченных наноструктур - инвертированные опалоподобные ферромагнитные структуры. Предложенная модель для описания распределения векторовлокальной намагниченности в ферромагнитных ИОПС в зависимости от направления и величины внешнего магнитного поля с использованием «правилальда» вносит новый вклад в современные представления о магнитных метаматериалах. Данный подход может быть использован для разработки теоретических основ при описании распределения магнитных моментов в других классах метаматериалов - трехмерных квадрупольных линзах, в метаметериалахсетчатой структуры с точечными контактами между слоями, в многослойныхструктурах разорванных кольцевых резонаторов и тому подобное.Полученные результаты могут быть интересны для научных лабораторий, исследующих связь пространственной организации метаматериалов и ихмагнитных свойств.Апробация работы.
Результаты и положения работы докладывались иобсуждались на следующих конференциях:1. на серии Международных конференций по нейтронному и синхротронному рассеянию: International Workshop on Polarized Neutrons in CondensedMatter Investigations (PNCMI) 2002 (Julich, Germany), 2006 (Berlin,Germany), 2008 (Tokai, Japan), 2010 (Delft, the Netherlands), EuropeanConference on Neutron Scattering (ECNS) 2003 (Montpellier, France), 200712(Lund, Sweden), 2011 (Prague, Czech Republic), 2015 (Zaragoza, Spain)International Conference on Quasi-Elastic Neutron Scattering (QENS) 2004(Arcachon, France), International Conference on Small-Angle Scattering(SAS) 2006 (Kyoto, Japan), 2009 (Oxford, UK), 2012 (Sydney, Australia),Synchrotron and neutron Belgian-Dutch workshop (SYNEW) 2009 (Brussels,Belgium), 2011 (Amsterdam, the Netherlands), International ConferenceDays on Diffraction (D’D) 2011 (Saint Petersburg, Russia), InternationalWorkshop on Single-Crystal Diffraction with Polarised Neutrons (Flipper)2013 (Grenoble, France), Grazing Incidence Small Angle X-ray Scattering(GISAXS) 2013 (Hamburg, Germany), RACIRI Summer School on Imagingwith X-rays and Neutrons 2013 (Peterhof, Russia), 2014 (Stockholm,Sweden), International Conference on Surface X-Ray and Neutron Scattering(SXNS14) 2014 (Hamburg, Germany);2.
на серии Всероссийских конференций по нейтронному и синхротронному рассеянию: Национальная конференция Рентгеновское, синхротронное излучения, нейтроны и электроны для исследования наносистем иматериалов (РСНЭ) 2005, 2007, 2009, 2011 (Москва), Совещание по использованию рассеяния нейтронов в исследованиях конденсированного состояния (РНИКС) 2008 (Гатчина), 2010 (Москва), 2012 (Гатчина),Совещание по малоугловому рассеянию и рефлектометрии нейтронов(МУРомец) 2013 (Гатчина), Зимняя Школа ПИЯФ: Физика конденсированного состояния 2008, 2009, 2010, 2011, 2012, 2013, 2014, 2015 (СанктПетербург);3. на серии международных конференций по магнетизму: MoscowInternational Symposium on Magnetism (MISM) 2005, 2011, 2014 (Moscow,Russia), Workshop on Polarized Neutrons and Synchrotron X-rays forMagnetism (PNSXM) 2009 (Bonn, Germany), International Colloquium onMagnetic Films and Surfaces (ICMFS) 2009 (Berlin, Germany), workshopDzyaloshinskii-Moriya Interaction and Exotic Spin Structures (DMI) 2013(Veliky Novgorod, Russia), International Conference on Magnetism (ICM)2009 (Karlsruhe, Germany), 2012 (Busan, South Korea), 2015 (Barselona,Spain).Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных результатов ивыводов и списка цитируемой литературы из 480 наименований, содержит348 страниц машинописного текста, включая 79 рисунков, 97 формул и 13таблиц.13ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обосновывается актуальность темы диссетационной работы, сформулированы цели и задачи исследования, а также положения, выносимые на защиту.
Кратко изложены структура и содержание работы, описананаучная новизна и практическая ценность полученных результатов.Первая глава посвящена описанию теоретических основ методов малоугловой дифракции нейтронов и синхротронного излучения для исследованиянаноструктур, приведено описание параметров нейтронных и синхротронныхэкспериментальных установок, использованных для аттестации структуры имагнитных свойств нанокомпозитов, дан краткий обзор существующих способов синтеза объектов исследования.Исследования структурных и магнитных свойств нанокомпозитных материалов на основе мезопористой матрицы диоксида кремния с внедренныминаночастицами железа с использованием большого набора взаимодополняющих экспериментальных методик, представлены во второй главе диссертации.Показано, что диамагнитная матрица оксида кремния характеризуются регулярным пространственным распределением пор. Наиболее полное и однородное заполнение пор материалом внедрения без разрушения матрицы наблюдалось в образцах, полученных в результате отжига на финальной стадиисинтеза при температурах 350◦ С и 375◦ C, при этом наночастицы железа впорах находятся в состояния F e2 O3 преимущественно в γ-фазе с небольшимдобавлением α-фазы и кластеров атомарного железа.Для описания магнитных свойств нанокомпозитов с упорядоченнойструктурой магнитных нанопроволок была использована модель Прейсаха,которая дала удовлетворительные результаты, согласующиеся с экспериментальными данными, полученными разными способами: величина полядиполь-дипольного взаимодействия составила ha ≈ 11 мТ, температура перехода ферромагнетик / парамагнетик (суперпарамагнетик) находится в интервале от 76 К до 94 К, в зависимости от температуры отжига образцов.Было показано, что использование только традиционных методик, такихкак просвечивающая электронная микроскопия, электронный парамагнитныйрезонанс, СКВИД-магнитометрия и спектроскопия Мессбауэра, не позволяетсделать удовлетворительных заключений о физических и структурных свойствах нанокомпозитов без привлечения методик малоугловой дифракции.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
