Диссертация (1145403), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Очевидно, что с одной стороны, большая величина коэрцитивной силы позволяет более надежно хранить информацию, избегая самопроизвольногоперемагничивания, например, при изменении внешних условий хранения(температура, давление, влажность и прочее). С другой стороны, маленькая величина коэрцитивной силы позволяет более полно удалять старуюинформацию и более чисто перезаписывать новую. Таким образом, существуют диаметрально противоположные требования для производства магнитных систем хранения информации. В настоящее время границы "коэрцитивности" магнитных устройств записи и хранения информации лежатв области от 30 мТ (низкоэнергетичные устройства) до 400 мТ (высокоэнергетичные устройства). Для "переключения" однодоменной магнитнойчастицы от одного направления вектора намагниченности к другому необходимо приложить внешнее магнитное поле, превышающее величину энер-138гетического барьера (Рис.
2.11 b). Такое "переключение" зависит не толькоот амплитуды приложенного магнитного поля, но и от длительности действия этого поля и от формы частицы.Используя теорию Стонера-Вольфарта [436] можно сделать более точную оценку величины коэрцитивного поля hc , действующего как поле собственной анизотропии. Если внешнее магнитное поле ha приложено вдольлегкой оси намагничивания подсистемы, то величина энергетического барьера, обусловленного собственной анизотропией подсистемы, будет изменяться с изменением ha , как Ea = (hc /2)[1 + (ha /hc )2 ] [436]. То есть растиот минимального значения Ea = hc /2 к максимальному Ea = hc .
Таким образом, модель Прейсаха завышает величину барьера тепловой активации,когда ha имеет около критическую величину, так что критерии нестабильности, основанные на энергетической диаграмме рисунка 2.11 b, в действительности недооценивают эффективность тепловых флуктуаций в индуцировании фазовых переходов. Этим объясняется то, что σi из таблицы 2.3.1совпадает только по порядку величины с диполь-дипольным взаимодействием, определенным из рисунка 2.12.В-третьих, надо определить какова природа взаимодействия hi междуподсистемами? Как мы уже говорили, наша система состоит из пор цилиндрической формы с размерами порядка 2х100 нм, упакованными c регулярным гексагональным порядком. Внутри пор находятся наночастицы сразмерами, соизмеримыми с размером пор.
Средний магнитный моментhµi каждой наночастицы взаимодействует с другими средними моментамисоседних наночастиц через магнитное дипольное взаимодействие с энергией:139hµi i · hµj i · (1 − 3 cos2 Θij )hi = Eij =.rij3(2.3.5.)Внутри каждой наночастицы кристаллическое поле создает легкуюось намагничивания со средним магнитным моментом hµi. В присутствиевнешнего магнитного поля, при температурах меньших некоторой критической Tmax , каждая легкая ось заморожена и случайно ориентирована.В процессе нагревания энергия взаимодействия между частицами растет,и средний магнитный момент всей системы увеличивается до некоторойкритической величины. В зависимости от величины намагниченности подсистем (степени кристаллизации или однородности наночастиц) характеристическая точка их взаимодействия будет менять свое положение на шкале температур.
И чем больше будет величина намагниченности, тем больший сдвиг в высокотемпературную область (Tmax > TB ) будет наблюдаться. Диполь-дипольное взаимодействие может быть как "ферромагнитным",так и "антиферромагнитным", в зависимости от ориентации вектора намагниченности каждой подсистемы относительно друг друга. В тоже время,при низких температурах T < Tmax , когда вектора намагниченности заморожены в произвольном порядке, или в случае "разбавленной" магнитнойсистемы, когда наночастицы разнесены в пространстве на расстояния больше дальнодействия сил дипольного взаимодействия, исследуемая системаможет демонстрировать диполь-стекольное поведение.Таблица 2.3.2. Магнитные параметры F e − SiO2 − T нанокомпозитов.140ОбразецTmax , Khc , мТL/D4KMs , emu/g300K300K2.0 ± 0.20.25 ± 0.03Fe-SiO2 -26076 ± 316 ± 2 22.0 ± 0.1Fe-SiO2 -30080 ± 320 ± 2 40.0 ± 0.1 18.0 ± 0.2 0.32 ± 0.03Fe-SiO2 -35087 ± 332 ± 2 46.0 ± 0.1 20.0 ± 0.2 0.53 ± 0.03Fe-SiO2 -37584 ± 345 ± 2 54.0 ± 0.1 22.0 ± 0.2 0.61 ± 0.03Fe-SiO2 -40084 ± 335 ± 2 53.0 ± 0.1 19.0 ± 0.2 0.76 ± 0.03M, emu/g20,4-0,10,11-0,4-0.8-0.40.40.8H, T-1-2T=4KT=300KРис.
2.13. Кривые перемагничивания образца F e − SiO2 − 375 при T = 300K и T = 4 K.Из таблицы 2.3.2 видно, что характеристическая точка максимума температурной зависимости намагниченности M (T ) (вторая колонка)сдвигается в высокотемпературную область с увеличением температурыотжига нанокомпозитов. То есть с увеличением температуры отжига в образцах растет величина диполь-дипольного взаимодействия между наночастицами. А полученная в экспериментах величина температуры максимумаTmax для образца F e−SiO2 −375, приведенная на рисунке 2.12, отличается141от характеристической температуры блокировки системы TB из-за вклада,вносимого магнитным дипольным взаимодействием между нанонитями.Для определения величины намагниченности насыщения Ms и коэрцитивной силы наночастиц были измерены кривые перемагничивания длявсех исследуемых образцов при T = 4 K и T = 300 K. Типичные гистерезисные кривые зависимости М(Н) показаны на рисунке 2.13 для образцаF e − SiO2 − 375.
Данные в таблице 2.3.2 демонстрируют увеличение коэрцитивной силы с ростом температуры отжига образцов, что связано, какмы уже говорили, с увеличением однородности и размеров магнитных нанопроволок внутри пор.2.3.2.Малоугловая дифракция поляризованных нейтроновЭксперименты по малоугловому рассеянию поляризованных нейтронов проводились на установке SANS-2 исследовательского реактора FRG-1в г. Гестхахт, Германия (Глава 1, параграф 1.3.1). В экспериментах использовался пучок поляризованных нейтронов с поляризацией P0 = 0.96,длиной волны λ = 0.58 нм (∆λ/λ = 0.01) и расходимостью 1.5 мрад. Расстояние образец - детектор равнялось 1 м, при этом покрывался диапазонпереданных импульсов от 0.1 до 2 нм−1 .
На рисунке 2.14 a показана двумерная картина рассеяния, полученная на детекторе. В случае порошковыхобразов F e − SiO2 − T , F e − SiO2 − U V или SiO2 (мезопористая матрица)картина рассеяния представляет собой набор концентрических колец, которые в основном являются результатом рассеяния (точнее, малоугловойдифракции) на порах или внедренных нанонитях, расположенных параллельно падающему пучку нейтронов.
Это связано с тем фактом, что коге-142рентный объем нейтронов рассеянных на малые углы, эффективно вытянут вдоль пучка, а когерентный объем системы нанонитей (пор) вытянутвдоль нити (поры), и при совпадении оси нити (поры) и оси пучка, эффективность рассеяния многократно увеличивается (см., например, [257]).Для изучения полевой зависимости интенсивности нейтронного рассеянияприкладывалось внешнее магнитное поле 0 ÷ 350 мТ (прямой ход) и 350÷ 0 мТ (обратный ход) в горизонтальной плоскости перпендикулярно падающему пучку (Рис. 1.12). Температура образцов изменялась в диапазонеот 10 K до 300 K с точностью 0.5 градуса. Сечение нейтронного рассеянияопределяется уравнением 1.2.16 и включает в себя компоненты ядерногорассеяния (уравнение 1.2.17), магнитного рассеяния (уравнение 1.2.18) иядерно-магнитной интерференции (уравнение 1.2.19).
Полное (ядерное имагнитное) рассеяние нейтронов определялось в эксперименте как суммаI(Q) = 12 (I(Q, +P0 ) + I(Q, −P0 )), а рассеяние, зависящее от поляризациинейтронов, определялось как разность ∆I(Q) = 21 (I(Q, +P0 ) − I(Q, −P0 ))интенсивности рассеяния нейтронов поляризованных вдоль I(Q, +P0 ) ипротив I(Q, −P0 ) направления внешнего магнитного поля.Зависимость интенсивности нейтронного рассеяния от переданного импульса I(Q) для образцов F e − SiO2 − U V , F e − SiO2 − 300 иF e − SiO2 − 375 представлены на рисунке 2.14 b.
Из рисунка видно, чтовнедрение наночастиц оксида железа в поры кремниевой матрицы приводит к увеличению интенсивности дифракционного пика (Q ≈ 1.6 нм−1 ) иего небольшому смещению в область больших Q. Это означает, что заполнение пор матрицы пентакарбонилом железа, ультрафиолетовое облучениеи отжиг образцов не разрушает матрицу, а лишь незначительно меняют ве-143abFe-SiO2-UVFe-SiO2-300Интенсивность, абс.ед.100Fe-SiO2-3751012-1Q, нмРис. 2.14.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
