Диссертация (1145403), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Основные принципы записи сигналов на магнитном носителе были разработаны ОберлиномСмитом в период с 1877 по 1888 годы, после изучения работ Т. Эдисона посозданию фонографа и микрофона (1877 год). О. Смит пришел к заключению, что качество звука можно улучшить, если записывать его в видеобластей с различной намагниченностью на поверхности стальной проволоки. Затем стальная проволока была заменена полоской материи, тканойс крошечными кусочками измельченной проволоки. Это предотвращает соприкосновение магнитных частиц друг с другом, следовательно, они не могут компенсировать магнитные состояния друг друга [90–92].
В 1898 году,В. Поулсен сделал первую запись сигналов на магнитном носителе. Перваямагнитная лента была разработана в середине 1930-х годов в Германии, аширокое распространение она получила только в 50-е годы прошлого столетия. Однако предложение О. Смита – об использовании полоски материи,тканой с крошечными кусочками измельченной проволоки, оказалось востребованным только через сто лет, когда остро встал вопрос о плотностизаписи информации на одном носителе. К 90 годам прошлого века былисформулированы требования к магнитным носителям информации [93,94]:1.
магнитные частицы не должны взаимодействовать друг с другом и недолжны смещаться в пространстве под действием внешнего магнит-11ного поля, то есть частицы должны быть закреплены на какой-либонемагнитной подложке или в какой-либо не магнитной матрице;2. размер магнитной частицы, на которую записывается 1 бит информации не должен превышать размера одного магнитного домена объемного материала, то есть не должен превышать 50 – 100 нм;3. магнитная частица должна характеризоваться достаточно высокимизначениями коэрцитивной силы, остаточной намагниченности и магнитного момента, что позволяет стабилизировать процессы записи исчитывания информации и увеличить время ее хранения.С технологической точки зрения все вышеперечисленные требованиявыполняются для нанокомпозитных материалов с анизотропными частицами, синтезированных на основе химически инертных матриц.
Матрицыпозволяют механически разделить магнитные частицы друг от друга и избежать влияния обменных сил, агрегации наночастиц, а также защититьих от внешних воздействий.Химически инертными матрицами являются, например, мезопористые матрицы с регулярным гексагональным расположением пор длиннойнесколько десятков микрометров и диаметром несколько нанометров. Такая геометрия характеризуется максимальной константой анизотропии иматрицы рассматриваться как одномерные (1D). Это силикаты и алюмосиликаты со структурами типа МСМ-41, MCM-48, MCM-50, MCM-51 [95–97],SBA-1, SBA-3, SBA-15 [98] и др. [99], материалы на основе титана, циркония, церия, углеродные материалы [100–110] и другие.Очевидно, что в таких матрицах можно формировать упорядочен-12ные массивы анизотропных магнитных наночастиц, причем их размер иформа будут определяться морфологией поры, то есть диаметр наночастиц будет варьироваться от 2 до 50 нм, а длина – от десятков до сотеннанометров.
Еще одно преимущество таких наносистем – наличие порядкав расположении изолированных нанодоменов внутри диамагнитной матрицы и четких границ между магнитным веществом и матрицей, что позволяет прецизионно позиционировать магнитную головку при записи иличтении информации с магнитного носителя, то есть увеличить отношениесигнал/шум и записывать или считывать информацию более качественно.Мезопористые матрицы с регулярным гексагональным расположением порпозволяют получать магнитные носители информации, в которых векторанамагниченности доменов расположены параллельно поверхности носителя. Такой способ записи получил название - продольного.Другой подход, позволяющий увеличивать плотность записи и хранения информации за счет уменьшения геометрических размеров отдельновзятого бита, состоит в разработке магнитных носителей с перпендикулярным способом записи, при котором биты информации сохраняются ванизотропных доменах, ось анизотропии которых расположена не в плоскости носителя, а перпендикулярно ей.
Таким образом, на поверхности, покоторой скользит считывающая или записывающая головка размеры одного бита информации уменьшаются в десятки раз. При этом магнитныесвойства наночастиц сохраняются благодаря большому параметру анизотропии формы и преимущественной ориентации магнитного момента вдольоси анизотропии частицы, что резко улучшает функциональные свойствананоматериалов, таких как температура блокировки и коэрцитивная сила13при комнатной температуре.Для создания носителей с перпендикулярной записью в качествеинертных диамагнитных матриц можно использовать анодированные пленки алюминия, магния, титана, талия, циркония и другие [111–113], в которых поры располагаются перпендикулярно плоскости пленки. Технологияанодирования цветных металлов и использования оксидных пленок в качестве защитных и декоративных покрытий известна давно [114].
Однакотолько в 1995 году был открыт метод двухстадийного анодного окисления [115], который позволяет получать пленки Al2 O3 с цилиндрическимипорами одинакового диаметра и регулярно распределенными на поверхности. Такая пористая структура, благодаря возможности менять диаметр,длину и расстояние (периодичность) между соседними порами в процессесинтеза, может использоваться не только как темплат для синтеза нанонитей или нанотрубок, но и в качестве неорганических мембран, носителейдля катализаторов, различных фильтров, двумерных фотонных кристаллов [116–123].
Также и нанокомпозиты на основе пористого Al2 O3 могутбыть использованы не только в качестве рабочих магнитных материаловдля информационных технологий, но и как функциональные наносистем,работающие на эффекте размерного квантования, или химические и биологические сенсоры, электронные устройства, системы с развитой поверхностью для интенсификации ряда процессов тепло- и массопереноса.В отличие от одномерных 1D наноструктурированных материалов,описанных выше, гранулированные пленочные нанокомпозиты относятся к двумерным 2D материалам.
Гранулированной пленкой (ГП) называют диэлектрическую матрицу с внедренными наночастицами ферро-14магнитного материала. Если такую пленку осадить на полупроводниковую подложку (ПП), то будет наблюдаться явление инжекционногомагнетосопротивления (ИМС), основанное на подавлении внешним магнитным полем инжекции спин-поляризованного тока из ГП в ПП. Эффект ИМС был обнаружен на гетероструктурах "GaAs/островковая пленка M nSb" с покрытием Sb [124, 125], "GaAs/гранулированная пленка SiO2 (Co)" и "GaAs/гранулированная пленка T iO2 (Co)" [126–128],"GaAs/нанокластерs M nAs" [129].Различные аспекты эффекта ИМС исследовались в ряде экспериментальных работ. В работе [130] изучалось влияние магнитного поля на транспорт носителей заряда при различной величине и полярности электрического поля, приложенного к структуре "ферромагнетик/несопряженныйполимер/немагнитный металл".
Была установлена решающая роль спинового транспорта через границу раздела ферромагнетик – полимер дляГИМС эффекта, и показано, что форма вольт – амперной характеристики, полученной в магнитном поле, типична для случая переноса зарядас участием инжекционного механизма. В работе [131, 132] исследовалсявклад в гигантское магнетосопротивление спиновой поляризации электронов, инжектированных из ферромагнетика. Установлено, что при условииполной деполяризации инжектированных электронов, влияние магнитногополя на проводимость системы отсутствует. На основе результатов, полученных в работах [124–134] сделаны выводя, что эффект ИМС обусловленрядом факторов: 1) образованием в полупроводнике вблизи интерфейсаслоя, обогащенного спин-поляризованными электронами, в котором формируется магнитоуправляемый барьер, 2) переносом спин-поляризованных15электронов из магнитного материала ГП в немагнитный ПП, 3) наличием лавинообразного процесса в полупроводнике, 4) наличием положительной обратной связи, благодаря дыркам, появляющимся во время лавинногопроцесса, 5) возможностью изменения поляризации спин-поляризованныхэлектронов под действием внешнего магнитного поля.
Несмотря на обширный экспериментальный материал, подтверждающий существование ИМС,теоретическое обоснование этого интересного и перспективного с прикладной точки зрения эффекта остается под вопросом.Примером трехмерных 3D наноструктур могут служить искусственные опалы, или опалоподобные структуры (ОПС), на основе шаров субмикронных диаметров из диоксида кремния или полистирола, уложенныхв кубическую гранецентрированную упаковку.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
