Диссертация (1145403), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Овальные пунктирные стрелки показывают силовые линии размагничивающего поля.Теперь нужно рассмотреть механизм взаимодействия соседних нано-153нитей во внешнем магнитном поле. Когда внешнее поле меньше поля насыщения HS = 2πMs , нити имеют ненулевую компоненту намагниченностивдоль своей оси. Если число нитей N+ с положительной поперечной компонентой (Рис. 2.18) больше числа нитей с отрицательной N− = N − N+ , гдеN — число всех нитей, то возникнет размагничивающее поле величинойHd = −4πfN+ + N− −Mz −Mz nz ,NN(2.3.10.)где nz — единичный вектор вдоль оси z, параллельной осям нитей, а M±z —соответствующие проекции намагниченности единицы объема нитей. Природа этого поля такая же, как и природа анизотропии формы в (2.3.9) —магнитное дипольное взаимодействие.
Поле Hd стремится уравнять числаN+ и N− . Если учесть магнитное дипольное взаимодействие, то из простыхсоображений о минимальности объемной магнитной энергии [437] окажется, что энергетически выгодными будут конфигурации, в которых числонитей с положительными и отрицательными проекциями одинаково. Причем, эти два типа нитей должны быть достаточно равномерно распределены по решетке. В этом случае Mz = 0 в уравнении 2.3.8 и магнитноесечение будет монотонно уменьшаться до нуля с уменьшением поля, таккак Mx в (2.3.8) также уменьшается.Ничего подобного, однако, не наблюдается в наших экспериментах(Рис. 2.16). Связано это с тем, что в реальной ситуации магнитное поленикогда не направлено точно перпендикулярно осям нитей.
Когда поле примерно равно полю насыщения, достаточно небольшого отклонения магнитного поля от направления перпендикулярного осям нитей, чтобы проекции154всех нитей на их ось приняли одинаковый знак. При дальнейшем уменьшении внешнего поля H будет увеличиваться компонента намагниченности,параллельная оси нити, а вместе с ней будет расти и размагничивающееполе (уравнение 2.3.10), которое стремится уровнять числа N+ и N− .
Перемагничивание нитей начнется в тот момент, когда модуль и угол θh поляH + Hd будут таковы, что |H + Hd | > Hf (θh ). При перемагничиваниичасти нитей Hd уменьшится, θh увеличится и |H + Hd | уменьшится. Процесс перемагничивания нитей будет происходить до тех пор, пока |H + Hd |не сравняется с Hf (θh ). Таким образом, при помощи формул 2.3.8, 2.3.9и 2.3.10 можно описать результаты нейтронного эксперимента, предположив определенную зависимость Hf (θh ) и наличие небольшого отклонения(несколько градусов) направления внешнего поля от направления перпендикулярного осям нитей. На основе этих вычислений можно предложитьследующее качественное описание наблюдаемого поведения сечения магнитного рассеяния (Рис. 2.16).Допустим, что наша система регулярных нанонитей, направленныхвдоль нейтронного пучка и перпендикулярно направлению внешнего магнитного поля, находится в состоянии магнитного насыщения.
На начальномэтапе, когда поле уменьшается от величины HS , перемагничивается лишьнебольшое число нитей, и величина сечения рассеяния увеличивается, поскольку IB ∝ ((N Ms )2 − 3Mx2 /4), а Mx при уменьшении поля уменьшается.Число перемагниченных нитей начинает довольно быстро увеличиватьсяс уменьшением поля, когда угол θh становится порядка π/4, т.е., когдаHd ≈ 4πf Ms = 2f HS становится порядка H (f ≈ 0.19 для F e/SiO2 ).При перемагничивании большого числа нитей Mz в формуле (2.3.8) сильно155уменьшается и сечение рассеяния падает при дальнейшем уменьшении Hдо нуля. При H = 0, N+ 6= N− (о чем свидетельствует отличное от нулясечение рассеяния (Рис.
2.16)), поскольку размагничивающее поле не превышает Hf (0). При наложении отрицательного поля сечение продолжаетнемного уменьшаться до значения H ≈ 2f HS , что связанно, опять-таки, стем, что внешнее поле не направлено точно перпендикулярно нитям. Приобратном ходе поля его составляющая параллельная осям нитей направлена в ту же сторону, что и Hd , которое стремится уравнять числа N+ и N− .При H ≥ 2f HS перемагничивания нитей не происходит, и сечение плавноувеличивается.2.4.ВыводыВ данной главе были описаны исследования структурных и магнит-ных свойства нанокомпозитных материалов на основе химически инертнойдиамагнитной матрицы оксида кремния с использованием большого наборавзаимодополняющих экспериментальных методик.
Показано, что полученные наносистемы характеризуются регулярным пространственным распределением пор в объеме матрицы. Наиболее полное и однородное заполнениепор материалом внедрения без разрушения матрицы наблюдалось в образцах F e − SiO2 − 350 и F e − SiO2 − 375, при этом наночастицы железа впорах находятся в состояния F e2 O3 преимущественно в γ-фазе с небольшим добавлением α-фазы и кластеров атомарного железа.
Часть атомовжелеза, при этом замещает атомы кремния в матрице на границе двух фазматрица/нанонить.Полученные данные позволяют заключить, что нанонити оксида же-156леза, внедренные в мезопористый оксид кремния при температурах отжига образцов T = 350◦ − 375◦ С имеют оптимальные размеры и магнитныесвойства для использования их в системах записи и хранения информациисо сверх высокой плотностью. Максимальный параметр анизотропии приэтом равен 45 ± 2, величина коэрцитивной силы (54.0 ± 0.1) мТ, при T =4 К и (22.0 ± 0.2) мТ, при T = 300 К, а намагниченность насыщения 0.61± 0.02 emu/g, при T = 300 К.Впервые, для описания магнитных свойств нанокомпозитов с упорядоченной структурой магнитных нанопроволок была использована модельПрейсаха, которая дала удовлетворительные результаты, согласующиесяс экспериментальными данными, полученными разными способами: величина поля диполь-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, температура перемагничивания нанонитей оксида железаравна T ≈ 50 ÷ 60 К в поле H = 0 мТ и T ≈ 80 К в поле H = 300 мТ.В работе впервые предложен и реализован метод диагностики магнитных и структурных свойств пространственно упорядоченных магнитных нанокомпозитов с использованием анализа сечения малоугловой дифракции поляризованных нейтронов, состоящей из ядерного и магнитноговкладов, а также ядерно-магнитной интерференции.
Особенность методикисостоит в том, что кроме рассеяния на индивидуальных частицах, дающегоинтегральную информацию в среднем по образцу, регистрируется рассеяние нейтронов на системе пространственно упорядоченных наночастиц, тоесть регистрируется 2 вклада в малоугловое рассеяние: дифракция на регу-157лярной структуре пор и рассеяние на дефектах в индивидуальных наночастицах, что позволяет характеризовать исследуемые системы на площади,не превышающей 4-6 нм2 . Показано, что в нанокомпозитных материалахна основе мезопористой матрицы диоксида кремния с внедренными наночастицами оксида железа наблюдается необычный рост когерентности массива магнитных нанонитей в процессе перемагничивания как для положительных, так и для отрицательных полей.
В магнитных полях H > 100 мТнаблюдается когерентное вращение вектора намагниченности отдельныхнаночастиц как единого ансамбля, а при H < 100 мТ перемагничиваниесистемы магнитных нанонитей происходит по доменному сценарию.1583. Структурные и магнитные свойства пленочныхгетероструктур SiO2(Co)/GaAs, обладающих эффектомгигантского инжекционного магнитосопротивления(пример исследования неупорядоченных 2Dнанокомпозитов)3.1.Постановка задачиКак уже было отмечено во Введении, гранулированные гетерострук-туры на основе кобальта при Т = 300 К демонстрируют гигантское инжекционное магнитосопротивление (ГИМС) – подавление инжекции спинполяризованного тока из гранулированной пленки (ГП) в полупроводящую(ПП) подложку при включении внешнего магнитного поля в плоскостипленки [438–443].В гранулированной Co/SiO2 пленке на полупроводниковой GaAs подложке ГИМС наблюдается в узком интервале температур вблизи T =300 K, что выделяет ее из общего ряда гранулированных нанокомпозитов.
В работе [127] была предложена теоретическая интерпретация явления ГИМС в SiO2 (Co)/GaAs. Одним из ключевых моментов этой теорииявляется предположение, что в гетероструктурах гранулированная пленка/полупроводник вблизи интерфейса, в ПП n-типа, формируется слой, насыщенный электронами. Спины электронов этого слоя поляризуются из-за159косвенного обменного взаимодействия Рудермана — Киттеля — Касуя —Иосиды (РККИ) [444] с d(f ) электронами в ферромагнитном материале(ФМ) и образуют потенциальный барьер для инжекции поляризованныхэлектронов из гранулированной пленки в полупроводник. Потенциальныйбарьер прозрачен для электронов с одинаковой поляризацией и непреодолим для противоположно поляризованных электронов. Следовательно, меняя величину и направление внешнего магнитного поля, меняя тем самымполяризацию спина электрона, можно управлять процессами туннелирования поляризованных электронов и величиной магнитосопротивления.Хорошо известно, что основным условием существования такого интерфейсного слоя является разница химических потенциалов µs < µg ,где µs и µg - химические потенциалы подложки и гранулированной пленки, соответственно.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
