Диссертация (1145403), страница 26
Текст из файла (страница 26)
Любопытно отметить, что дифракция исчезает (fQ = 0),если аргумент у синуса в уравнении (4.1.3) кратен π. Отметим также, чтодля наших объектов аргумент у синуса в уравнении (4.1.3) порядка единицы" [282].Положение цилиндрических каналов в пленках Al2 O3 должно отличаться от идеальной двумерной гексагональной упаковки пор, задаваемой(0)векторами ρn . Если радиус n-ой поры Rn = R + δRn и положение ее цен(0)тра ρn = ρn + δρn , где δRn R – случайные числа и δρn – случайныеPPвектора такие, что n δRn = n δρn = 0, Q|δρn | 1 и QδRn 1, изуравнения (4.1.3) можно получить: 2pL(1−n)20 ·|f (Q)|2 = 2p0 R sin2!2 J1 (QR) J1 (QR) 2 22 δR2 Q δρ2 N + J0 (QR)· S(Q) + ,2 NQRQR Rгде δR2 =2n (δRn ) /NPи δρ2 =2n |δρn | /(2N ).P(4.1.4)Видно, что второе итретье слагаемые в (4.1.4) являются плавными функциями Q, не зависятот направления Q и описывают разупорядочение пористой структуры."Карты интенсивности малоуглового рассеяния нейтронов позволяютпроследить эволюцию пористой структуры пленок Al2 O3 в зависимости откачества исходного Al (Рис.
4.1). На дифракционной картине (Рис. 4.1 a) с191adbecf222112021120011011111001201102012122Рис. 4.1. Карты интенсивности малоуглового рассеяния нейтронов и данные сканирующей электронной микроскопии для образцов AAO1 (a,d),AAO2 (b,e) и AAO3 (c,f).образца AAO1, полученного анодированием технического алюминия виднолишь кольцо интенсивности с центром в Q = 0 и радиусом Q10 .
При этоминтенсивность рассеяния равномерно распределена вдоль кольца, и прак-192тически не видны отражения второго и третьего порядков. Такая картинасоответствует рассеянию на частично упорядоченной системе с корреляционной длиной составляющей лишь несколько (2-3) постоянных решетки.Рисунок 4.1 b (образец AAO2) демонстрирует несколько колец интенсивности с центром в Q = 0 и радиусами, соответствующими Qht . Тот факт, чтонаблюдается несколько порядков дифракции свидетельствует о высокойупорядоченности системы на масштабе более, чем 10 постоянных решетки,т.е.
на масштабе порядка 1-2 микрон. Однако отдельные области, дающиевклад в дифракционную картину, полностью разориентированы друг относительно друга. Очевидно, что это связано с микроструктурой исходного Al: большое количество межзеренных границ в объеме металла приводит к формированию многодоменной структуры пор. Только использование высокочистого алюминия с крупнозернистой структурой в сочетаниисо всеми стадиями технологического процесса (образец AAO3) приводит кполучению пористой пленки высокого качества и, как следствие, к точечной дифракции с большим количеством порядков отражения (Рис.4.1 c),представляющей собой дифракционную картину от квази-монокристалла.Несмотря на то, что размер когерентного объема излучения не превышает1 микрона, наблюдаются дифракционные максимумы, а не кольца интенсивности рассеяния, что свидетельствует о высоко-упорядоченной сверхструктуре с корреляционной длиной равной размеру образца" [282]."Наблюдаемые рефлексы были проиндексированы в гексагональнойсингонии, а соответсвующие Qht обозначены на рисунке 4.1 с.
Гексагональная упаковка пор также подтверждается данными сканирующей электронной микроскопии (Рис. 4.1 f). Небольшое аксиальное размытие рефлексов193на нейтронограмме связано с наличием областей слегка (на 5-7 градусов)разориентированных друг относительно друга. Точечный вид дифракциипозволяет анализировать зависимость интенсивности нейтронного рассеяния от переданного импульса I(Q) при разных направлениях вектора рассеяния Q k 10 и Q k 11 (Рис. 4.2). При этом оказывается, что диффузное малоугловое рассеяние не зависит от направления вектора рассеянияQ, т.е. изотропно распределено и удовлетворительно описывается суммойдвух последних членов в уравнении (4.1.4) с радиусом пор R = 22 ± 1нм. Система дифракционных пиков описана суммой гауссианов с позициями максимумов при Q10 = 0.071 ± 0.004 нм−1 , Q11 = 0.122 ± 0.004 нм−1 ,Q20 = 0.142 ± 0.004 нм−1 , что соответствует гексагональному упорядочению с a0 = 102 нм.
Наличие в зависимости I(Q) (Q k 11) запрещенногомаксимума при Q = Q10 может быть обусловлено некоторым размытиеммощных рефлексов типа 10. Следует также отметить, что хорошо различимые в данном случае семейства отражений типа 11 и 20 сливаются в однокольцо в случае исследования образцов с небольшими областями упорядочения (Рис. 4.1 b)" [282].Как описано в параграфе 4.1.2., "последний этап технологии получения пленок проводился для увеличения диаметра пор с помощью изотропного травления пористой структуры в разбавленном растворе кислоты при повышенной температуре.
На рисунке 4.3 представлены зависимости интенсивности нейтронного рассеяния от переданного импульса I(Q)для трех образцов, полученных анодированием высокочистого алюминия смелкозернистой микроструктурой (Рис.4.1 b) с последующим увеличениемдиаметра пор: без травления (AAO2), травление в течение 2.5 (AAO22.5 ) и194(10)Intensity (arb.units)600500q |||| (10)Q(10)q |||| (11)Q(11)Диффузноерассеяние400300(11)200(20)10000.040.080.120.16-1Q (nm )Рис. 4.2.
Q – зависимости интенсивностей нейтронного рассеяния для образца AAO3 при Q k 10 и Q k 11.5 часов (AAO25 ). Поскольку дифракционная картина представляет собойсистему колец, то полученные интенсивности были радиально усреднены.Позиции пиков не меняются от образца к образцу, однако, во-первых, соотношение интенсивностей пиков заметно меняется, а, во-вторых, изменяется вид малоуглового диффузного рассеяния. Как первое, так и второе,связано с изменением параметров форм-фактора Ур.(4.1.4), а именно, сростом радиуса пор.
Заметим, что уравнение (4.1.4) выведено в приближении Q|δρn | 1 и QδRn 1. Это означает, что для систем с заметнымбеспорядком кривые рассеяния не могут быть удовлетворительно описаныв области больших Q, т.е. для дифракционных пиков с h, t > 2. В то жевремя, на качественном уровне уравнение (4.1.4) правильно предсказываетналожение дифракционных пиков, соответствующих регулярной структу-195ре, на диффузный фон, возникающий от беспорядка" [282].1200(10)AAO25Intensity (arb.units)1000AAO22.5AAO2800600(11)400(20)(21)(30)20000.040.080.120.160.20-1Q (nm )Рис.
4.3. Q – зависимости интенсивностей нейтронного рассеяния для пленок Al2 O3 с разным диаметром пор, полученных при дополнительном растравливании пор образца AAO2.Гексагональное упорядочение рефлексов, полученное для образцовсерии AAO3 (Рис. 4.1 с), показывает наличие оси симметрии шестого порядка перпендикулярно пленке. При этом большое количество порядковотражения предполагает наличие корреляций либо в позициях пор, либов ориентации структурных доменов на значительных расстояниях. Однако это не единственные параметры порядка, влияющие на дифракционнуюкартину. Из уравнения 4.1.4 очевидно, что наличие дальнего ориентационного порядка также связано с невероятно высокой степенью прямолинейности пор, обусловленной технологией двухстадийного синтеза мембран196(радиус n-ой поры Rn = R + δRn , где δRn R).4.2.Пространственно-упорядоченные массивы магнитных нанонитей: исследование методом малоугловой дифракциинейтронов4.2.1.Постановка задачиКак уже отмечалось во введении, в настоящее время пленки анодированного Al2 O3 широко применяются в качестве матриц для синтеза упорядоченных массивов анизотропных наноструктур различного состава [118, 121, 464].
Структуры формирующихся нанонитей, также как иструктуру пор, обычно исследуют с помощью электронной или зондовоймикроскопии. Магнитные свойства нанонитей изучают с использованиемSQUID магнетометров и значительно реже используется техника малоугловой дифракции поляризованных нейтронов, несмотря на то, что последняя оказывается чувствительной как к пространственной структуре, таки к магнитным свойствам системы нанонитей. В параграфе 4.2 будет описано использование метода малоугловой дифракции поляризованных нейтронов для изучения структуры и магнитных свойств пространственноупорядоченных массивов магнитных нанонитей N i, внедренных в порыматрицы Al2 O3 .4.2.2.ОбразцыВ качестве шаблона для синтеза нитевидных наночастиц использовали пленки Al2 O3 толщиной 60 микрон с высокоупорядоченной струк-197турой пор. Пленки были получены на основе высокочистого алюминия скрупнозернистой структурой в сочетании со всеми стадиями технологического процесса, описанными в параграфе 4.1.2. При этом продолжительность первого и второго анодного окисления составляла 48 и 24 часов,соответственно.
"Важным преимуществом использования анодированногоAl2 O3 в качестве матрицы для получения нитевидных наночастиц являетсявозможность применения электроосаждения. Для контролируемого ростананочастиц N i в матрице пористого Al2 O3 электрохимическое осаждениепроводили в трехэлектродной ячейке в потенциостатическом режиме, какописано в параграфе 1.4.1. Продолжительность электроосаждения N i составляла 24 часа, что согласно данным сканирующей электронной микроскопии соответствовало образованию нитевидных наночастиц длиной 20мкм, при этом диаметр частиц равен примерно 40 нм" [281].
Синтез магнитных нанокомпозитов также проводился на факультете Наук о материалахМосковского государственного университета.4.2.3.Результаты измерений и их обсуждениеКак и в параграфе 4.1.3, задача о малоугловом упругом когерентном рассеянии нейтронов на матрице Al2 O3 с N i, заполняющем ее поры,сводится к задаче о рассеянии на эффективном потенциале V : E(1 − 1/n2m )в матрице,V = E(1 − 1/n2w ) − 4πµn Sn · (M − N̂ M)в N i,(4.2.1)где E – энергия нейтрона в вакууме, nm – коэффициент преломления нейтронов в матрице, nw – коэффициент преломления нейтронов в нанонитях,198M – намагниченность нитей, µn – магнитный момент нейтрона, N̂ – тензоркоэффициентов размагничивания нитевидной частицы и Sn – спин нейтрона.
"Задача решается в приближении однородного распределения магнитной индукции в нанонитях. Поскольку частицы N i представляют собойдлинные цилиндры, то N̂xx = N̂yy = 1/2 и N̂zz = 0, если поле направлено перпендикулярно и вдоль длинной оси нанонитей, соответственно. Какуже отмечалось в параграфе 4.1.3, для нейтронов с λ ∼ 1 Å в большинствевеществ 1−n ∼ 10−5 ÷10−6 [317].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
