Диссертация (1145403), страница 28
Текст из файла (страница 28)
Процесс перемагничивания происходит с ха-205рактерным гистерезисом в виде "крыльев бабочки" . Подобное поведениеполевой зависимости магнитного вклада в нейтронное рассеяние описанов Главе 2 (параграф 2.3.2). Нижняя ветвь гистерезиса, когда наблюдается незначительное изменение интенсивности магнитного рассеяния, соответствует возрастанию поля по абсолютной величине, а верхняя ветвь уменьшению поля, когда наблюдается резкое возрастание интенсивности ипоследующее постепенное уменьшение при приближении магнитного поляк нулю" [281]."На сегодняшний день не существует теории, которая количественно описывала бы экспериментальные данные.
Используется два подхода.В первом из них — модель „когерентного поворота" [465] предполагается,что в процессе перемагничивания нить остается однородно намагниченной.В этом случае свободная энергия нити, помещенной в малое перпендикулярное магнитное поле, имеет два одинаковых минимума. При отклонениинаправления внешнего магнитного поля от перпендикулярного к оси нити, один из минимумов будет описывать метастабильное состояние, которое исчезнет при увеличении поля.
Второй подход используется для описания перемагничивания достаточно толстых нанонитей — модель "скручивания" [465], которая предполагает, что перемагничивание происходитчерез состояние с неоднородным намагничением нанонити" [286].При переходе от единичной нити к массиву регулярно расположенных в пространстве нанонитей, надо учитывать размагничивающие поля,как уже отмечалось в параграф 2.3.2. Поскольку в наших образцах "расстояние между ближайшими нанонитями на несколько порядков меньшеих длины, то на каждую нить оказывают влияние огромное число ее сосе-206док, находящихся в радиусе L от нее (Рис. 2.18). Поэтому влияние всегомассива нитей на данную нить сводится просто к появлению (среднего)магнитного поля (одинакового для всех нанонитей) равного, очевидно, полю размагничивания Hd " [286].
Таким образом, результаты нейтронногоэксперимента (Рис. 4.5 b) можно описать при помощи формул 2.3.8 - 2.3.10в предположении, что есть небольшое отклонение направления внешнегомагнитного поля от направления перпендикулярного осям нитей (по аналогии с описанием, предложенным в параграфе 2.3.2)."Кроме необычного поведения кривой перемагничивания интереснымявляется также вопрос о соотношении амплитуд ядерного, магнитного иинтерференционного рассеяния. Зная соотношения амплитуд и воспользовавшись системой уравнений (Ур.(4.2.3 - 4.2.5) или Ур.(4.2.6 - 4.2.8)),можно получить величину A и µ̃M и зависимость последней от внешнегомагнитного поля. Особенно интригующей является возможность за счетизменения волнового вектора нейтронного пучка избавиться от ядерногорассеяния и ядерно-магнитной интерференции при A = π, в то время какмагнитное рассеяние, будучи пропорциональным cos 2A, не исчезнет" [281].4.3.ВыводыВ данной главе показано, что метод малоуглового рассеяния нейтро-нов, благодаря высокой проникающей способности, позволяет определитьструктурные параметры и степень упорядочения пленок пористого оксидаалюминия, предложено теоретическое решение для описания нейтронногорассеяния на таких структурах, исследованы изменения структурных характеристик пленок Al2 O3 в зависимости от качества исходного алюминия.207Пористая структура пленок, полученных анодированием технического алюминия, характеризуется низкой упорядоченностью пор, но сами поры имеют однородное распределение по размерам и среднее расстояниемежду соседями порядка 100 нм.
Такие пленки активно используются вкачестве газовых сенсоров, носителей для катализаторов, жидких и газовых мембран и других приложений, в которых упорядоченность структурыпор не важна. При этом себестоимость пористых пленок при использованиитехнического алюминия значительно снижается.Получение пористых пленок высокого качества, демонстрирующихточечную дифракции с большим количеством порядков отражения, возможно только с использование высокочистого алюминия с крупнозернистой структурой.
Формирование магнитных нанокомпозитов путем внедрения нанонитей никеля в пленки Al2 O3 c высокоупорядоченной структуройпор позволяет создавать прототипы устройств для хранения информациис высокой плотностью и перпендикулярным способом записи.Предложено теоретическое решение для описания нейтронного рассеяния на пространственно-упорядоченных массивах магнитных нанонитейс учетом изогнутости нанонити, изменения величины ее поперечного сечения, смещения положения центра нанонити относительно идеальной позиции для двумерной гексагонально-упорядоченной структуры.
Это позволило проанализировать несколько вкладов в рассеяние: ядерный, магнитный,зависящий от внешнего магнитного поля, и ядерно-магнитную интерференцию. Последний вклад определяет величину корреляции магнитной иядерной структур.Полученная картина процесса перемагничивания упорядоченного208массива магнитных нанонитей показывает, что перемагничивание проходит с характерным гистерезисом в виде "крыльев бабочки".
А при переходе от одной нанонити к их массиву, следует учитывать размагничивающиеполя и влияние ближайших соседей, так как нанонити являются сильноанизотропными объектами.2095. Малоугловая дифракция в исследованииструктурных и магнитных свойств опалоподобныхнанокомпозитов (пример исследования 3Dнанокомпозитов с дальним порядком)5.1.Искусственные опалы - опалоподобные структуры на основе шаров из диоксида кремния и полистирола5.1.1.Постановка задачиИскусственные опалы, или опалоподобные структуры (ОПС), на основе пространственно-упорядоченных шаров из диоксида кремния или полистирола характеризуются периодическим изменением коэффициента преломления электромагнитного излучения видимого диапазона [135, 136].
Вэнергетическом спектре таких материалов возникают фотонные запрещенные зоны, из-за брэгговской дифракции электромагнитных волн на границераздела сред с различной диэлектрической проницаемостью (шар/ воздух).В пределах фотонных запрещенных зон распространение электромагнитного излучения может быть подавлено полностью – во всех кристаллографических направлениях, или частично – в некоторых кристаллографических направлениях [135–137]. Поэтому ОПС являются оптическими аналогами электронных полупроводников.Как было сказано в параграфе 1.4.2, искусственные опалы получа-210ют методами самосборки сферических частиц полистирола, оксида кремния или полиметилметакрилата при конкурирующем взаимодействии капиллярных, гравитационных, конвекционных и электростатических сил[140, 141, 143–145].Структуру коллоидных кристаллов, состоящих из сферических частиц, удобно описывать чередованием слоев, собранных из плотноупакованных шаров в гексагональном порядке.
Каждый слой занимает одну изтрех неравнозначных позиций A, B или C. Последовательность укладкитаких слоев может быть трехслойной ABCABC. . . (или ACBACB. . . ), чтосоответствует гранецентрированной кубической (ГЦК) решетке, двуслойной ABABAB. . . , что соответствует гексагональной плотнейшей упаковке(ГПУ), или произвольной, что соответствует образованию случайной гексагональной плотнейшей упаковки (СГПУ).Для создания оптических устройств нового поколения – высокоэффективных излучателей, сверхбыстрых переключателей, оптических фильтров, усилителей и других [138, 139] необходимо добиваться, чтобы материалы обладали полной запрещенной фотонной зоной.
Таким образом, совершенство структуры искусственных опалов является ключевым параметром. Для исследования структуры ОПС, как правило, применяют микроскопические методы – конфокальной [202, 343, 466], сканирующей зондовой или растровой электронной [144, 202, 203] микроскопии. Эти методикиимеют высокое разрешение, широкую доступность, однако позволяют получить информацию лишь с ограниченного участка поверхности образца.Структуру фотонных кристаллов на качественном уровне можно оценитьметодами оптической спектроскопии [467, 468], но получить количествен-211ные характеристики дальнего порядка в пространственно-упорядоченныхматериалах можно лишь дифракционными методами.
В данной диссертации предлагается применение методов малоугловой дифракциии синхротронного излучения, позволяющих аттестовать структуру искусственногоопала на макромасштабах и в трех измерениях. Материалы, изложенные впараграфе 5.1, были опубликованы в статьях [201,272,284,289,291,292,294,297, 298, 300, 325].5.1.2.ОбразцыДля формирования пленок искусственных опалов на основе сфер полистирола была использована методика вертикального осаждения [141,143, 144, 202].
Сначала были синтезированы монодисперсные микросферы.Отметим, что именно "монодисперсность частиц является одним из ключевых факторов, определяющих возможность самосборки частиц в упорядоченные массивы, в то время как размер микросфер определяет периодичность структуры коллоидного кристалла и, как следствие, положениефотонной запрещенной зоны в энергетическом спектре. Суспензию монодисперсных микросфер получали полимеризацией стирола в присутствииперсульфата калия как инициатора [469].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
