Автореферат (1149605), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Разработанные методы анализа и интерпретации данныхмалоуглового рассеяния нейтронов и магнитно-силовой микроскопии с помощьюмикромагнитного моделирования применимы и для исследования других трехмерныхферромагнитных наносистем.Результаты изучения магнитных свойств инвертированных опалов могут бытьвостребованы при разработке фильтров спиновых волн.Положения, выносимые на защиту:1. Перемычки,связывающиеинвертированногоопала,тетраэдрическиеобразуютсяивследствиеоктаэдрическиедеформацииучасткимикросфер,составляющих исходный коллоидный кристалл.
Размеры и форма перемычекопределяются величиной данной деформации. Перемычки однородно намагничены вшироком диапазоне значений внешнего магнитного поля, однако в случае слабой6(2%) или сильной (10%) деформации в них могут возникать неоднородные магнитныесостояния.2. С помощью микромагнитного моделирования установлено, что в случае приложениямагнитного поля вдоль направления [111] ГЦК структуры инвертированных опалов,выполненных из никеля и кобальта, правило спинового льда выполняется в полях, непревосходящих величины поля, соответствующего точке пересечений ветвей петлигистерезиса.
Магнитная энергия тетраэдрических элементов инвертированного опалавмалыхполяхоказываетсяминимальнойприреализацииконфигурациинамагниченности, описываемой правилом спинового льда. Установлено, что правилольда выполняется в наибольшем интервале значений внешнего магнитного поля придеформации микросфер исходного коллоидного кристалла равной 2% и 4% дляинвертированных опалов, выполненных из никеля и кобальта соответственно.3.
Посредством микромагнитного моделирования показано, что при приложениимагнитного поля вдоль направления [121] ГЦК структуры инвертированного опала всистеме возникает компонента намагниченности перпендикулярная полю. Величинаэтой компоненты не превышает 0.3 намагниченности насыщения.
Максимальноезначение перпендикулярной компоненты достигается при деформации микросферисходного опала, составляющей 4%.4. Вычисление магнитного форм-фактора инвертированных опалов на основе кобальтапозволило объяснить наблюдаемые в экспериментах по малоугловой дифракциинейтронов зависимости интенсивности рассеяния от величины внешнего магнитногополя.
Установлено соответствие между характерными точками кривых зависимостибрэгговскихмаксимумовотвнешнегополяимагнитнымсостояниеминвертированного опала.5. С помощью техники малоуглового рассеяния синхротронного излучения вскользящей геометрии установлено, что поверхность инвертированных опаловтолщиной вплоть до четырех монослоев представляет собой гексагональнуюмонодоменную решетку и показано, что качество поверхности инвертированныхопалов быстро деградирует с ростом толщины. Средний размер области когерентногорассеянияповерхностиинвертированныхопаловсоставляет6мкм.Результаты исследования магнитных свойств поверхности инвертированных опалов спомощью магнитно-силовой микроскопии, были интерпретированы в рамкахмикромагнитной модели. Показано, что наблюдаемый фазовый контраст описываетсяс помощью модели спинового льда.Степень достоверности и апробация результатов.
Достоверность полученныхрезультатов определяется согласием численных расчетов и экспериментальных данных,7использованиемсовременногооборудованияприпроведенииэкспериментов,применением широко-известных в научном сообществе программ для выполнениярасчетов, воспроизводимостью и внутренней согласованностью результатов.Основные результаты были представлены на следующих российских и международныхконференциях: Workshop "GISAXS2013" (Гамбург, Германия, 2013), The 13th Surface Xray and Neutron Scattering conference (Гамбург, Германия, 2014), РНСИ-КС-2014 (СанктПетербург, 2014), 10th International Symposium on Hysteresis Modeling and Micromagnetics(Яссы, Румыния, 2015), Workshop MANA 2016 (Вена, Австрия, 2016), 11th InternationalSymposium on Hysteresis Modeling and Micromagnetics (Барселона, Испания, 2017),Moscow International Symposium on Magnetism (Москва, 2017); 48-й, 49-й, 50-й, 51-й и 52й школах ПИЯФ по физике конденсированного состояния (Санкт-Петербург, 2014-2018);Рабочих совещаниях по малоугловому рассеянию и рефлектометрии нейтроновМУРомец 2015-2017 (Санкт-Петербург, 2015-2017).Личный вклад.
Лично автором проведены все микромагнитные расчеты распределениянамагниченности в инвертированных опалах, выполнены эксперименты по магнитносиловой микроскопии. Проведена обработка данных и моделирование экспериментов помалоугловому рассеянию синхротронного излучения в скользящей геометрии. Авторпринимал участие в экспериментах по малоугловому рассеянию нейтронов исинхротронного излучения. Участвовал в обсуждении результатов на всех этапах работы.Внес существенный вклад в написание текста статей.Публикации. По результатам работы было опубликовано 5 статей в журналах,индексирующихся в международных базах Web of Science и Scopus.Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения.Полный объем диссертации составляет 153 страницы с 56 рисунками. Список литературысодержит 293 наименования.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обсуждается актуальность работы, формулируется цель исследований иосновные задачи.
Обосновывается новизна полученных результатов. Приводятся положения,выносимые на защиту, сведения об апробации работы. Описывается структура диссертации.В первой главе приведен краткий обзор последних достижений в области исследованиястатических магнитных конфигураций, реализующихся в наночастицах различной формы иразмера,ипредставленыосновныерезультаты,полученныеприизучениисвойствискусственных спиновых льдов. Приведены примеры известных в настоящий моменттрехмерных магнитных наноструктур.
Показана необходимость совместного примененияразличных экспериментальных техник и моделирования для восстановления распределения8намагниченности в подобных структурах. Описана история исследований инвертированныхопалов (ИО), выполненных из различных материалов.Втораяглавасодержитописаниеэкспериментальныхустановокиметодов,использованных в работе. Изложена процедура синтеза ИО, введено понятие монослоя ИО.Обсуждаются методы SQUID магнитометрии, малоуглового рассеяние нейтронов (SANS) исинхротронного излучения в обычной (SAXS) и скользящей (GISAXS) геометриях.
Описанпроцессполученияизображенийфазовогоконтрастаприпомощимагнитно-силовоймикроскопии (МСМ). Представлено основное уравнение микромагнетизма - уравнение ЛандауЛифшица-Гильберта (ЛЛГ). Указаны пределы его применимости. Уравнение ЛЛГ решалосьметодом конечных элементов в элементарной ячейке ИО. Линейный размер элементарнойячейки был выбран исходя из данных SAXS и составил примерно 700 нм.
В соответствии срезультатами широкоугольной дифракции синхротронного излучения при решении уравненияЛЛГ были использованы магнитные параметры ГЦК никеля и ГПУ кобальта.В третьей главе представлены результаты вычислений распределения намагниченностив ИО, выполненных из кобальта и никеля. Вследствие деформации (спекания) микросферисходного коллоидного кристалла октаэдрические и тетраэдрические участки ГЦК структурыпосле инвертирования (осаждения материала-заполнителя в пустоты между микросферами)оказываются соединенными сравнительно тонкими удлиненными контактами-перемычками(рис. 1).
В дальнейшем для краткости будем называть данные участки соответственноквазикубами и квазитетраэдрами. Перемычки ориентированы вдоль направлений типа <111>ГЦК структуры. Каждый квазитетраэдр имеет четыре контакта, посредством которых он связанс соседними квазикубами (рис. 1(в)). Квазитетраэдры геометрически схожи с тетраэдрами,образующими магнитную структуру атомных спиновых льдов [6]. Форма элементарной ячейкиИО и геометрические параметры перемычек сильно зависят от величины деформации(спекания) микросфер исходного коллоидного кристалла. Степень спекания можно определитькак величину k 1 , выраженную в процентах, причем k : r / r , где r - радиус микросферы иr - половина расстояния между центрами ближайших микросфер, из которых был образованисходной коллоидный кристалл. На рис.
1(а, г) показаны элементарные ячейки ИО в случаестепени спекания, составляющей 2% и 10% соответственно. Можно видеть, что перемычкиудлиняются и становятся более тонкими с ростом степени спекания. Длина перемычекприблизительно равна диаметру окружности, представляющей собой пересечение двухсоседних сфер исходного коллоидного кристалла. При отсутствии деформации микросферперемычки не образуются. В случае 2% степени спекания длина контактов составляет 85 нм(при r 250 нм).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
