Диссертация (1149607), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Фазовый контраст также не претерпевает качественногоизменения. Некоторое уменьшение фазового контраста связано с поворотом намагниченности в объеме квазитетраэдров и квазикуба. Согласие результатов расчетов и экспериментальных данных позволяет считать, чтои в реальной системе магнитные моменты в перемычках упорядочиваютсяаналогичным образом.Измерения фазового контраста были проведены в магнитных поля равных 70, 60, 37, 20, 10, 0, -10, -20, -37, -60, -70 мТл. Во всех случаях фазовыйконтраст над рассматриваемыми элементами соответствовал либо зависимости, приведенной на рис.
5.12(а) , либо графику на рис. 5.12(в). Такимобразом, можно заключить, что в рассматриваемом образце ИО данныеэлементы перемагничиваются скачком, что приводит к качественному изменению вида фазового контраста. Интересно отметить, что в состоянии,соответствующем точке коэрцитивной силы (-10 мТл) 46% элементов давали контраст, показанный на рис. 5.12(а), и соответственно 54% элементовимели инвертированный контраст, представленный на рис. 5.12(б), то естьбыли намагничены в противоположном направлении.В заключение отметим, что в случае приложения магнитного поля перпендикулярно оси [121] вдоль направления [101] фазовый контраст не упорядочивается даже в больших полях (рис. 5.13). Наблюдаемые профиликонтраста качественно похожи на графики, приведенные на рис.
5.12(а,в). Разупорядочение фазового контраста в магнитном поле, направленномвдоль оси [101], также может быть описано в рамках модели спинового льда [10]. Направление [101] перпендикулярно сразу двум осям типа<111>. Вследствие этого вырождения в системе снимается не полностью,115Рис. 5.12: Измеренные и вычисленные профили фазового контраста в области, ограниченной параллелепипедом на рис. 5.11(б) (и отмеченной синимпрямоугольником на рис. 5.10(а)). Величина внешнего магнитного поля составляет -70 мТл (а), 0 мТл (б), 70 мТл (в). Поле приложено вдоль направления [121]. На вставках показаны распределения магнитных моментов вперемычках в соответствующих полях.116Рис.
5.13: АСМ изображение поверхности ИО на основе никеля толщиной3.5 монослоя (а). Изображения фазового контраста, полученные во внешнем магнитном поле, приложенном вдоль направления [101] и равном -50мТл (б), 50 мТл (в) и 0 мТл (г). Направление поля указано синей стрелкойна рисунке (б).117что приводит к частичной потере дальнего порядка.5.3. Основные выводыС помощью совместного применения методов АСМ, GISAXS и SAXS былоустановлено, что поверхность образцов ИО толщиной до 4 монослоев представляет собой монодоменную гексагональную решетку.
Период гексагональной структуры составляет 490 ± 10 нм и 570 ± 10 нм для ИО на основеникеля и кобальта соответственно. С ростом толщины образцов качествоих поверхности быстро ухудшается. Размер области когерентного рассеяния для всех образцов составляет 6 ± 1 мкм. Поверхность тонких пленокИО слабо деформирована относительно объема (менее 5%). В случае применения поверхностно-чувствительных методов для выявления магнитныхсвойств ИО наиболее достоверные результаты могут быть получены приисследовании ИО на основе никеля толщиной менее 4 монослоев.Магнитное состояние поверхности ИО толщиной 3.5 монослоя можетбыть описано с помощью элементов, представляющих собой квазикуб итри ближайших к нему квазитетраэдра. Данные элементы перемагничиваются скачком, что приводит к качественному изменению вида фазовогоконтраста.
Согласие результатов расчета фазового контраста и экспериментальных данных позволяет определить расположение магнитных моментов в перемычках ИО. Вычисленное распределения намагниченностиописывается правилом спинового льда.Заключение1) Вследствие деформации (спекания) микросфер исходного коллоидного кристалла в структуре ИО образуются перемычки, связывающиемежду собой октаэдрические (квазикубы) и тетраэдрические (квазитетраэдры) участки ГЦК структуры. Перемычки расположены вдольнаправлений <111> ГЦК структуры. Магнитное поведение ИО существенно определяется магнитным состоянием перемычек.
Намагниченность перемычек является однородной в широком диапазонезначений внешнего магнитного поля. В больших полях, приложенных вдоль направления [111] ГЦК структуры ИО, в квазитетраэдрахреализуются конфигурации, нарушающие правило спинового льда.При уменьшении величины поля все квазитетраэдры переходят в состояние 2-in-2-out, описываемое правилом спинового льда.
Обменнаяэнергия и энергия размагничивающего поля квазитетраэдров уменьшается при выполнении в них правила спинового льда. С увеличением степени спекания диапазон значений внешнего магнитного поля,в котором квазитетраэдры находятся в состояниях 2-in-2-out сокращается. Оптимальная с точки зрения выполнения правила спиновогольда степень спекания составляет 2% и 4% для ИО, выполненных изникеля и кобальта соответственно.С помощью микромагнитного моделирования показано, что во внешнем магнитном поле, приложенном вдоль направления [121] ГЦКструктуры ИО, в системе возникает компонента намагниченностиперпендикулярная полю.
Ее появление является следствием выполнения правила спинового льда. Значение перпендикулярной компоненты не превышает 0.3 величины намагниченности насыщения. Макси-119мальное значение данной компоненты наблюдалось в случае степениспекания, составляющей 4%.2) Учет размагничивающего поля, связанного с формой образцов позволил получить количественное согласие между результатами расчетови данными SQUID магнитометрии. Результаты экспериментов по малоугловому рассеяния нейтронов на ИО, выполненных из кобальта,были объяснены при помощи вычисления Фурье-образа распределения намагниченности в элементарной ячейке ИО. Сравнение экспериментальных данных и расчетов позволило определить магнитноесостояние образцов ИО в характерных полях. Все полученные результаты находятся в согласии с моделью спинового льда.3) С помощью совместного применения методов АСМ, GISAXS и SAXSбыло установлено, что поверхность образцов ИО толщиной до 4 монослоев представляет собой монодоменную гексагональную решетку.Период гексагональной структуры составляет 490 ± 10 нм и 570 ± 10нм для ИО на основе никеля и кобальта соответственно.
С ростомтолщины образцов качество их поверхности быстро ухудшается. Размер области когерентного рассеяния для всех образцов составляет6 ± 1 мкм. Поверхность тонких пленок ИО слабо деформирована относительно объема (менее 5%). В случае применения поверхностночувствительных методов для выявления магнитных свойств ИО наиболее достоверные результаты могут быть получены при исследовании ИО на основе никеля толщиной менее 4 монослоев.Измеренный в экспериментах по МСМ фазовый контраст был интерпретирован при помощи микромагнитных вычислений.
Полученноеколичественное согласие между измеренными и вычисленными профилями фазового контраста указывает на реализацию правила спинового льда в образцах ИО.120БлагодарностиАвтор диссертации благодарит Сыромятникова Арсения Владиславовича, Григорьева Сергея Валентиновича и Григорьеву Наталью Анатольевнуза научное руководство, терпение, поддержку и неоценимую помощь в ходевыполнения данной работы.Автор благодарит сотрудников СПбГУ Александра Мистонова и ГлебаВальковского за ценные и обстоятельные дискуссии и удовольствие, полученное от совместной работы.
Автор выражает благодарность Нине Саполетовой, Кириллу Напольскому и Андрею Елисееву за синтез исследованных в диссертационной работе образцов. Автор признателен сотрудникам ресурсного центра "Вычислительный центр"СПбГУ, станции DUBBLEESRF, институтов IFW Dresden и KNMF Laboratory for Microscopy andSpectroscopy за гостеприимство и помощью в получении представленных вработе результатов.
Автор благодарен Ивану Шишкину за помощью в проведении экспериментов, обработку данных SQUID магнитометрии и плодотворные обсуждения. Без участия всех вышеупомянутых людей даннаядиссертация не могла быть написана.Литература[1] Andra W., Nowak H.
Magnetism in medicine: a handbook. — John Wiley& Sons, 2007.[2] Shapiro B., Kulkarni S., Nacev A. et al.; Open challenges in magneticdrug targeting // Wiley Interdisciplinary Reviews: Nanomedicine andNanobiotechnology. — 2015. — Vol. 7, no. 3. — Pp. 446–457.[3] Atulasimha J., Bandyopadhyay S. Nanomagnetic and spintronic devicesfor energy-efficient memory and computing. — John Wiley & Sons, 2016.[4] Chumak A., Vasyuchka V., Serga A., Hillebrands B.; Magnonspintronics // Nature Physics. — 2015.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
