WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |

Оценено влияние отличных от нуля конечных температур на эффекты квантового туннелирования намагниченности однодоменных частиц в условиях стохастического резонанса. Получена аналитическая модель описания динамической (периодической) скорости туннелирования вектора магнитного момента, учитывающая особенности квантовой системы. Определена критическая температура, выше которой преобладает надбарьерный механизм перемагничивания.

Рассмотрено влияние дополнительного постоянного магнитного поля на динамику вектора магнитного момента одноосной суперпарамагнитной частицы в условиях стохастического резонанса. В приближении дискретных ориентаций аналитически получены выражения для динамической магнитной восприимчивости в случае постоянного магнитного поля, приложенного перпендикулярно и параллельно легкой оси частицы. Выполнены численные оценки, позволяющие учесть влияние произвольно направленного постоянного магнитного поля. Показано, что регулировать уровень шума в суперпарамагнитной системе можно и с помощью изменения напряженности внешнего постоянного магнитного поля, приложенного перпендикулярно легкой оси.

Вычислены величина выходного отношения сигнала к шуму и компоненты динамической восприимчивости по отношению к сканирующему пробному полю при наличии дополнительного постоянного магнитного поля, приложенного перпендикулярно легкой оси.

Все перечисленные результаты выносятся на защиту Научная и практическая ценность В общей постановке стохастический резонанс – фундаментальная проблема статистической физики, следствие совместного действия шума и регулярного сигнала на бистабильную систему. Применительно к малым магнитным частицам, его следует признать скорее проблемой, имеющей непосредственное отношение к магнетизму. Действительно, мы здесь имеем дело с исследованием условий максимального взаимовлияния шума и сигнала в магнитной системе.

При этом происходит качественное изменение характера ряда известных проявлений магнетизма. Например, по качественно новому механизму осуществляется перемагничивание таких материалов, следует также говорить об особом характере изменения сверхтонкого поля в них под влиянием внешнего переменного поля. Результаты, представленные в настоящей диссертации, позволяют определять диапазоны изменений значений внутренних и внешних параметров системы наночастиц, при которых можно максимально выделить регулярную составляющую отклика системы на слабый периодический сигнал из общей динамики вектора магнитного момента, имеющей изначально нерегулярную природу. Такой механизм может быть, в частности, использован для регулирования порога чувствительности детекторов, увеличения разрешающей способности различных сенсоров. Явление стохастического резонанса, будучи по существу фундаментальным свойством магнитных систем в определенных условиях, может в дальнейшем составить основу метода исследования большого класса магнитных материалов, результата их обработки, процессов деградации и т.д.

Апробация работы Результаты исследований докладывались лично автором диссертации, обсуждались и получили положительную оценку на следующих конференциях и семинарах :

1. Итоговые научные конференции Казанского государственного университета, Казань 1994-1997 г.

2. XXVII Международный Амперовский конгресс, Казань 1994 г.

3. II Республиканская конференция молодых ученых и специалистов, Казань 1996 г.

4. Республиканская конференция «Проблемы энергетики», Казань 1997 г.

5. 7-ой Международный семинар по физике сегнетоэлектриков, Казань 1997 г.

6. Межвузовская научно-практическая конференция «Экономическая синергетика и инновационные процессы», Набережные Челны 1998 г.

7. Межвузовская научно-практическая конференция «Экономическая синергетика и антикризисное управление», Набережные Челны 1999 г.

8. Международная научно-техническая конференция «Технико-экономические проблемы промышленного производства», Набережные Челны 2000г.

9. Международная молодежная научная конференция «Молодежь - науке будущего», Набережные Челны 2000 г.

10. Международная научно-практическая конференция «Наука и практика.

Диалоги нового века», Набережные Челны 2003 г.

11. Международная научно-практическая конференция «Научный потенциал мира – 2004», Днепропетровск 2004 г, Украина.

12. Межвузовская научно-практическая конференция, посвященная 25-летию КамПИ, Набережные Челны 2005 г.

13. Итоговые научные конференции филиала Казанского государственного университета, Набережные Челны 2004-2005 г.

14. Научный семинар в Институте физики металлов УрО РАН, Екатеринбург 2005 г.

Результаты работы представлены также в виде опубликованных тезисов докладов на следующих международных конференциях :

1. 5-ое международное совещание по ядерно-спектроскопическим исследованиям сверхтонких взаимодействий (NSI-HFI-5), 22-24 сентября 1993 г., Дубна, Россия.

2. 6-ая объединенная международная конференция по магнетизму и магнитным материалам (MMM – INTERMAG), 20-23 июня 1994 г., Альбукерк, США.

3. Международная конференция INTERMAG-95, 18-21 апреля 1995 г., СанАнтонио, США.

4. Международная конференция по приложениям эффекта Мёссбауэра (ICAME-95), 10-16 сентября 1995 г., Римини, Италия.

5. 10-ая международная конференция по сверхтонким взаимодействиям (HFI10), 28 августа - 1 сентября 1995 г., Лёвен, Бельгия.

6. 40-ая ежегодная международная конференция по магнетизму и магнитным материалам (MMM), 6-9 ноября 1995 г., Филадельфия, США.

7. 41-ая ежегодная международная конференция по магнетизму и магнитным материалам (MMM), 12-15 ноября 1996 г., Атланта, США.

8. 8-ая объединенная международная конференция по магнетизму и магнитным материалам (MMM – INTERMAG), 7-11 января 2001 г., СанАнтонио, США.

9. 46-ая ежегодная международная конференция по магнетизму и магнитным материалам (MMM), 12-16 ноября 2001 г., Сиэтл, США.

10. 47-ая ежегодная международная конференция по магнетизму и магнитным материалам (MMM), 12-15 ноября 2002 г., Тампа, США.

11. Международная научно-практическая конференция «Наука: теория и практика», 20 июля - 5 августа 2005 г., Днепропетровск, Украина.

Представленные в настоящей диссертации исследования поддержаны следующими грантами и премиями :

1. Стипендия Президента Российской Федерации для аспиранта.

2. Премия первой степени конкурса молодых ученых Казанского государственного университета за цикл работ «Стохастический резонанс в мелкодисперсных магнетиках».

3. Грант № 95-02-05762 Российского Фонда Фундаментальных Исследований.

4. Стипендия и звание «Соросовский аспирант» Международной Соросовской научно-образовательной программы (ISSEP).

5. Грант NNT000 Международного Научного Фонда (ISF).

6. Звание «Соросовский доцент» Международной Соросовской научнообразовательной программы (ISSEP).

7. Грант NNT300 Международного Научного Фонда (ISF).

Структура диссертации Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка цитируемой литературы из 180 наименований и приложения. Объем работы – 230 страниц, включая 50 рисунков.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается выбор темы, ее актуальность и значение, формулируются цель и задачи исследования.

В первой главе раскрывается смысл и физическая основа явления стохастического резонанса как общестатистической концепции. Дается обзор наиболее важных теоретических и экспериментальных исследований стохастического резонанса, проведенных ранее в различных областях. Здесь же приводится краткое ознакомление с теоретическими методиками и моделями, используемыми для описания динамики (дискретной или непрерывной) бистабильной системы в условиях стохастического резонанса. Отдельное внимание уделено работам по изучению эффекта стохастического резонанса в магнитных системах. Описаны возможные способы стохастического перемагничивания однодоменной частицы, основанные на эффектах суперпарамагнитной релаксации и макроскопического квантового туннелирования намагниченности. Приведены несколько аналитических выражений, полученных ранее различными авторами (В.Браун, 1963 г., Л.Бессэ и др., 1992 г., П.Крегг и др., 1994 г.), описывающие скорость выхода вектора магнитного момента в отсутствие внешней модуляции из метастабильных состояний, которая является ключевой величиной при использовании дискретной модели описания поведения намагниченности. Показана возможность использования имеющихся теоретических и экспериментальных результатов для приложения теории стохастического резонанса к области мелкодисперсного магнетизма, развития и корректировки уже существующих и формирования новых моделей описания поведения магнитного момента модулированных внешним переменным полем однодоменных частиц.

Во второй главе исследуется механизм реализации стохастического резонанса в системе суперпарамагнитных частиц с магнитной анизотропией типа «легкая ось», определяемый надбарьерными переходами вектора магнитного момента в условиях термической активации системы.

Модулированная внешним радиочастотным полем легкоосная однодоменная частица рассматривается как бистабильный элемент, двум устойчивым состояниям которого соответствуют две противоположные ориентации вектора магнитного момента вдоль легкой оси. Интенсивности переходов системы между стабильными состояниями зависят от степени термической активации и описываются крамерсовыми скоростями. Аналитически решается управляющее уравнение, связывающее скорости выхода системы из устойчивых состояний с вероятностями нахождения в этих состояниях. В рамках модели дискретных ориентаций получены выражения для автокорреляционной функции, спектральной плотности, отношения сигнала к шуму, динамической магнитной восприимчивости. Такие результаты справедливы лишь для малых амплитуд внешнего переменного поля, в квазиадиабатическом пределе, когда частота внешней модуляции меньше скорости локальной релаксации магнитного момента частицы, и в пределе высокого потенциального барьера. Показано, что эти результаты полностью согласуются с теорией линейного отклика. Получены характерные для стохастического резонанса колоколобразные зависимости компонент магнитной восприимчивости и отношения сигнал/шум от интенсивности шума (температуры). Исследовано влияние изменения внутренних и внешних параметров системы на динамику ее намагниченности в условиях стохастического резонанса. Обнаружен эффект снижения уровня шума в системе суперпарамагнитных одноосных частиц, модулированных радиочастотным полем. Величина данного эффекта вычислена в рамках теории двух состояний с учетом разброса частиц по размерам. Рассматривается возможность использования явления стохастического резонанса в качестве механизма усиления переменного сверхтонкого поля. Произведен анализ, касающийся выбора реальных образцов для наблюдения в них явления стохастического резонанса.

В третьей главе раскрыты недостатки квазиадиабатического приближения и показана необходимость учета непрерывности динамики системы, в частности, для более точной интерпретации данных эксперимента.

Представлена модель непрерывной диффузии вектора магнитного момента суперпарамагнитных частиц с магнитной анизотропией типа «легкая ось» в условиях внешней модуляции радиочастотным полем. Вычисляется непосредственно функция распределения для магнитного момента частицы на основе решения соответствующего уравнения Фоккера-Планка с периодически зависящим от времени дрейфовым слагаемым. Расчеты произведены численным методом с использованием техники непрерывных матричных дробей. Такой подход позволяет определять величину восприимчивости единым образом во всем температурном диапазоне. Кроме того, данный метод свободен от ограничений, накладываемых моделью дискретных ориентаций: требование высокого потенциального барьера, малости амплитуды внешнего сигнала и условие низкой частоты модуляции. Вычислены компоненты комплексной магнитной восприимчивости при различных частотах и амплитудах внешнего переменного поля, при различных значениях параметра затухания. Результаты непрерывной модели сопоставляются с результатами модели дискретных ориентаций по значениям магнитной восприимчивости и отношения сигнала к шуму, расхождение составляет приблизительно 10-15% по абсолютной величине магнитной восприимчивости. Использование непрерывной модели приводит также и к другому результату по сдвигу фаз между изменением вектора намагниченности на частоте модуляции и внешним переменным полем - получена немонотонная температурная зависимость фазового сдвига.

Приближение дискретных ориентаций дает только монотонное его уменьшение, так что результаты двух различных моделей совпадают лишь в области достаточно высоких температур.

В четвертой главе рассматривается вопрос о возможности наблюдения явления стохастического резонанса методами ядерной гамма-резонансной спектроскопии. На основе формализма супероператоров Лиувилля вычислены сечение поглощения и спектр пошедшего гамма-излучения. Получены рекуррентные соотношения для супероператоров эволюции, позволяющие проводить численные расчеты, используя алгоритм цепных матричных дробей, в случае внешнего периодического возмущения системы одноосных суперпарамагнитных частиц. Результаты численных расчетов представлены графически. Они указывают, что в режиме коллапса мёссбауэровских спектров (в случае Fe57 секстет вырождается в одиночную линию) появляются боковые сателлиты приблизительно естественной ширины, отстоящие от основной линии на частоту модуляции. Интенсивность таких сателлитов проявляет немонотонную температурную зависимость, что согласуется с теорией стохастического резонанса.

Пятая глава посвящена изучению подбарьерного (туннельного) механизма реализации стохастического резонанса в системе однодоменных частиц. В отличие от надбарьерного (классического) случая, туннельные переходы в одноосных системах невозможны без дополнительного постоянного магнитного поля, приложенного перпендикулярно легкой оси, причем скорость туннельных переходов зависит от величины этого поля. Здесь предложена аналитическая модель, позволяющая описать туннельные переходы в модулированном бистабильном потенциале. В рамках этой модели прежде всего аналитически вычислена скорость туннелирования вектора намагниченности из метастабильного состояния на основе евклидова действия, получаемого интегрированием функции Лагранжа вдоль инстантонной траектории.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»