WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 |

Проверочные численные расчеты показывают, что полученный аналитический результат является более корректным, по сравнению с результатами других авторов (А.Н.Григоренко и др., О.Б.Заславский, 1990 г.). Другая специфика предложенной динамической модели особенно важна при температурах, стремящихся к нулю. Так, например, вычисления магнитной восприимчивости и отношения сигнал/шум системы при температуре абсолютного нуля с учетом этой особенности приводят к результатам, на два порядка превышающим прежние. Изучено поведение системы и при отличных от нуля конечных температурах, что достигается учетом возможности туннелирования не только со дна потенциальной ямы, но и с более высоких уровней. Основные соотношения получены аналитически в рамках модели дискретных ориентаций;

проводится проверочное сравнение с результатами численного моделирования.

Вычисленные значения компонент динамической магнитной восприимчивости при сверхнизких температурах сравниваются с соответствующими результатами для классического механизма реализации стохастического резонанса в системе суперпарамагнитных частиц, связанного только с надбарьерными тепловыми переходами вектора магнитного момента. Эффекты квантового туннелирования намагниченности максимально проявляются на образцах с размерами от 2 до нм ниже температуры кроссовера (перехода от надбарьерного к подбарьерному механизму), не превышающей 0.01-0.1 К. Приведены оценки оптимальных размеров частиц, величины напряженности внешнего постоянного поля и амплитуды перемнного поля для возможного экспериментального наблюдения стохастического резонанса в туннельном режиме перемагничивания.

В шестой главе рассматривается стохастический резонанс в несколько иной геометрии - устойчивые состояния системы оказываются смещенными вследствие приложения дополнительного постоянного магнитного поля. В рамках теории двух состояний рассмотрено влияние перпендикулярной и продольной составляющих такого поля на значение величин крамерсовых скоростей, величины отношения мощностей выходного сигнала и шума, динамической магнитной восприимчивости. Результаты численного моделирования отражают влияние произвольно направленного постоянного магнитного поля. Показано, что приложение постоянного магнитного поля перпендикулярно легкой оси приводит к усилению эффекта стохастического резонанса. Такой режим может быть полезен, например, вблизи точки Кюри, когда изменение уровня шума в системе с помощью температуры невозможно.

На основе решения управляющего уравнения получены компоненты динамической магнитной восприимчивости по отношению к сканирующему пробному полю для модулированной суперпарамагнитной частицы при наличии постоянного поля, приложенного перпендикулярно легкой оси.

Седьмая глава посвящена выбору лучшей аналитической модели, описывающей скорость суперпарамагнитной релаксации модулированных радиочастотным сигналом одноосных малых частиц. В рамках модели двух состояний рассматривается несколько выражений, модифицированных для случая внешней модуляции, и проводится сравнительный анализ с результатами непрерывной модели в температурном диапазоне реализации стохастического резонанса в системе суперпарамагнитных частиц. Найденная оптимальная аналитическая модель для скорости выхода системы из устойчивого состояния позволяет также установить корректную зависимость частоты попыток от параметров системы, например, от параметра затухания.

В приложении представлены основные программы, разработанные автором диссертации в среде программирования Turbo Pascal, использованные при расчетах динамической восприимчивости в дискретной и непрерывной моделях описания динамики вектора магнитного момента частиц.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Исследования, проведенные в настоящей работе, связаны с приложением теории стохастического резонанса к области мелкодисперсного магнетизма и являются продолжением изучения стохастического резонанса в бистабильных системах - малых частицах с магнитной анизотропией типа "легкая ось".

Исследованы два механизма реализации стохастического резонанса, основанные на тепловых надбарьерных и туннельных переходах вектора магнитного момента таких частиц. Построены теоретические модели (дискретная и непрерывная), описывающие поведение намагниченности однодоменных частиц в условиях стохастического резонанса. Показано, что вид кривых динамической магнитной восприимчивости и отношения сигнал/шум на выходе системы имеет в данном случае характерную для стохастического резонанса немонотонную колоколобразную зависимость от интенсивности шума.

Аналитически, в рамках модели дискретных ориентаций, получены зависимости основных характеристик явления стохастического резонанса от различных параметров системы - частоты внешнего поля, размеров частиц, значений констант магнитной анизотропии и намагниченности насыщения.

Полученные результаты указывают на возможность усиления переменного сверхтонкого поля на ядрах суперпарамагнитных частиц в соответствующем температурном режиме. Отмечено, что в определенной температурной области происходит подавление шума в системе суперпарамагнитных частиц. В результате энергия неупорядоченной компоненты динамики вектора магнитного момента частицы трансформируется в энергию упорядоченных переходов между устойчивыми ориентациями.

Произведен учет непрерывного характера изменения вектора магнитного момента малых частиц. Метод, основанный на численном решении уравнения Фоккера-Планка, позволяет установить более корректную зависимость компонент динамической магнитной восприимчивости от параметров системы.

Сравнение с соответствующими результатами дискретной модели показало довольно существенное различие в некоторых температурных областях.

Использование непрерывной модели позволило также выйти за рамки теории линейного отклика, учесть влияние амплитуды внешнего радиочастотного поля и значения параметра затухания.

В качестве эффективного метода наблюдения стохастического резонанса в системе суперпарамагнитных частиц предложена гамма-резонансная спектроскопия. Численные расчеты сечения поглощения, использующие формализм супероператоров Лиувилля, указывают на возникновение сателлитных линий в режиме коллапса сверхтонкой структуры мёссбауэровского спектра; интенсивность сателлитных линий проявляет немонотонную температурную зависимость типа стохастического резонанса.

Рассмотрена ситуация с дополнительным внешним постоянным магнитным полем, приложенным перпендикулярно легкой оси, для предельно низких температур. Показывается, что такое поле вызывает туннельные переходы вектора намагниченности малых частиц между устойчивыми ориентациями.

Кроме того, величина этого поля определяет интенсивность подбарьерных переходов. Исследованы зависимости динамической магнитной восприимчивости и отношения сигнал/шум однодоменных частиц от величины этого поля. Произведен более корректный учет квантового характера динамики модулированной системы, по сравнению с предложенными ранее моделями.

Данная поправка особенно важна при температурах, стремящихся к абсолютному нулю. Рассмотрено поведение системы и при отличных от нуля температурах, где проявляется действие как надбарьерного, так и подбарьерного механизма перемагничивания.

Показано, что дополнительное постоянное магнитное поле приводит к изменению и Крамерсовых скоростей надбарьерных переходов вектора магнитного момента суперпарамагнитной частицы. При этом перпендикулярная легкой оси компонента такого поля приводит к увеличению величины отклика системы (отношение сигнала к шуму, динамическая магнитная восприимчивость) на слабое переменное возмущение, а продольная компонента приводит к уменьшению отклика. Таким образом, регулировать уровень шума в системе суперпарамагнитных частиц можно не только с помощью изменения температуры образца, но и варьируя величину напряженности постоянного магнитного поля. И при наличии дополнительного постоянного магнитного поля, приводящего к смещению устойчивых ориентаций вектора магнитного момента частицы, также наблюдается характерная для стохастического резонанса немонотонная, проходящая через отчетливый максимум температурная зависимость динамической восприимчивости системы и выходного отношения сигнала к шуму. Показана возможность обнаружения стохастического резонанса в режиме сканирования пробным полем с изменяющейся частотой модулированной радиочастотным полем суперпарамагнитной частицы.

Найдена оптимальная аналитическая модель для описания скорости суперпарамагнитной релаксации в приближении дискретных ориентаций в условиях стохастического резонанса. Определена зависимость частоты попыток от параметров системы: температуры, коэффициента диссипации, размера частиц, константы анизотропии и величины намагниченности насыщения.

Полученные модели описания динамики магнитных моментов однодоменных одноосных частиц в условиях стохастического резонанса имеют фундаментальное значение, а в прикладном аспекте позволяют, например, определить оптимальный диапазон изменения внутренних и внешних параметров системы (амплитуда и частота внешнего поля, температура, значения констант магнитной анизотропии и намагниченности насыщения, размеры частиц), в котором наблюдается максимальное взаимовлияние сигнала и шума, приводящее к увеличению отклика на выходе системы. Понимание природы явления стохастического резонанса дает возможность выделить, усилить регулярную компоненту изначально нерегулярной динамики вектора магнитного момента и ослабить случайную составляющую. В более широком понимании рассмотренный эффект является по сути еще одним из способов увеличения разрешения, резкости, контраста, изменения порога чувствительности сенсоров. Также иногда необходимо решение и обратной задачи - определение параметров системы, при которых стохастический резонанс не возникает. При этом, например, становится возможным предотвращение необратимых катастрофических воздействий слабых, незаметных периодических магнитных полей на живые организмы.

Наряду с рассмотренным в настоящей работе способом наблюдения динамики вектора магнитного момента, использующим модуляционную мёссбауэровскую спектроскопию, в настоящее время существует экспериментальная сквид-техника, позволяющая проводить наблюдение за отдельной суперпарамагнитной частицей (В.Вернсдорфер и др., В.Коффи и др., 1994 г.), в том числе и при очень низких температурах (Х.Фернандес и др., 1998 г., М.Ледерман и др., 1994 г.). Кроме того, есть еще одна возможность экспериментального наблюдения стохастического резонанса в системе однодоменных анизотропных частиц (И.Абу-Альджараеш др., 1993 г.). Она может оказаться особенно полезной в ситуации с дополнительными постоянными магнитными полями. Суть ее состоит в использовании феррожидкостей. Это дает следующие два преимущества. Во-первых, разбавляя и, затем, замораживая магнитную жидкость, можно получить твердый образец с нужной концентрацией магнитных кластеров (например, чтобы свести к минимуму эффекты диполь-дипольных взаимодействий). Во-вторых, замораживая феррожидкость в сильном постоянном магнитном поле, можно ориентировать легкие оси кластеров в одном выбранном направлении.

Отсутствие подобного поля, естественно, приводит к случайному распределению осей анизотропии магнитных кластеров в немагнитной матрице.

Полученные в диссертации результаты позволяют ставить и новые задачи.

Исследование влияния окрашенного шума, другая природа входного сигнала и шума, более сложные типы магнитной анизотропии, учет различных видов взаимодействия между частицами – эти и многие другие вопросы, связанные с приложением концепции стохастического резонанса к области мелкодисперсного магнетизма, наверняка вызовут исследовательский интерес у широкого круга теоретиков и экспериментаторов.

Основные результаты диссертационной работы отражены в следующих опубликованных материалах МОНОГРАФИЯ 1. Исавнин А.Г. Стохастический резонанс в системе однодоменных магнитных частиц. - Набережные Челны: Издательство Камского государственного политехнического института, 2004. - 160 с. - ил. - Библиогр. 155 назв. - ISBN 5-9536-0044-5. - 800 экз.

СТАТЬИ 1. Садыков Э.К., Скворцов А.И., Антонов Ю.А., Исавнин А.Г. Об одном механизме усиления сверхтонкого поля на ядре // Известия РАН. Серия физическая. - 1994. - т.58. - №4. - с.101-104.

2. Садыков Э.К., Исавнин А.Г. Усиление переменного магнитного поля в системе мелких магнитных частиц» // Физика твердого тела. – 1994. - т.36.

- № 11. - с.3473-3475.

3. Садыков Э.К., Исавнин А.Г. К теории динамической магнитной восприимчивости одноосных суперпарамагнитных частиц // Физика твердого тела. – 1996. - т.38. - № 7. - с.2104-2112.

4. Sadykov E.K., Isavnin A.G. Hyperfine field response to RF excitation in superparamagnetic particles (на английском языке) // Hyperfine Interactions. – 1996. - Vol.99. - p.415-419.

5. Садыков Э.К., Исавнин А.Г., Болденков А.Б. К теории квантового стохастического резонанса в однодоменных магнитных частицах // Физика твердого тела. – 1998. - т. 40. - №3. - с.516-518.

6. Sadykov E.K., Isavnin A.G. The Mssbauer susceptibility of magnetic materials in conditions far from equilibrium (на английском языке) // Лазерная физика (Laser Physics). – 1995. - т.5. - №2. - с.411-416.

7. Sadykov E.K., Isavnin A.G., Skvortsov A.I. Mssbauer transition dynamics in conditions of strong excitation of nuclear spins (на английском языке) // Hyperfine Interactions. – 1997. - Vol.107. - p.257-275.

8. Исавнин А.Г. Стохастический резонанс в мелкодисперсных магнетиках:

механизм подбарьерного перемагничивания // Физика твердого тела. – 2001.

- т.43. - № 7. - с.1216-1219.

9. Исавнин А.Г. Подавление шума в системе легкоосных суперпарамагнитных частиц в условиях радиочастотной модуляции // Физика твердого тела. – 2002. - т.44. - № 7. - с.1277-1279.

10. Исавнин А.Г. Стохастический резонанс в мелкодисперсных магнетиках:

сравнение дискретной и непрерывной моделей описания // Известия высших учебных заведений. Физика. – 2002. - т.45. - №11. - с.73-77.

11. Исавнин А.Г Отклик суперпарамагнитных легкоосных частиц на радиочастотное поле с учетом постоянного магнитного поля, приложенного перпендикулярно легкой оси // Вестник Оренбургского государственного университета. – 2005. - №4. - с.123-126.

12. Исавнин А.Г. Зависимость динамической восприимчивости суперпарамагнитных частиц от постоянного магнитного поля перпендикулярного легкой оси // Известия высших учебных заведений.

Физика. – 2005. - т.48. - №5. - с.64-68.

Pages:     | 1 | 2 || 4 |






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