WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 7 |

2. Результаты исследования пленочных образцов 3d-металлов, находящихся в метастабильном нанокристаллическом состоянии (с размером структурных образований менее 3 нм) и с пересыщенным раствором углерода или азота (более 20 ат.% при предельной растворимости в равновесных условиях не более 0,2 ат.%). Достигнутое пересыщение и метастабильность является стабильным при обычных условиях.

3. Установленные корреляции для данных материалов: свойства – размер кристаллитов, свойства – концентрация примесей внедрения (углерод, азот) и примесей замещения (моноокись кремния). Структурные особенности нанокристаллического состояния.

4. Последовательности фазовых превращений в пленках пересыщенных твердых растворов 3d-металлов в ходе температурной релаксации в зависимости от концентрации углерода. Синтез метастабильных, гомогенных карбидных фаз железа, кобальта и никеля -FexC (x = 2 – 8), -Fe3C, -Fe5C2, ’-Fe5C2, -Ni3C, Co3C и Со2С; параметры атомной кристаллической решетки, а также основные электрические, магнитные характеристики, параметры эффекта Мессбауэра, ядерного магнитного резонанса и СВЧ-свойств.

5. Особенности физических свойств в синтезированных, метастабильных нитридных фазах типа -Fe3N, -Fe4N, -Ni3N, -Ni4N, -Fe2N; условия реализации фазового перехода -Ni3N -Ni4N. Структурные и магнитные параметры гомогенных метастабильных нитридных фаз железа и никеля.

6. Особенности электронной структуры и физических свойств 3d-металлов и их сплавов (FeNi), легированных малым количеством диэлектрика (менее – 3 об.% SiO), которые заключаются в увеличении намагниченности насыщения, магнитооптических и магниторезистивных параметров;

уменьшении механических напряжений, удельного электросопротивления, ширины линии ферромагнитного резонанса и величины коэрцитивной силы.

7. Установленную последовательность фазовых превращений в системе металл – моноокись кремния при изменении концентрации диэлектрика от 0 до 100 об.% в виде: легированные ферромагнетики разбавленные однодоменные (кластерная структура) суперпарамагнитное состояние парамагнетик диэлектрик. Особенности магнитных, магнитооптических, электрических и оптических свойств каждой фазы с границей перколяции, равной 47 об.%. SiO.

8. Эффекты нанокристаллического состояния в пленках 3d-металлов в виде: взрывной перекристаллизации наноструктуры; множественного двойникования; образования фрактальной структуры, самораспространяющегося высокотемпературного синтеза в системе нанокристаллический ферромагнетик – моноокись кремния (SiO).

Личный вклад автора. В представленной работе технологическая часть, включая разработку процесса, схемное решение оборудования и его изготовление, получение образцов, их паспортизация и термическая обработка, выполнена лично автором. В дальнейшем роль автора заключалась в постановке проблемы и задачи на исследование, в измерениях большей части магнитных и электрических свойств, в обсуждении с соавторами результатов эксперимента и в написании статей в журналах и работ для опубликования в материалах конференций. В экспериментальной части роль автора также заключалась в постановке заданий на другие измерения, используемые в диссертации. При этом мессбауэровские исследования образцов Fe(C), Fe(N) были выполнены д.ф-.м.н. Баюковым О.А., анализ образцов методом ядерного магнитного резонанса – к.ф.-м.н. Мальцевым В.К. Большая часть результатов по магнитным свойствам получена с участием с.н.с. Мягкова В.Г., к.ф.-м.н.

Балаева А.Д., к.ф.-м.н. Польского А.И. Ряд теоретических моделей были предложены д.ф-.м.н. Ерухимовым М.Ш., к.ф.-м.н. Столяром С.В.

Рентгеноструктурные, рентгенофлуоресцентные и электрономикроскопические исследования проведены к.ф.-м.н. Бондаренко Г.В., к.ф-.м.н. Квеглис Л.И., к.ф-.м.н. Жарковым С.М. и Бондаренко Г.Н., рентгеновские фотоэлектронные и Оже-спектры – сотрудником Института полупроводников Кеслером В.Г.

Апробация работы. Результаты, изложенные в диссертации, докладывались на Международных коллоквиумах «Magnetic Films and Surfaces» (Регенсбург, 1975; Дюссельдорф, 1994); на международных конференциях «Internosional Symp. on Magnetism» (Warsaw, 1994; Москва, 1999); на международной конференции «Magn.multilayers and low dimenns.magn.» (Ekaterinburg, Russia, 1994); на международной конференции NANO-2 (Herald of Russian Acad. Tech. Sci. 1994); на Всесоюзных конференциях по физике магнитных явлений (Донецк, 1977; Харьков, 1979;

Пермь, 1981); на Всероссийских конференциях – школа-семинар «Новые магнитные материалы микроэлектроники» (Москва – МГУ в 1994, 1996, 1998, 2000 и 2002 годах); на Втором всероссийском семинаре «Моделирование неравновесных систем-99» (Красноярск, 1999); на Первом междисциплинарном семинаре “Фракталы и прикладная синергетика” (Москва – РФФИ, 1999); на XVI Российской конференции по электронной микроскопии (Черноголовка, 1996); на Республиканских конференциях «Автоматизация и механизация процессов производства и управления» (Каунас – КПИ, 1979, 1980); на Всесоюзной школе-семинаре «Новые магнитные материалы для микроэлектроники» (Орджоникидзе, 1976); на Региональных конференциях с международным участием «Ультрадисперсные порошки, материалы и наноструктуры» (Красноярск, 1996, 1999 гг.); на Зональных семинарах по физике магнитных пленок (Иркутск, 1975, 1980, 1982); на Краевых конференциях НТО им. А.С. Попова (Красноярск, 1975, 1978, 1981, 1982); на 2-м Краевом совещании-семинаре «по Аморфному магнетизму» (Красноярск, 1980); на Международной научно-практической конференции САКС (Красноярск, 2001); на международной конференции «International Baikal scientific conference (Magnetic materials)» (Иркутск, 2001); на международном научном семинаре «Инновационные технологии –2001» (Красноярск, 2001).

Эксперименты по теме исследования частично были выполнены при финансовой поддержке Программы «П.Т.409 Плазменные, ионные и электронные комплексные упрочняющие технологии (ЭЛЕКТРОФИЗИКА 1998-2000)»; Федеральной целевой программы «Государственная поддержка интеграции высшего образования и фундаментальной науки на 1997-годы»; Гранта РФФИ № 99-03-32184; Грантов «Университеты России», КГУ, «УРЛ-2000 и УРЛ-2001» и Гранта Краевого фонда науки № 10 F 089 С.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в работах, опубликованных в центральных российских журналах (ФТТ, ФММ, ЖТФ, Письма в ЖЭТФ, ДАН, ПОВЕРХНОСТЬ, Известия РАН); в материалах международных и российских конференций – 50 работ; в препринте ИФ СО РАН; технические разработки оформлены в виде 4 авторских свидетельств на изобретения и 6-ти отчетов по конструкторско-исследовательским разработкам с предприятиями Мин. обороны СССР (темы 8104, 8301 и 8308); выпущено учебное пособие для студентов технических ВУЗов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, восьми разделов с выводами, заключения, списка использованных источников из наименований. Работа содержит 391 страницу, 151 рисунок и 26 таблиц.

Автор выражает искреннюю признательность д.ф.-м.н. Исхакову Р.С., научному консультанту, за помощь в постановке проблемы, за обсуждение результатов исследований и к.ф.-м.н. Фролову Г.И, соавтору большинства статей. Автор благодарен за большую помощь при постановке и проведении исследований коллегам из институтов: Институт физики, Институт химии, Институт полупроводников, Сибирский международный центр синхротронного излучения при Институте ядерной физики СО РАН, из университетов: МГУ, КГТУ, СибГАУ, а также всем сотрудникам лаборатории ФМП.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность проблемы исследования нанокомпозиционных (наноструктурных) материалов, находящихся в пленочном состоянии, устанавливается цель и содержание поставленных задач, приводится краткое описание методов исследования, научной новизны и практической значимости работы, положений, выносимых на защиту.

Представлена степень апробации, количество публикаций и структура диссертации.

Первый раздел представляет собой обзор литературных источников, посвященный современным представлениям о специфическом состоянии твердого тела, которое в литературе, в зависимости от типа нанообразований, называется нанокристаллическим, нанофазным либо более обобщенным названием – наноструктурным или нанокомпозитным. В разделе приведены наиболее устоявшиеся классификации наноструктурных материалов Сиигела (Richard W. Siegel) и Глейтера (Gleiter H.). Однако в них наряду с некоторыми смысловыми различиями отсутствуют сведения о методах изготовления подобных материалов. В данной работе предлагается классификационная схема, в которой, на наш взгляд, учтены отмеченные недостатки, и главное, устраняется некоторая терминологическая неопределенность. По сути, все перечисленные материалы являются нанокомпозиционными, т.е. представляют собой композиции: нанокристаллическое ядро – матрица, в качестве последней могут выступать различные среды, в том числе воздух и интерфейсы. Общим свойством для них является размер, укладывающийся в нанометровый масштаб.

Наиболее пристальное внимание физиков-материаловедов в последние годы привлекают материалы со структурой, в которой средний размер структурных блоков не превышает 10 нм. Свойства таких образцов определяются как свойствами самих нанообразований, которые проявляют сильную размерную зависимость, так и эффектами взаимодействия между ними. Напрямую с размером нанообразований связано другое общее свойство – энергонасыщенность. Высокая загруженность энергией определяет следующее важное свойство – метастабильность. Все это способствует тому, что данные объекты обладают необычными физическими свойствами, в том числе, связанными с возникновением в них новых атомных структур и твердотельных состояний.

Внимание исследователей материалы с нанокристаллической структурой привлекают по многим причинам. Одна из них – это фундаментальные свойства малых частиц и их конгломератов, обусловленные размерным эффектом. Показано, что основной задачей физики малых частиц как раз и является исследование модификаций электронной и кристаллической структуры, физических свойств, связанных с уменьшением геометрических размеров структурных образований вещества (научный аспект). В число исследуемых эффектов входит: размерное квантование электронных уровней, поверхностные силы, особенности электростатики малых металлических частиц, фазовые превращения, флуктуации в них и т.д. Другая важная задача – это исследование нанокомпозиционных материалов с целью их практического использования (прикладной аспект), причем последний удобнее рассмотреть как в техническом, так и технологическом плане. Изучение разнообразных свойств и явлений в этой группе материалов способствовало выделению их в новый научный раздел –«нанофизику». Развитие этой области физики напрямую связано не только с разработкой новых технологий получения таких материалов, но главное – с установлением корреляций между структурными и физическими свойствами.

В разделе подробно описаны характерные физические особенности, сопутствующие нанокристаллическому состоянию в разных типах энергонапряженных материалов (изолированные наночастицы, микрокластеры, фрактальные образования, компактированные материалы и т.д.). Наибольший интерес из компактированных материалов представляют образцы, полученные в виде пленок по нескольким причинам. Исследование пленочных образцов дают возможность, во-первых, наблюдать новые специфические эффекты, не имеющиеся в другом компактном состоянии; во-вторых, расширить круг используемых методик для исследования. И, наконец, использование новых материалов в современных технологиях (микроминиатюризация, создание устройств нанометровых размеров) предполагает их получение в пленочном состоянии.

В обзоре сделан анализ материалов нового класса с гранулированной морфологией типа: ферромагнетик-диэлектрик. В качестве ферромагнитной составляющей рассматривались 3d-металлы и их сплавы, а в качестве диэлектрической матрицы – двуокись кремния. Описаны и проанализированы магнитные, электрические, гальваномагнитные, оптические и магнитооптические свойства в зависимости от концентрации разбавителя и размера наногранул.

Во втором разделе рассмотрены технологические аспекты получения нанокристаллических образцов для исследования. Дело в том, что развитие физики нанокристаллического состояния напрямую связано с разработкой принципиально новых технологий их получения. Одно из направлений создания пленочных материалов с ультрадисперсной структурой методами вакуумной технологии было рассмотрено Палатником с соавторами в работе, опубликованной в ДАН в 1980 году. Авторы этой работы показали, что при сверхскоростных методах испарения, незначительно меняя технологические условия, можно получать пленочные конденсаты с варьируемым размером кристаллического зерна.

При высокоскоростных методах испарения, неупорядоченное поступление на подложку большой массы конденсирующихся частиц обуславливает высокий уровень избыточной внутренней энергии конденсата. Это создает мощную движущую силу для фазовых и внутрифазовых превращений в вакуумных конденсатах, как правило, находящихся в метастабильном состоянии. Для стабилизации такого состояния необходим быстрый отвод тепла от конденсата. Эту задачу можно решать либо путем резкого охлаждения подложки, либо применяя метод импульсного напыления с большими промежутками между импульсами (скважность). Так как массы поступающей малой порции материала и подложки не соизмеримы, то подложка в этом случае будет являться прекрасным холодильником.

Идея высокоскоростной вакуумной конденсации была реализована нами в методе импульсно-плазменного распыления (ИПР) с лазерным поджигом.

Схема импульсно-плазменного распыления показана на рис.1, В этом методе лазерное излучение (1) используется для получения первичной порции пара распыляемого металла, в которой зажигается плазма аномального тлеющего разряда между водоохлаждаемым анодом (7) и распыляемой мишенью (8) за счет энергии конденсаторной батареи (9) необходимой емкости. В этом случае каждый испаренный атом ионизируется в плазме разряда, т.е. генерирует один электрон и один атом.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 7 |






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