WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 ||

Анализ нейтронограмм показывает, что образцы с большим содержанием Si имеют структуру DO3 типа или Fe3Si, в то время как образец с малым содержанием имеет оцк структуру A2, (-FeSi). Оказалось, что согласовать результаты профильного анализа и отношение измеренных интенсивностей в поле и без поля можно только, если принять, что допирующий элемент, который отвечает за магнитно-мягкие свойства, находится в фиксированных позициях, а не распределен случайно. Измерения в магнитном поле дали возможность рассчитать факторы заселенности Fe, Si и Bи определить состав, а также вычислить магнитный момент.

Магнитныйпорядок в тонких эпитаксиальных пленках MnF2.

Двухподрешеточный антиферромагнетик MnF2 привлекает заметное внимание в последнее время в связи возможным применением в быстро развивающейся области спинтроники. Известно, что при использовании в качестве подложки кристаллического кремния с буферным слоем CaF2 толстая, порядка микрона, пленка MnF2, выращенная методом молекулярно-лучевой эпитаксии, кристаллизуется в орторомбической структуре -PbO2, которая существует только при высоком давлении и температуре.

Нейтронографические эксперименты с цельюопределения магнитной структуры в орторомбической фазе были выполнены на пленке MnFс размерами 22140.001 мм на спектрометре IN3 Института ЛауэЛанжевена (Гренобль, Франция). Из-за отсутствия 4-кружного гониометра было измерено ограниченное число рефлексов при двух возможных ориентациях пленки. Тем не менее, этого оказалось достаточным, чтобы определить магнитнуюструктуру.

Сканирование обратного пространства показало, что вектор распространения магнитной структуры в орторомбической модификации k =0, как и в тетрагональном MnF2. Из сопоставления результатов теоретикогруппового анализа с экспериментом определена магнитная структура соответствующая антиферромагнитной структуре типа G с моментами вдоль оси кристаллографической оси c, которая лежит в плоскости пленки. Хотя кристаллические структуры в тетрагональной и орторомбической фазах различаются способом упаковки октаэдров, в обоих случаях наблюдается похожая двухподрешеточная антиферромагнитная структура, что обусловлено близостьюгеометрий обменных связей.

Из интегральных интенсивностей магнитных рефлексов определена величина магнитного момента 4.90(5) µB, близкая к моменту свободного иона, и ее температурная зависимость. Аппроксимация этой зависимости степенным законом дает TN = 67.19(7) K, что близко к температуре Нееля для обычного MnF2 TN = 67.3 K и критический индекс = 0.50(2), который практически совпадает с индексом в приближении среднего поля. Последнее означает слабую анизотропию в пленке, что обусловлено ее большой толщиной.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Представленная работа является систематическим исследованием антиферромагнетиков MnO, CoO, Fe2O3 и Fe3O4 и других соединений, наноструктурированных в пористых средах, в условиях ”ограниченной геометрии” дифракционными методами.

Показано, что форма и размеры внедренных частиц варьируется от изотропной наночастицы в пористом стекле до анизотропных ”нанонитей” или ”нанолент” в матрицах MCM-41 типа. Для оценки размеров наночастиц разработана оригинальная методика, основанная на специфике дифракции на квазидвумерных объектах и численных расчетах профиля дифракционного рефлекса.

Наблюдаемое атомное упорядочение в наночастицах может быть самым разным, от ”дальнего” порядка, когда позиционный порядок распространяется на всюнаночастицу, до ”ближнего” атомного порядка, как в матрице MCM-48. Стехиометрия также может заметно отличаться от обычных образцов. В ”ограниченной геометрии” обнаружены структурные модификации, которые нестабильны в обычных условиях. Наряду с кристаллизованными наночастицами в большинстве случаев присутствует аморфная составляющая.

В наноструктурированных магнетиках наблюдается дальний магнитный порядок, как в обычных образцах. Однако средний магнитный момент оказывается меньше из-за формирования спинового беспорядка на поверхности. Наличие поверхностного слоя с неупорядоченными спинами и относительно магнитоупорядоченного ядра приводит к новым эффектам. В магемите обнаружено заметное различие моментов в октаэдрической и тетраэдрической позициях. Для объяснения наблюдаемой магнитной структуры в гематите предложена модель двух сосуществующих магнитных фаз с разной анизотропией, которые соответствуют фазам наблюдаемым выше и ниже спин-ориентационного перехода Морина.

Электронный парамагнитний резонанс на MnO внутри нанопористых сред, интерпретированный на основе дифракционных данных, показывает взаимодействие аморфной и кристаллизованной фракций. В отличие от обычных образцов, ниже температуры Нееля в наноструктурированных антиферромагнетиках наблюдается сильный ЭПР-сигнал от слабо связанных, поверхностных спинов.

Магнитные фазовые переходы в ”ограниченной геометрии” непрерывны, что является фундаментальным размерным эффектом. В матрицах канального типа с уменьшением диаметра канала форма наночастиц становится более анизотропной, что приводит к понижению размерности магнитной системы и трансформации магнитного перехода.

Во всех исследованных случаях наноструктурированного MnO наблюдалось увеличение температуры магнитного перехода. Это необычно, поскольку в рамках обычной теории конечных систем размерный эффект должен понижать температуру перехода, что наблюдалось в наноструктурированном CoO. Показано, что нарушение трансляционной симметрии в наночастице может привести к появлению ферромагнитного момента и нового, тройного взаимодействия в системе, которое в обычном образце запрещено симметрией. Учет такого взаимодействия в рамках простого феноменологического подхода может объяснить наблюдаемое увеличение температуры Нееля.

Тип структурного искажения, обусловленного магнитострикцией в ”ограниченной геометрии”, оказался таким же, как и в обычных образцах. Однако, в случае MnO в пористом стекле угол ромбоэдрического искажения пропорционален магнитному моменту, в отличие от обычного образца и MnO в матрицах канального типа, где этот угол пропорционален квадрату момента.

Новый фазовый переход обнаружен при низкой температуре, ниже температуры магнитного упорядочения, в наночастицах MnO внутри некоторых матриц типа MCM-41. Переход сопровождается исчезновением магнитострикционного структурного искажения, увеличением параметра ячейки, появлением внутренних напряжений и увеличением амплитуды атомных колебаний. Такое поведение в MnO ранее никогда не наблюдалось.

Показано, что отсутствие регулярной атомной решетки в MnO внутри матрицы MCM-48 c гироидальной системой каналов не влияет на параметры магнитного перехода.

Влияние ”ограниченной геометрии” на атомные колебания проявляется разным образом: это уменьшение коэффициента теплового расширения, увеличение амплитуды атомных колебаний, появление эффектов взаимодействия со стенками пустот. Исследования магемита показали, что с понижением температуры внутренние напряжения уменьшаются, поскольку оксид ”сжимается” быстрее, чем матрица. Вместо ожидаемого ”замерзания” тепловых колебаний с понижением температуры их амплитуда увеличивается.

В Se, наноструктурированном внутри пористого стекла, обнаружены спонтанная деформация формы наночастиц и появление внутренних напряжений при низких температурах. Возникающее взаимодействие наночастицы и матрицы приводит к необычному ”замерзанию” атомных колебаний вдоль гексагональной оси, в то время как колебания в перпендикулярной плоскости сохраняются.

Наночастицы свинца внутри пористого стекла имеют вытянутую форму вдоль оси пор. При приближении к точке плавления амплитуда атомных колебаний вдоль оси пор увеличивается, в то время как амплитуда в перпендикулярном направлении не меняется из-за влияния стенок. Модификация спектра колебаний из-за размерного эффекта приводит к появлениюаномалий в температурной зависимости амплитуды колебаний и подавлению эффекта Грюнайзена.

В качестве примера другого типа ”ограниченной геометрии” представлено исследование магнитного порядка в тонкой эпитаксиальной пленке MnF2, выращенной методом молекулярно-лучевой эпитаксии в орторомбической модификации, которая в обычных условиях нестабильна.

Магнитные моменты образуют антиферромагнитную структуру с моментами параллельно плоскости пленки, похожуюна структуру в обычной, тетрагональной фазе. Критические параметры соответствуют обычному трехмерному поведению, что объясняется большой толщиной пленки.

В ферромагнитных нанокристаллических сплавах FINEMET нейтронографические измерения в магнитном поле позволили с достаточной точностью определить магнитный момент и структуру (стехиометрию) при одной температуре.

Основное содержание диссертационной работы изложено в следующих публикациях:

[1] I. V. Golosovsky, I. Mirebeau, E. Elkaim, D. A. Kurdyukov and Y. A.

Kumzerov. “Structure of MnO nanoparticles embedded into channeltype matrices.” Eur. Phys. J. B, 47, (2005), 55–62.

[2] I. V. Golosovsky, I. Mirebeau, F. Fauth, M. Mazaj, D. A. Kurdyukov and Yu. A. Kumzerov. “High-resolution x-ray diffraction study of MnO nanostructured within a MCM-48 silica matrix with a gyroidal system of channels.” Phys. Rev. B., 74, (2006), 15440–1–5.

[3] И. В. Голосовский, M. Tovar, U. Hoffman, I. Mirebeau, F. Fauth, Д.

А. Курдюков, Ю. А. Кумзеров. “Дифракционные исследования кристаллической и магнитной структуры оксида железа -Fe2O3 наноструктурированного в пористом стекле.” Письма в ЖЭТФ, 83(7), (2006), 356–360.

[4] B. Dorner, I. Golosovsky, Yu. Kumzerov, D. Kurdukov, A. Naberezhnov, A. Sotnikov, S. Vakhrushev. “Structure of KD2PO4 embedded in a porous glass.” Ferroelectrics, 286, (2003), 213–219.

[5] I. V. Golosovsky, I. Mirebeau, G. Andr, D. A. Kurdyukov, Yu. A.

Kumzerov and S. B. Vakhrushev. “Magnetic ordering and phase transition in MnO embedded in a porous glass.” Phys. Rev. Lett., 86, (2001), 5783–5786.

[6] I. V. Golosovsky, I. Mirebeau, V. P. Sakhnenko, D. A. Kurdyukov and Y. A. Kumzerov. “Evolution of the magnetic phase transition in MnO confined to channel type matrices. Neutron diffraction study.” Phys.

Rev. B, 72, (2005), 144409–1–5.

[7] I. V. Golosovsky, D. Aron, Z. Jaglii, P. Cevc, V. P. Sakhnenko, D.

A. Kurdyukov and Y. A. Kumzerov. “ESR of MnO embedded into the silica nanoporous matrices with different topology.” Phys. Rev. B, 72, (2005), 144410–1–6.

[8] И. В. Голосовский, И. Мирбо, Ж. Андре, М. Товар, Д. М. Тоббенс, Д. А. Курдюков, Ю. А. Кумзеров. “Магнитный фазовый переход в антиферромагнетике CoO наноструктурированном в пористом стекле.” Физика твердого тела, 48, (2006), 2010–2013.

[9] I. V. Golosovsky, I. Mirebeau, F. Fauth, D. A. Kurdyukov, Yu. A.

Kumzerov. “Magnetic structure of hematite nanostructured in a porous glass.” Solid State Communications, 141, (2007), 178–182.

[10] I. V. Golosovsky, I. Mirebeau, F. Fauth, D. A. Kurdyukov and Yu.

A. Kumzerov. “Low-temperature phase transition in nanostructured MnO embedded within the channels of MCM-41-type matrices.” Phys.

Rev. B., 74, (2006), 054433–1–5.

[11] I. V. Golosovsky, O. P. Smirnov, R. G. Delaplane, A. Wannberg, Y. A.

Kibalin, A. A. Naberezhnov and S. B. Vakhrushev. “Atomic motion in Se nanoparticles embedded into a porous glass matrix.” Eur. Phys.

J. B, 54, (2006), 1434–6028.

[12] I. V. Golosovsky, R. G. Delaplane, A. A. Naberezhnov and Y. A.

Kumzerov. “Thermal motion in lead confined within a porous glass.” Phys. Rev. B, 69, (2004), 132301–1–4.

[13] И. В. Голосовский, Н. С. Соколов, А. К. Кавеев, М. Боем, И. Ногес, С. Наннароне. “Магнитный порядок в эпитаксиальном слое MnFс орторомбической структурой.” Письма в ЖЭТФ, 83(4), (2006), 185–188.

[14] I. Golosovsky, Gy. Torok, E. I. Maltzev, I. Mirebeau. “Neutron diffraction study of nanocrystalline alloys Fe73.5CuNb3(Si,B)22.5.” Physica B, 276-278, (2000), 918–919.

[15] A. V. Fokin, Yu. A. Kumzerov, N. M. Okuneva, A. A. Naberezhnov, S. B. Vakhrushev, I. V. Golosovsky and A. I. Kurbakov. “Temperature Evolution of Sodium Nitrite Structure in a Restricted Geometry.” Phys. Rev. Lett., 89, (2002), 175503–1–4.

[16] I. Golosovsky, V. Dvornikov, T. Hansen, A. FokinII, E. Koroleva, L.

Korotkov, A. Naberezhnov and M. Tovar. “Structure and Conductivity of Nanostructured Sodium Nitrite.” Solid State Phenomena, 115, (2006), 221–228.

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 ||






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