WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 8 |

4.2. Ферромагнитный графит Существуют как теоретические оценки, так и экспериментальные доказательства того, что электронные нестабильности в графите могут привести к появлению сверхпроводящих и ферромагнитных корреляций при высоких температурах. Причинами магнитного упорядочения могут стать появление кривизны поверхности, структурный беспорядок и границы зерен в графеновых Рис. 12. Предполагаемый механизм образования аморфплоскостях. Предсказывается, что в случае сильного тоного углерода из азотсодержащего исходного материапологического беспорядка ферромагнетизм будет предла [100]: исходные амины пиролиз (левая ветвь) углеродпочтительней антиферромагнетизма, поскольку присутные вещества осаждение аморфный углерод; (правая ствие пентагонов и гексагонов разрушает антиферроветвь) (H • + • CH3) травление графит.

магнитное упорядочение. Может, однако, оказаться, что ферромагнетизм будет подавлен другими нестабильностями иного типа, сверхпроводящими, что будет опреных закономерностей образцы ферромагнитного угле- деляться соотношением между короткодействующими рода подвергались различным дозам плазменной обра- спин-зависящими взаимодействиями и дальнодействуюботки, после которой измерялись процентное содержа- щими спин-независящими связями [8].

ние аморфного углерода и значения намагниченности.

В эксперименте гистерезисная кривая сверхпроводяМежду этими параметрами обнаружено однозначеное щего типа на фоне сильного диамагнитного сигнала соответствие: чем больше содержание аморфного уг- наблюдается в поле, приложенном вдоль оси c (H c).

лерода, тем выше спонтанная намагниченность [120]. Если поле приложено параллельно базальной плоскости Вторая закономерность была подмечена при изучении графита (H c), то наблюдаются зависимости M(H) Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 654 Т.Л. Макарова ферромагнитного типа, причем, намагниченность прямо пропорциональна объему образца [9]. Отжиг в атмосфере гелия в несколько раз повышает величину намагниченности. Измерения ферромагнитных свойств в различных хорошо охарактеризованных образцах графита доказали углеродное происхождение сигнала. Механизм явления связан либо с топологическими дефектами, такими, как границы зерен и краевые состояния, либо с зонным магнетизмом электронного газа, обладающего сильным электрон–электронным взаимодействием [20].

Исследование метеоритного графита [122], имеющего в своем составе железосодержащие минералы, показало, что суммарная экспериментальная намагниченность в 1.5 раза превосходит расчетную даже при использовании самых завышенных оценок вклада железа. По мнению авторов, эффект может быть объяснен только ферромагнитным графитом, составляющим более половины метеоритного вещества и обладающим средним моментом 0.05µB на атом углерода. Температурная зависимость намагниченности насыщения указывает на несколько фазовых переходов, которые относятся к железу и окислам, однако переход при 570 K интерпретируется как температура Кюри внеземного графита. В происхождении эффекта могли играть роль особые способы формирования, химическое легирование, ударные воздействия, приводяцие к созданию большого числа взаимодействующих дефектов в углероде. Авторы считают, что наиболее правдоподобной версией магнитного упорядочения в графите является индуцирование магнитного момента ферромагнитными включениями.

На высокоориентированном пиролитическом графите можно получить ферромагнитные пятна бомбардировкой протонами [123]. Исследования методом магнитной силовой микроскопии показали, что в облученной области появляется магнитный сигнал, который изменяется в приложенном внешнем поле. Чрезвычайно высокая воспроизводимость результатов на специальных беспримесных образцах доказывает углеродное происхождение сигнала. В качестве причин авторы называют внесенный беспорядок с частичным переходом из sp2- в sp3-гибридизацию; при этом они указывают на важность присутствия водорода для индуцирования ферромагнетизма, так как аналогичные эксперименты с ядрами гелия не Рис. 13. Магнитные свойства фототрансформированных фулприводят к появлению магнитного контраста.

леренов. Вверху: магнитная восприимчивость порошка C60:

a — исходный, b — экспонированный светом в отсутствие кислорода, c, d — экспонированный светом в присутствии 4.3. Фуллерены, полимеризованные кислорода в течение: c — 48 ч, d — 720 ч. Внизу: петли излучением намагничивания для образцов c и d [6].

Впервые ферромагнетизм полимеризованных фуллеренов был описан в 1996 году. Облучение кристаллов C60 сильным светом ксеноновой лампы в присутствии облучался в запаянной ампуле и в пределах точности кислорода приводит к появлению нелинейной полевой измерений не изменил магнитных свойств [6].

зависимости намагниченности кристаллов с отчетливым Исходный ван-дер-ваальсов кристалл фуллерена диагистерезисом [5]. Такой же результат был получен в повторном эксперименте: образцы были подвергнуты магнитен (рис. 13, кривая a). Значение восприимчивости облучению светом галогеновой лампы с интенсивностью почти не зависит от температуры, за исключением I = 10 мВт/см2 в течение 30 дней. Контрольный порошок низких температур, при которых становится заметным Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. Магнитные свойства углеродных структур парамагнитный член P 1/T. Выдержка фуллерена в показывают, что концентрированная ферромагнитная фатемноте при доступе кислорода увеличивает величину за представляет собой орторомбическую фазу полимерипарамагнетизма Кюри, обусловленного, по всей вероят- зованного C60.

ности, интеркалированным кислородом; возможно, что некоторый парамагнитный вклад вносят дефекты фулле4.4. Фуллереновые пленки рена (рис. 13, кривая b).

Проводились исследования, направленные на визуалиТемпературная зависимость магнитной восприимчивозацию магнитного отклика. Пленки C60 засвечивались сти существенно меняется, если исследуемые кристаллы лучом аргонового лазера с энергией кванта h = 2.4эВ, подвергали воздействию видимого света при доступе интенсивностью I = 1Вт/см2, дозой облучения 105 фокислорода. В таком случае магнитная восприимчивость тонов на молекулу C60. Исходные пленки C60 показали меняет знак и становится положительной во всем полное отсутствие магнитных доменов. На незасвечендиапазоне температур (рис. 13, кривая c). Величина ной области было обнаружено несколько топографичевосприимчивости увеличивается со временем облучения ских неоднородностей, но они не дали никакого сигнала (рис. 13, кривая d).

в магнитной микроскопии. Напротив, в засвеченной У фуллеренов, облученных в присутствии кислоролазерным лучом области обнаружен слабый, но нетривида, наблюдается нелинейная кривая намагничивания.

альный магнитный сигнал, усиливающийся на границах Значение намагниченности насыщения увеличивается с зерен (рис. 14).

временем облучения (см. рис. 13, нижняя панель).

Фотохимические реакции происходят в поверхностКристалл C60, содержащий кислород в межфуллереных слоях пленок и кристаллов. Совместное воздейновых пустотах, можно вернуть в исходное состояние:

ствие лазерного излучения и кислорода на поверхность интеркалированный кислород удаляется при нагреве до фуллереновых пленок приводит к следующим процес450 K в динамическом вакууме. Полимеризованный C60, сам: 1) фуллерены объединяются в полимеризованные не содержащий кислород, тоже можно вернуть в исходструктуры одномерного типа; 2) происходит частичное состояние прогревом до 480–560 K для различных ное окисление фуллеренов; 3) сформировавшаяся на типов полимеризации. Но кристалл не возвращается в поверхности пленка ковалентно связанных фуллеренов исходное состояние, если диффузия кислорода сопрорастрескивается с разрывами ранее сформированных вождалась воздействием видимого и ультрафиолетового межфуллереновых связей; 4) возможно образование излучения (или, что то же самое, полимеризация проводилась в присутствии кислорода). Отжиг в вакууме фототрансформированного фуллерена способен удалить только интеркалированный, но не химически связанный кислород. Было показано [5], что полученный в кислороде, а затем прогретый образец сохраняет нелинейный характер намагниченности, хотя парамагнитный фон в результате прогрева сменяется диамагнитным.

Кривые зависимости намагниченности от приложенного магнитного поля почти идентичны при температуре 5 K и при комнатной температуре. Далее значения намагниченности начинают убывать, оставаясь конечными до 800 K.

Количество полимеризованного материала, которое можно получить фотополимеризацией, неизбежно мало. Для полимеризации требуются фотоны с энергией, лежащей в области межзонных переходов. Межзонным переходам соответствует сильное поглощение, в результате глубина проникновения излучения очень мала и для разных длин волн составляет 100–500 фуллереновых слоев. Если облучать порошок C60 с размером гранул 10 мкм, то фототрансформация затронет лишь 1% объема фуллерена. Значения магнитного момента, полученные в работах [5,6], очень малы и не превышают 0.001µB на фуллерен. Малое значение намагниченности Рис. 14. Топографические (сверху) и магнитные (снизу) изобможно увеличить, растворив кристалл в толуоле [5].

ражения пленок C60. Слева: исходная пленка; видны дефекты При этом вымывается непрореагировавшая часть фулповерхности, не дающие вклада в магнитный сигнал. Справа:

леренов, а значение намагниченности нерастворимого пленка, засвеченная лазером; магнитное изображение повтоостатка увеличивается в 100 раз: 0.1µB на молекулу ряет топографическое. Размер областей 5 5мкм, глубина фуллерена. Рентгеновские и рамановские исследования сканирования 50 нм [6].

Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 656 Т.Л. Макарова Рис. 15. Нелинейные кривые намагничивания для C60, полимеризованного при давлении 9 ГПа и температуре 800 K [2]. Фото справа внизу: образец удерживается на магните (с любезного разрешения Р. Вуда, Уорвикский университет).

небольшого количества разупорядоченного sp2-углерода фиксированном значении поля 0.2 T и температурная вследствие разрушения каркаса молекул. зависимость остаточной намагниченности при H = после приложения поля 2000 Э дают одинаковую оценку Наибольший градиент магнитного поля достигается температуры Кюри: около 500 K.

в центре зерна и на его границах, и очевидно, что магнетизм пленок обусловлен какими-то из описанных Результаты данной работы были проверены и подтвервыше структурных изменений. Границы зерен — дефект- ждены другой группой [2]. Была изготовлена серия обные области, содержащие оборванные межфуллерено- разцов при давлении 6 ГПа и температурах 925–1125 K.

вые связи. Не исключается возможность присутствия Из всей серии нелинейная намагниченность наблюдана границах зерен дефектных молекул или даже об- лась только у образцов, приготовленных в очень узком ломков разрушенного фуллеренового каркаса, хотя их температурном диапазоне 1020 < T < 1065 K, но не у количество мало и спектроскопические методы этого не всех, а у 5 из 8 образцов. Один из образцов, приготовдетектируют.

ленный при 1055 K, имел величину намагниченности, в 4 раза большую, чем описано выше, и температуру Кюри TC = 820 K.

4.5. Фуллерены, полимеризованные Эксперименты с полимеризованными фуллеренами под давлением проводились и при других давлениях. При давлении 2.5 ГПа, которое благоприятно для формирования тетМагнитно-упорядоченная фаза возникает и в случае рагональной фазы, часто не чистой, а в смеси с ромполимеров, полученных под давлением. Впервые эта боэдрической, формируется парамагнитная полимеризофаза наблюдалась в ромбоэдрическом C60 (Rh-C60), приготовленном под давлением 6 ГПа и в очень уз- ванная фуллереновая фаза. У образцов, приготовленных ком диапазоне температур, несколько выше 1000 K. в диапазоне 1000 < T < 1075 K, наблюдались признаМаксимальное значение намагниченности было получе- ки магнитной упорядоченности [124]. Максимальный но на образце, приготовленном при 1075 K [1]. Кри- сигнал был получен на образце, полимеризованном вые намагниченности, измеренные в диапзоне полей при 1025 K. Образцы, приготовленные при температуре -2кЭ < H < 2 кЭ, практически идентичны для темпе- выше 1100 K, были диамагнитными, подобно графиту ратур 10 и 300 K. Остаточная намагниченность в обо- или неполимеризованному фуллерену. Обнаружено, что их случаях Mr = 0.015 ед. СГС · Гс/г, коэрцитивная сила время полимеризации существенно влияет на получение Hc = 300 Э. Насыщение намагниченности наблюдается в образцов с признаками ферромагнетизма. В течение полях 2 · 104 Э. При использовании эксперименталь- нескольких первых минут обработки под давлением ного значения концентрации спинов n = 5 · 1018 см-3 число неспаренных спинов возрастает, но, пройдя через магнитный момент оценивается как 0.4µB на элек- максимум, начинает убывать. Следовательно, магнитные трон. Температурная зависимость намагниченности при свойства очень чувствительны к длительности пригоФизика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. Магнитные свойства углеродных структур Рис. 16. Изображения градиента магнитного поля в беспримесном полимеризованном фуллерене. Область A (10 10 мкм) — параллельные магнитные домены на гладкой поверхности кристаллита. Область B (2.5 2.5мкм) — домены на границах кристаллитов. Область C (10 10 мкм) — отсутствие магнитной структуры [4].

товления образцов, и оптимальные условия получения домены, и можно проследить некоторую корреляцию ферромагнитной фазы следует искать в трехмерном между топологией и магнетизмом: основные максимумы p-T -t-пространстве [125]. в топографических и магнитных изображениях совпадаУвеличение давления до 9 ГПа приводит к сходным ют. Сравнение AFM и MFM результатов показывает, результатам. При температурах ниже 800 K образцы что наибольший градиент магнитных сил находится на диамагнитны, начиная с температуры 800 K на парамаг- границах кристаллитов. В этих областях направление нитный сигнал накладывается отчетливый магнитный ги- намагниченности почти перпендикулярно поверхности.

стерезис (рис. 15). Слишком высокая температура поли- Область C занимает 70% площади беспримесного райомеризации ведет к резкому переходу в диамагнетизм, на на, и в ней не обнаружено никаких магнитных доменов.

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 8 |



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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.