WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |

фоне которого угадывается слабая петля гистерезиса [2]. Если направление доменов наклонно или перпенРезкое уменьшение ферромагнитного вклада и переход дикулярно поверхности образца, то, если приложить к диамагнитному поведению наблюдаются тогда, когда внешнее магнитное поле B параллельно поверхности, структурные исследования детектируют начало разруше- направление намагниченности изменится, и это будет ния фуллереновых каркасов [2]. еще одним доказательством внутренней природы сигнала. Действительно, приложение поля 0.01 Т существенно меняет изображение в районах A и B, а районе C 4.6. Магнитные домены в полимеризованных приложение поля никак не отражается на контрасте фуллеренах изображения. В районах A и B изображение меняется Полимеризованные фуллерены были просканированы также при изменении направления магнитного поля.

методом протонно-индуцированного рентгеновского из- Площадь, занятая доменами A и B типа, составляет лучения PIXE, и были получены карты распределения 30% от площади исследованной беспримесной области.

элементов в приповерхностных слоях до глубины Таким образом, полимеризованный C60 представляет микрометров. Основными загрязнениями являлись собой смесь магнитных и немагнитных частей, и только элемента: кальций, переходящий с рук экспериментато- часть образца вносит вклад в суммарную величину ров, и железо, попадающее с пинцета и инструментов намагниченности.

для раскалывания образцов. Тем не менее присутствовали чистые области с линейными размерами около 4.7. Ферромагнетизм в других фуллереновых 250 микрометров и концентрацией железа, кобальта и структурах никеля за пределами чувствительности методики, т. е.

< 1 мкг/г. Методом магнитной силовой микроскопии Черты ферромагнитного поведения при комнатной MFM в беспримесных углеродных областях были обна- температуре наблюдались не только в полимеризованружены 3 типа областей, различающихся по магнитным ных фуллеренах, но и в других структурах на основе свойствам [4]. фуллеренов. Одним из первых было сообщение о расВобласти A (рис. 16, a) поверхностная шероховатость творе органических полимеров, в который фуллерен был не превышает 60 нм, и наличие магнитных доменов введен методом ультразвукового рассеяния. После испаникак не коррелирует с топографией. Направление на- рения раствора оставалась пленка фуллеренсодержащемагниченности в этих областях наклонно к поверхности. го полимера с ферромагнитными свойствами, которые Стенки доменов почти параллельны друг другу. Име- были отнесены на счет радикал-аддуктов C60Rn (R = H, ются домены двух типов: широкие и узкие, 2мкм и F, CF3) [126].

0.6 мкм, но длина доменов всегда 20 мкм. Область B Гибриды фуллеренов C60H36, полученные методом беспримесного района (рис. 16, b) — волнообразные трансферной гидрогенизации, при комнатной тем2 Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 658 Т.Л. Макарова пературе имеют намагниченность насыщения Ms = Для соблюдения объективности сразу же отметим, что = 0.04 ед. СГС · Гс/г, при этом все другие композиции магнитные свойства материалов можно очень сильно диамагнитны [127]. В другой работе [7] был обнаружен изменить механическим воздействием без изменения ферромагнетизм в структуре C60H24. 12 образцов C60Hx элементного состава. Такие воздействия, как высокое (24 x 32) были приготовлены под давлением при давление, растирание, размалывание, генерируют раизбытке водорода, при этом каждый образец обладал дикалы, а также равномерно перераспределяют примеснелинейной зависимостью намагниченности с коэрци- ные кластеры железа. Особым образом приготовленный тивной силой около 100 Э. Намагниченность насыщения ультрадисперсный порошок будет притягиваться к магбыла очень слабой, однако у трех образцов она была ниту — мы экспериментально проверили этот эффект на существенно выше, чем у остальных образцов партии: угле, стекле, алюминии, траве и торфе.

0.046, 0.054 и 0.16µB/C60. Все три образца были синте- Специальные добавки железа к активированному углероду показали, что его влияние на магнитные свойзированы при идентичных условиях, имели одинаковую ства не проявляются до концентрации железа, равной композицию C60H24 и гцк-кристаллическую решетку.

Ферромагнитные свойства гидрогенизированных фулле- 6–8% [129]. В другой работе исследовалось разложение ренов слабеют со временем, и через год образец перехо- органического вещества PDA с различным содержанием железа, от 3.5 до 2200 ppm, и анализу подвергались дит в диамагнитное состояние, причем методы анализа не детектируют изменений в составе и кристалличе- магнитные свойства продуктов реакции. Резкий переход от диамагнитного к парамагнитному поведению и нелиской структуре. Кривые (H) идентичны в диапазоне 80-300 K, и точка Кюри лежит существенно выше ком- нейная намагниченность наблюдались при изменении концентрации железа в исходном материале от 2000 до натной температуры; как и в случае полимеризованных фуллеренов, это находится в противоречии с малы- 2100 ppm [130].

Сообщение о ферромагнетизме фрагментов гигантскоми значениями намагниченности. Можно рассматривать го метеорита Каньон Дьябло [122] заставляет посмотразличные модели, основанные на ферримагнетизме, скосе магнитных моментов или слабом ферромагнетиз- реть на проблему с другой стороны. В данной работе ме, однако временной переход в диамагнитное, а не ан- магнитные свойства изучались на графите с вкраплениями магнетита. Графит — полуметалл (semi-metal), тиферромагнитное состояние, а также сильный разброс магнетит — полуметалл (half-metal), и выравнивание значений намагниченности от образца к образцу говорит химического потенциала для электронов с различной в пользу магнитных островков в немагнитной матрице.

направленностью спина на границе раздела приведет к полной спиновой поляризации соседних углеродных 5. Роль примесей в магнетизме атомов. Если спиновое расщепление графитовых зон углеродных структур составит несколько десятых эВ, то уровень Ферми переместится в область с более высокой плотностью Основной вопрос, возникающий при изучении магне- состояний и будет поддерживать поляризацию спинов.

тизма углеродных структур, относится к роли металли- Таким образом, включения магнетита оказываются окруческих примесей. Caveat emptor [128] — предостереже- женными шубой спиновой поляризации, затухающей по ние об ошибке, — сделанное на ранних стадиях изучения закону exp(-(r - r0)/s). Из измерений намагниченноорганических магнитов, не теряет своей актуальности.

сти получается, что постоянная затухания s = 5нм. Это Железо составляет 5% земной коры, а углерод меньше вполне разумная величина, учитывая, что фермиевская 0.01%, и любая бытовая органика содержит сотые доли длина волны в графите составляет 10.6 нм. Идея индуципроцента железа, хотя и не превращается в ферромаг- рованного магнетизма в графите очень привлекательна нитный материал. Каждая из цитируемых здесь работ как в теоретическом, так и в практическом плане. Если содержит примесный анализ и следующие основные ар- модель верна, то, вводя малое количество железа в гументы. Если примесные атомы железа, составляющие, углеродные структуры, можно получать легкие, дешевые как правило, 20–100 ppm, равномерно распределены в и биосовместимые магниты.

материале, то они не могут дать вклада в намагни- Что касается полимеризованных фуллеренов, то к ним ченность из-за больших расстояний и невозможности данную модель применить сложно. Ферромагнитные доосуществить обменное взаимодействие. Если предполо- мены наблюдались на областях с линейными размерами жить, что ферромагнитные свойства возникают потому, около 250 мкм, где не было зарегистрировано никаких что при данных технологических процессах происходит атомов, кроме углеродных, при чувствительности аппакластеризация атомов железа, расчетный результирую- ратуры 1 ppm. Можно ли предположить, что источником щий момент, учитывающий все металлические атомы, магнитного контраста в чистых областях все-таки являвсегда оказывается на 1–3 порядка меньше экспери- ются примеси При нулевых внешних полях нельзя ожиментального. „Примесная“ модель не может объяснить дать полей, распространяющихся на сотни микрометров зависимости магнитных свойств от технологии, концен- от гранул железа, которые сами размером не более трации водорода или кислорода, изомерного состава, микрометра. Предположим все же, что находящиеся кристалличности, гибридизации углеродных атомов. вдалеке примеси железа обеспечивают внешнее поле Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. Магнитные свойства углеродных структур (гипотеза 1). Но магнитные домены возникнут только в магнитном материале, а элементный анализ показывает, что с точностью 1 мкг/г материал является чистым углеродом. Тогда примем другую гипотезу: железо является триггером, превращающим углерод в магнитный материал (гипотеза 2). Эффект магнитной близости может наблюдаться на расстояниях до 100 нм от вкраплений магнитного вещества. В областях, занятых магнитными доменами, расстояние до ближайшего примесного кластера превышает 0.1 мм. В направлении, нормальном плоскости, примеси не были обнаружены в пределах глубины проникновения PIXE, составляющей 36 мкм.

Если не принимать третью гипотезу, состояющую в том, что макроскопический магнетизм в полимеризованном C60 обеспечивается примесями, составляющими менее Рис. 17. Рентгеновские дифрактограммы C60, полимеризо1мкг/г (гипотеза 3), то приходится признать, что магванного при температуре, близкой к пределу температурной нитным материалом является чистый углерод [4].

стабильности молекулы (1); тот же образец после отжига в течение 3 ч при температуре 800 K (2).

6. Модели магнетизма фуллеренов Как показано выше, модели магнетизма углерода существенно слабее, чем связи самого каркаса: хотя разнообразны: от расчетов идеальной графиталмазной считаются алмазоподобными, однако гораздо слабее, структуры с ферромагнитным взаимодействием или фер- направлены под прямым углом, а не 109.45, как в ромагнетизма за счет топологических дефектов в струк- алмазе, и распадаются при нагреве до 560 K. Вполне возтуре графита до эффектов магнитной близости, инду- можно, что именно эти связи являются слабым местом цированных металлическими примесями. Тем не менее полимеризованной структуры и могут быть источником нельзя сказать определенно, какая из моделей может неспаренных спинов. Ферромагнетизм наблюдали не быть применена к описанным экспериментальным фак- только в фуллеренах на грани развала, но и в структурах, там. Полимеризованный C60 — сравнительно простая где целостность каркаса не подвергалась сомнению: в структура, и возможно, что его изучение поможет найти гидрированных фуллеренах, соединениях с палладием, механизмы возникновения магнитного упорядочения в диспергированном C60 в полимерной матрице.

углероде.

Cитуацию, в которой некоторое количество молекул Первый атрибут полимеризации фуллеренов: из исход- разрушено или повреждено, тоже необходимо прининых sp2.2-гибридизованных фуллеренов создается струк- мать во внимание. В первой работе утверждалось [1], тура, содержащая чередующиеся sp2- и sp3-гибридизо- что магнетизм полностью исчезает после деполимеризаванные атомы. ции, однако в дальнейшем [131] это утверждение было Вторая особенность полимеризации — определенная скорректировано. Намагниченность необратимо уменьориентация молекул. Было неоднократно показано, что шается после отжига, но уменьшение индивидуально именно ориентация C60 играет важнейшую роль в воз- для каждого образца. Один из образцов потерял только никновении обменного взаимодействия. 2% намагниченности, при этом рентгеновские дифракТретья особенность свойственна не процессу полиме- тограммы после отжига не изменились и по-прежнему ризации, а конкретным процессам, при которых прово- отвечали ромбоэдрической фазе полимеризованного C60.

дились эксперименты: ферромагнитная фаза формиру- Этот результат нетривиален, поскольку обычно ромется при условиях, чрезвычайно близких к условиям боэдрическая фаза деполимеризуется при 560 K. На разрушения фуллеренов. Можно рассматривать два типа рис. 17 показан пример таких исследований: образец дефектов: дефекты самой молекулы или разрыв межфул- полимеризованного C60, прогревавшийся в течение 3 ч лереновых связей. Оба типа дефектов свойственны как при температуре 800 K, потерял 20% намагниченности, полимеризованным под давлением фуллеренам, так и при этом он не разложился на исходные фуллерены. Вефототрансформированной фазе, поэтому нельзя прене- роятно, фаза, формирующаяся при критических условибрегать ни одной из возможностей. ях, отличается повышенной структурной стабильностью, В пользу неповрежденных фуллеренов говорят сле- которая сопровождается магнитной стабильностью.

дующие факты. В случае фуллеренов, полимеризован- Облучение фуллеренов видимым и ультрафиолетовым ных высоким давлением, температура формирования излучением, казалось бы, не должно затрагивать целостферромагнитной фазы приблизительно на 100 K ниже, ность самих молекул. Однако неоднократно описывачем температура развала фуллеренового каркаса. Связи, лось, что фотовозбуждение системы C60–O2 приводит которыми соединены молекулы в полимерную фазу, к формированию карбонильных структур, а при интен2 Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 660 Т.Л. Макарова Рис. 18. Карта давлений и температур, необходимых для приготовления различных углеродных фаз из фуллеренов C60 [132].

Крупными черными точками показаны условия, при которых были получены фазы, обладающие спонтанной намагниченностью.

сивном облучении — к распаду углеродных молекул и часть порошком из той же ампулы, который содержался формированию аморфного углерода. на воздухе в течение 24 ч. Результаты магнитных измеЕсли мы полагаем, что изменение магнитных свойств рений показывают, что присутствие кислорода в исходфуллереновых пленок обусловлено дефектами, то ста- ном материале отрицательно сказывается на магнитных новится ясной параллель между магнетизмом фуллере- свойствах: намагниченность насыщенного кислородом нов, полимеризованных светом и давлением. Рассмот- материала втрое меньше.

Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 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.