WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

дальнейшем уменьшении D резко падает величина коэрУстановлено, что ферромагнитное упорядочение в тацитивной силы. Это связано с увеличением вероятности кой системе имеет место для d2/d1 < 1. С увеличетепловых флуктуаций в направлениях магнитного монием радиуса частицы температура фазового перехода мента M частицы. Момент M стремится ориентироваться суперпарамагнетик–ферромагнетик Tl быстро приближавдоль направления легчайшего намагничивания, опреется к температуре Кюри объемного аналога. Так, для деляемого магнитной анизотропией частицы. Для повосистемы однодоменных частиц Co (p = 1, d2/d1 = 0.рота M из этого направления необходимо преодолеть и d2 = 3D/2) для D/2 = 2.5-3.5nm отношение Tb/Tc энергетический барьер величиной KV (V — объем чаувеличивается от 0.25 до 0.7.

стицы). Вероятность тепловых флуктуаций направлений Физической причиной, обусловливающей существовамагнитного момента возрастает, когда средняя тепловая ние (при d2/d1 < 1) или отсутствие (при d2/d1 1) энергия kBT (kB — постоянная Больцмана) делается ферромагнитного упорядочения в данной системе, являсравнимой с энергией анизотропии. При kBTb = KV ется конкуренция магнитодипольных взаимодействий ча(Tb — температура блокировки) ансамбль магнитных частиц. Все частицы, окружающие произвольно выбранстиц ведет себя по отношению к воздействию внешнего ную, условно разделяются на две группы в соответствии магнитного поля и температуры, подобно парамагнитнос занимаемым ими положением. Частицы одной группы му газу молекул, с той лишь разницей, что в ансамбле создают в месте расположения выбранной центральной магнитных частиц меняются направления магнитного частицы среднее дипольное магнитное поле, параллельмомента частиц, а не молекул. Это явление получило ное намагниченности, а частицы второй группы — анназвание суперпарамагнетизма [17], и оно приводит к типараллельное. Ферромагнитному упорядочению отвеследующей температурной зависимости коэрцитивной чает случай, когда вклад в суммарное дипольное поле силы [11]:

частиц первой группы превалирует над вкладом частиц Hc = Hc0 1 - (T /Tb)1/2.

второй группы, что имеет место при d2/d1 < 1.

Журнал технической физики, 2001, том 71, вып. 54 Г.И. Фролов Рис. 6. Наночастицы Au собраны в ОЦК решетку (a) и в t-ГЦК решетку (b).

Полученный результат показывает, что создание в си- рядка ниже энергии валентных связей, однако, если их стеме взаимодействующих магнитных наночастиц опре- много, они приводят к образованию прочных и вместе с деленного структурного порядка приводит к значи- тем гибко изменяющих свою структуру ассоциатов.

тельному увеличению температуры фазового перехода Наночастицы металлов относятся к высокоактивным суперпарамагнетик–ферромагнетик. Если к этому дообразованиям с сильно развитой поверхностью, что оббавить положительные эффекты от первого и второго условливает протекание всевозможных самопроизвольподходов увеличения анизотропии частиц, то можно ных процессов. Поэтому одной из важнейших задач являожидать значительного повышения температуры этого ется повышение их устойчивости. Это достигается приперехода даже для частиц размером 5nm.

менением различных стабилизаторов. Широко испольИсходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что зуется стабилизация наночастиц металлов с помощью в наногранулированных магнитных пленках с упорявысокомолекулярных соединений. В результате полудоченным расположением наночастиц можно получить чают композитные материалы, представляющие собой свойства, вытекающие из требований создания носиполимерную матрицу, в которой случайным образом растеля для продольной записи информации с плотнопределены ультрадисперсные частицы или кластеры [26].

стью > 1010 bit/cm2.

В последние годы внимание исследователей все больше привлекают ансамбли пассивированных металлических наночастиц, проявляющих способность к самоФормирование упорядоченной сборкам. Например, в работе [27] изучена структура, структуры в наногранулированных динамика и термодинамика ансамбля наночастиц золомагнитных пленках та, пассивированных алкилсилаксаном. Показано, что расположение и плотность монослоев, пассивирующих Для поиска путей решения этой задачи обратимся грани нанокристаллитов золота, проявляют организацию к успехам, достигнутым специалистами новой области молекулярных пакетов предпочтительной ориентации, химии, получившей название ”супрамолекулярная хи- которые при нагревании подвергаются обратимому пемия” [25]. Предметом изучения этой науки являются реходу от упорядоченного состояния к неоднородному синтез и исследование молекулярных, а также кластер- межмолекулярному распределению. Равновесная геоменых ансамблей, способных к самоорганизации. Если трия адсорбированных нанокристаллитов зависит от дликлассическая химия имеет дело главным образом с ны цепочки пассивационных молекул. Пассивация через реакциями, в которых происходят разрыв и образование короткую цепочку молекул Au140(C4H9S)62 приводит к валентных связей, то супрамолекулярная химия зани- формированию при комнатной температуре сверхрешетмается почти исключительно невалентными взаимодей- ки с ОЦК структурой (рис. 6, a), которая при нагревании ствиями: слабые водородные связи, электростатическое трансформируется в ГЦК решетку. При T = 300 K взаимодействие и т. д. Энергия этих связей на 1-2 по- равновесная структура сверхрешетки из нанокристаллиЖурнал технической физики, 2001, том 71, вып. Пленочные носители для устройств памяти со сверхплотной магнитной записью тов с формулой Au140(C12H25S)62 представляет собой тетрагонально искаженную ГЦК структуру (t-ГЦК на рис. 6, b). Сила сцепления сверхрешеток возникает преимущественно через взаимодействие между молекулами пакетов. Параметры образованных сверхрешеток составляют для ОЦК структуры (a 2.9nm), для t-ГЦК структуры (a = b 4.3nm, c 5.1nm). Подобные упорядоченные структуры могут быть стабильны до Рис. 7. Схема установки для напыления пленок из пучка T = 800-900 [28].

нейтральных кластеров: I — камера генерации кластеров, Дальнейшие работы в этом направлении показали, что II — труба для транспорта кластеров, III — камера детекна базе нанокристаллитов 3d-металлов также могут быть тора кластерных ионов, IV — напылительная камера; 1 — сформированы сверхрешетки [29]. Правда, используемая импульсный лазер, 2 — мишень, 3 — труба и клапан для технология приводит к тому, что в процессе получения импульсной инжекции гелия, 4 —сопло, 5 — скиммер, 6 — наночастицы 3d-металлов могут окисляться. Чтобы в поток кластеров, 7 — эксимерный лазер, 8 — ускорительные конечном продукте не было смеси частиц 3d-металлов сетки, 9 — поток кластерных ионов, 10 — детектор, 11 — и их окислов, первые удаляются с помощью магнитного подложка, 12 — испаритель материала матрицы, 13 — ионная сепарирования. Поэтому были получены и исследованы пушка для очистки подложки, 14 — оже-спектрометр, 15 — сверхрешетки, сформированные из наночастиц CoO. Ча- дифрактометр.

стицы имели форму тетраэдра (длина ребра 4.4nm) и были упакованы в сверхрешетки с ГЦК структурой (параметр решетки a 12 nm). При нагревании до 600C ния материала мишени используют импульсный лазер.

упорядоченная структура разрушается и вместо частиц Испаряемые атомы смешиваются с потоком буферного CoO образуется смесь нанокристаллитов Co2Cи Co3C.

газа и последующее расширение этой смеси при ее поОписанные выше материалы были получены химипадании через сопло в вакуум ведет к образованию клаческим методом (восстановление соединений металлов стеров. Для определения массы образованных кластеров в растворе в присутствии различных стабилизаторов).

используют времяпролетный масс-спектрометр. Перед Использование этого метода создает трудности при форэтим кластеры под воздействием излучения эксимерного мировании чисто магнитных материалов. Поэтому возлазера ионизируются, ускоряются и направляются в каникает необходимость для получения наногранулированмеру контроля. Поток нейтральных кластеров попадает ных магнитных пленок рассмотреть физический подход на подложку, помещенную в напылительной камере.

(фазовые превращения первого рода в отсутствие химиВзаимодействие кластерного пучка с подложкой завических реакций). Наибольшее распространение в этом сит от энергии взаимодействующих частиц [32]. Если подходе получили конденсационные методы, заключаюэнергия мала (< 1 eV/atom), кластер сталкивается с щиеся в ”сборке” наноразмерных частиц из отдельных поверхностью, подобно жидкой капле, так что на первой атомов (молекулярных и кластерных пучков) металла.

стадии процесса кластер прилипает к поверхности и Эти атомы коллективизируются, становятся зародышами образует с ней плоский контакт. Далее атомы наружной новой фазы через переходное состояние при достижении поверхности кластера расходятся по всей поверхности определенных размеров и появлении резко выраженной вследствие диффузионного движения. В результате на физической границы раздела.

поверхности подложки образуется тонкая пленка. Когда На первый взгляд наиболее подходит для решения энергия кластеров высока, их столкновение с поверхноэтой задачи технология, связанная с использованием стью вызывает сильный сдвиг соседних поверхностных кластерных пучков. Полученные таким способом матеатомов, что создает эрозию материала поверхности и его риалы представляют собой тонкие пленки, состоящие испарение. Поэтому для получения тонких пленок исиз инертной матрицы и внедренных в нее кластеров.

пользуют низкоэнергетические кластерные пучки. Если Эта технология была, в частности, реализована в раодновременно распылять в вакуумной камере материботах [30,31]. Для получения наногранулированных алы, то на подложке будет формироваться сложный пленок (в том числе и пленок 3d-металлов) авторы конденсат, представляющий собой ансамбль твердых использовали технику напыления низкоэнергетическим кластеров, внедренных в матрицу. С помощью данной кластерным пучком. Схема установки представлена на методики были получены наногранулированные пленки рис. 7.

различных материалов [30,31,33,34].

Эффективная генерация кластеров имеет место при неравновесных условиях, когда газ преобразуется в Однако методика получения наногранулированных конденсированную фазу в объеме путем охлаждения пленок 3d-металлов, использующая конденсацию низи процесс останавливается на промежуточной стадии. коэнергетического потока кластера, с одной стороны, Наиболее просто это достигается в случае свободного довольно сложна, а с другой стороны, не имеет очеистечения газа или пара из сопла, когда пучок кластеров видных преимуществ перед другими более простыми формируется в результате расширения газа. Для испаре- технологиями. Дело в том, что размеры нанокристаллиЖурнал технической физики, 2001, том 71, вып. 56 Г.И. Фролов мерно того же размера. Эти данные установлены по измерению удельного электросопротивления ”in situ” и исследований структуры, проведенных на туннельном и просвечивающем электронном микроскопе с большим разрешением. Параметры пленок 3d-металлов, полученные с помощью данной технологии, подобны свойствам пленок, осажденных из пучка кластеров: одинаковые размеры наночастиц, большая величина константы локальной анизотпропии, пониженное значение параметра обмена.

Рис. 8. Схема установки для напыления пленок из атомного Однако, наногранулированные пленки 3d-металлов, пучка: 1 — вакуумная камера, 2 — импульсный лазер, 3 — полученные методами конденсации кластерных и атоммишень (катод), 4 — кольцевой электрод (анод), 5 —подложка, 6 — конденсаторная батарея, 7 — устройство для заряда ных пучков, имеют малые значения коэрцитивной силы, конденсаторов, 8 — откачная система, 9 — система напуска что, естественно, связано с влиянием суперпарамагнитрабочего газа.

ного эффекта. Чтобы повысить температуру этого перехода, необходимо создать в них определенный структурный порядок. Для его формирования можно использовать высокую адсорбционную способность наночастиц к вытов в образовавшейся пленке зависят в основном не от сокомолекулярным соединениям: например, осаждение вида потока осаждаемого пара (атомный или кластерный металлических наночастиц проводить в соответствуюпоток), а определяются термодинамическими условиями щей атмосфере или параллельно распылять металл и формирования конденсата [30,31]. Поэтому при прочих полимер.

равных условиях из атомного и кластерного пучков В этом случае образование новой фазы связано с образуются нанокристаллиты одинаковых размеров.

фазовым переходом, но в синтезе конечного продукта Нами для получения наногранулированных принимают участие и химические реакции [26]. Тонкие магнитопленочных материалов предложен метод композитные пленки могут формироваться при одновреимпульсно-плазменного напыления в исходном вакууме менной полимеризации соответсвующих соединений и 10-6 Torr [35–40]. Схема установки представлена на вакуумном испарении металлов. Существуют следующие рис. 8. Особенностью используемого метода напыления варианты синтеза: распыление металлической мишени в является высокая импульсная скорость конденсации плазме тлеющего разряда полимера; совместное распы( 104 nm/s) при длительности импульса 10-4 s ление соединений, выполняющих функцию матрицы, с со скоростью охлаждения 108 K/s. Поскольку парами металлов. Могут быть варианты, когда пары необходимым условием получения нанокристаллических металлов и органического растворителя осаждают на систем является резкое переохлаждение пара [32], наша охлаждаемую подложку, а затем конденсат нагревают технология оказалась эффективным методом. Сущность до определенной температуры. Однако в большинстве технологического процесса заключается в том, что случаев продуктом этих методов являются структурно между водоохлаждаемым анодом и распыляемой неупорядоченные материалы. Очевидно, без специальмишенью из 3d-металла возникает плазма за счет ным образом подготовленной матрицы невозможен синразряда конденсаторной батареи высокой емкости в тез структурно-однородных нанокомпозитов. Поэтому парах распыляемой мишени. Исходное небольшое для отработки технологии получения наногранулированколичество паров получается предварительным ных магнитных пленок с упорядоченным расположением лазерным испарением мишени. Импульсное излучение наночастиц, совмещающей физический и химический твердотельного лазера ЛТИ-207 частично испаряет маподходы, требуется решение ряда задач, касающихся териал катода и тем самым создает среду, через которую вопросов формирования металлополимерной фазы и распространяется электрический ток. Испаренные атомы особенностей ее структуры при вакуумном осаждении ионизируются в плазме разряда. Образовавшиеся ионы конденсата.

атомов мишени бомбардируют катод, выбивая новую партию атомов. Процесс испарения продолжается в течение периода, превышающего длительность импульса Заключение лазера на 3-4 порядка.

Pages:     | 1 || 3 |



© 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.