Введение к работе
Актуальность темы исследования. Малые магнитные частицы
обладают специфическими, зачастую уникальными, особенностями
и определяют характеристики таких материалов, как магнитные
основы для записи и хранения информации, феррожидкости,
кластерные структуры, пигменты красителей, некоторые
катализаторы и т.д. Основные эффекты, характерные для
системы малых (размером 5-50 нм) частиц являются следствием,
прежде всего, того, что такая частица обычно образует
единственный магнитный домен. При уменьшении размеров
однодоменных частиц возрастает вероятность того, что тепловое
движение в самой частице приведет к неустойчивости ее
намагниченности; при этом магнитные моменты атомов остаются
параллельными друг другу, а направление суммарного
магнитного момента флуктуирует. Это явление получило
название суперпарамагнетизма [1]. Другой специфической чертой
малых объектов является относительно большое удельное
количество атомов, расположенных вблизи поверхности частицы (для
частиц размером менее 10 нм доля таких атомов составляет
примерно 10-15%) , что также может оказывать существенное
влияние на их физические свойства [2]. Существует еще одна
интересная особенность, характерная для малых магнитных
частиц, - возможность квантового туннелирования вектора
магнитного момента частицы из метастабильных состояний,
обусловленных магнитной анизотропией [3j. Подобные
особенности физических свойств малых магнитных частиц
интересны сами по себе и, в частности, приводят к качественному
изменению отклика таких магнитных систем на внешнее
возмущение [4]. Таким образом, процессы перемагничивания и
изучение поведения мелкодисперсных магнитных систем в
переменных полях представляют собой одну из важных областей
исследования магнитных материалов. В последние годы появился
ряд работ, например [5,6], по стохастическому резонансу (СР) -
явлению, заключающемуся в прохождении через максимум отклика
бистабилыюй системы на внешнее' периодическое возмущение при
монотонном увеличении интенсивности шума. Так как малая ферро
(ферри-) частица с магнитной анизотропией типа "легкая ось" (ЛО)
представляет собой пример бистабильной системы, двум
устойчивым состояниям которой соответствуют две
противоположные ориентации ее магнитного момента вдоль оси легкого намагничивания, то справедливо предположение о возможности реализации СР в такой системе. Концепция СР была впервые перенесена в область мелкодисперсного магнетизма в работах 17-9), где были предложены также возможные экспериментальные методы по наблюдению эффекта СР в малых магнитных частицах. В этих работах рассматривался тепловой шум - надбарьерные скачки вектора намагниченности. Подбарьерные (туннельные) переходы в мезоскопических контактах в условиях СР
изучались в [10]. В работе [11] рассмотрен случай чисто квантового шума (при полном отсутствии термической активации), природа которого определяется явлением макроскопического квантового туннелирования намагниченности. Возникновение такой ситуации в системе однодоменных одноосных частиц возможно при наличии внешнего постоянного магнитного поля, приложенного перпендикулярно ЛО.
Цель работы. Основной замысел всей работы состоит в
систематическом исследовании динамики намагниченности
мелкодисперсных магнитных систем в условиях СР. Мы ставим перед собой следующие задачи :
- Анализ поведения намагниченности системы суперпарамагнитных
частиц с магнитной анизоторопией типа ЛО, подверженных
воздействию переменного поля. Обнаружение условий реализации
явления СР в такой системе, определение оптимального диапазона
изменения внутренних и внешних параметров, в котором
достигается максимальный эффект СР.
Рассмотрение динамической восприимчивости в системе суперпарамагнитных частиц в условиях СР. Учет непрерывного изменения вектора магнитного момента. Исследование явления СР с точки зрения возможного механизма усиления переменного сверхтонкого поля в мелкодисперсных магнетиках.
Изучение подбарьерной (туннельной) динамики намагниченности малых магнитных частиц. Рассмотрение на ее основе явления СР в системе однодоменных частиц при слабой термической активации и при полном ее отсутствии. Определение параметров реальных магнитных систем, позволяющих наблюдать СР в квантовом режиме.
Научная и практическая ценность. Анализ явления СР
позволяет определить область максимального взаимовлияния шума и сигнала в магнитной системе. В этих условиях происходит качественное изменение характера ряда известных проявлений магнетизма. Например, по качественно новому механизму осуществляется перемагничивание таких материалов, следует также говорить об особом характере изменения сверхтонкого поля в них под влиянием внешнего переменного поля. Явление СР, будучи по существу фундаментальным свойством магнитных систем в определенных условиях, может в дальнейшем составить основу метода исследования большого класса магнитных материалов, результата их обработки, процессов деградации и т.д. Научная апробация. Основные результаты работы докладывались на семинарах кафедры физики твердого тела КГУ, ежегодных итоговых научных конференциях КГУ в 1994-1997 г., а также на
Пятом международном совещании по ядерно - спектроскопическим исследованиям сверхтонких взаимодействий, сентябрь 1993, г.Дубна.
Двадцать седьмом конгрессе "AMPERE", август 1994, г.Казань.
Второй республиканской конференции молодых ученых и специалистов, июнь 1996, г.Казань.
Республиканской научной конференции "Проблемы энергетики", февраль 1997 г., Казань.
Работа выполнена при частичной поддержке Международного Научного Фонда (гранты NNT000, NNT300) и Российского Фонда Фундаментальных Исследований (грант № 95-02-05762). Публикации. По-теме диссертации опубликовано 5 статей и 10 тезисов докладов.
Структура работы. Диссертация состоит из введения,
четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы из 122 наименований. Общий объем работы - 135 страниц машинописного текста.
Похожие диссертации на Исследование восприимчивости мелкодисперсных магнетиков
