Введение к работе
Актуальность темы. Создание нанокомпозитов и наноматериалов с заданными физическими свойствами и их изучение было и остается важной проблемой современного материаловедения. Большое внимание привлекают к себе магнитные наносистемы. Это связано с возможностью применения их в различных сферах деятельности: биомедицине [1], в магнитных устройствах хранения данных [2], в магнитоэлектронных устройствах. В биомагнетизме магнитные частицы используются для сортировки клеток, для исследования микромеханики клеток [3] и кручения молекул ДНК [4,5], для транспортировки лекарственных препаратов к определенным областям. В магнитных устройствах хранения информации изучаются самособирающиеся ферромагнитные частицы для магнитной среды с высокой плотностью данных. Помимо прикладного изучения нанострукрур, проводятся исследования фундаментального направления, позволяющие понять взаимосвязь между параметрами магнитной наносистемы и ее функциональными свойствами. Данные исследования дают возможность производить направленный поиск и оптимизацию процессов получения наноструктур для их дальнейшего практического применения. Большой спектр применений привел к заинтересованности в наночастицах с широким спектром магнитных свойств. Например, при создании магнитных устройств хранения информации особое внимание уделяют изучению анизотропных магнитных свойств наноструктур и их массивов.
Большое внимание уделяется изучению магнитных нанопроволок, так как они могут использоваться как магнитная среда с высокой плотностью записи, высокочувствительные магнитные датчики и в других приложениях.
Для того чтобы увеличить плотность записи, необходимо создавать магнитные среды с перпендикулярной ориентацией намагниченности в них. Одним из возможных вариантов такой среды являются массивы магнитных нанопроволок в немагнитных матрицах.
Целью диссертационной работы является исследование структуры электрохимически осажденных пленок, массивов нанопроволок и отдельных нанопроволок Ni и ее влияние на магнитные свойства (коэрцитивную силу, магнитную анизотропию, магнитную структуру и процессы перемагничивания) данных объектов.
Задачи работы:
-
исследовать структуру электрохимически осажденных массивов нанопроволок и отдельных нанопроволок Ni;
-
экспериментально установить зависимость коэрцитивной силы и приведенной остаточной намагниченности от ориентации внешнего магнитного поля в массивах нанопроволок Ni;
-
исследовать магнитную структуру и процессы перемагничивания недеформированных и деформированных одиночных нанопроволок Ni;
-
экспериментально установить распределение гранул по размерам в электроосажденных пленках Ni;
-
исследовать магнитные параметры и ориентацию спинов в зависимости от концентрации гранул в пленках Ni.
Научная новизна работы:
Показано, что анизотропия распределения нанопроволок приводит к магнитной анизотропии в плоскости массива.
Показано, что при деформации отдельных нанопроволок происходит объединение зерен и образование двойников. Анизотропия, наведенная деформациями, приводит к многодоменному состоянию с легкой осью намагниченности, направленной перпендикулярно оси нанопроволоки.
Установлена зависимость магнитных параметров от концентрации гранул в никелевых пленках. При увеличении концентрации гранул никеля CNi до 53 % коэрцитивная сила и приведенная остаточная намагниченность возрастают, а при CNi > 53 % Нс и М/М3 уменьшаются.
Установлено, что при увеличении размера гранул происходит переход магнитного состояния от вихревого к однодоменному. В агломератах реализуется много доменная магнитная структура.
Практическая значимость работы: полученные данные о процессах перемагничивания и доменной структуры наногранул и нанопроволок могут использоваться в разработке и совершенствовании устройств записи информации и магнитной логики, основанных на перемагничивании отдельных наноэлементов в массиве.
На защиту выносятся следующие положения:
1. В массивах Ni нанопроволок, полученных электрохимическим осаждением, ось легкого намагничивания составляет угол порядка 10
градусов с нормалью к плоскости образца. В результате этого, в плоскости массива имеется составляющая вектора намагниченности WW = 0,25.
-
Деформация индивидуальных нанопроволок приводит к перестройке кристаллической структуры. В мелкозернистых поликристаллических нанопроволоках при деформации происходит вращение зерен и их объединение с образованием двойников. Магнитная анизотропия, наведенная напряжениями, приводит к образованию многодоменной структуры с легкой осью, ориентированной перпендикулярно оси нанопроволоки.
-
В гранулированных пленках Ni, полученных электрохимическим осаждением, при концентрации гранул никеля CNi < 53 % преобладают одиночные гранулы, а при CNi > 53 % - агломераты из гранул. Коэрцитивная сила Нс и приведенная остаточная намагниченность MyMs зависят от концентрации гранул. При CNi = 53 % Нс и MyMs имеют максимальные значения.
-
В гранулированных пленках никеля, полученных электрохимическим осаждением, одиночные гранулы имеют вихревую магнитную структуру. В агломератах из нескольких гранул реализуется многодоменная магнитная структура.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по физике (г. Владивосток, 2010, 2011), The Ninth Russia-Japan Seminar on Semiconductor Surfaces, RJSSS-9 (Владивосток, 2010), Moscow International Symposiumon Magnetism (Москва, 2011), Десятой региональной научной конференции «Физика: Фундаментальные и прикладные исследования, образование» (Владивосток, 2011), IEEE International Magnetics Conference, Intermag 2012 (Ванкувер, 2012), Международном научном форуме студентов, аспирантов и молодых ученых стран Азиатско-Тихоокеанского региона -2012 (Владивосток, 2012), Joint European Symposium on Magnetism, JEMS-2012 (Парма, 2012).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 15 печатных работ, из них 6 статей в журналах, входящих в перечень публикаций рекомендованных ВАК, 9 тезисов докладов.
Личный вклад автора. Экспериментальные данные были получены автором лично. Обсуждение и интерпретация экспериментальных результатов проводились совместно с руководителем, а также с соавторами публикаций.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 95 наименований. Общий объем диссертации 120 страниц, включая 66 рисунков и 3 таблицы.
