Введение к работе
Актуальность работы. Ультрадисперсные магнетики настолько прочно вошли в повседневную жизнь, что большинство людей уже не задумывается об их существовании. При этом каждый человек сталкивается с ними ежечасно: начиная от магнитов на холодильнике и порошка в лазерных принтерах и ксероксах и заканчивая высокоёмкими элементами памяти, промышленными датчиками нагрузки и современными медицинскими препаратами. Между тем потенциал такого рода веществ ещё не исчерпан: потребности электроники, фармацевтики и многих других отраслей промышленности требуют непрерывного поиска новых материалов. Поэтому исследование ультрадисперсных магнетиков важно прежде всего с практической точки зрения.
К сожалению, современное состояние вычислительной техники не позволяет рассчитывать магнитные свойства реальных веществ непосредственно из точного квантово-механического описания (вследствие того, что для расчёта магнитных состояний требуется учесть очень большое число факторов, это возможно только для очень ограниченного объёма среды, не превышающего размеров решётки из нескольких сотен атомов). В связи с этим важную роль в изучении магнитных свойств вещества играют приближённые методы, опирающиеся на те или иные теоретические модели магнетиков.
Одной из таких весьма продуктивных моделей является модель однодо-менных частиц. Здесь необходимо отметить, что однородность намагниченности вовсе не влечёт за собой однородности химического состава частиц. Напротив, большая часть ультрадисперсных магнетиков, представляющих практический интерес, — это двухфазные или многофазные однодоменные частицы. Например, они являются носителями информации в элементах магнитной памяти. Кроме того, гетерофазные наночастицы, представляющие наибольший интерес в современной биофизике — это частицы магнетита или кобальта, покрытые различными биологически активными веществами.
Многочисленные эксперименты с ультрадисперсными магнитными веществами обнаружили зависимость таких магнитных характеристик, как коэрцитивная сила, остаточная намагниченность и магнитная восприимчивость, от величины и предыстории приложенных к образцам механических напряжений. Отдельный интерес представляет и обратная задача: по известным механическим свойствам определить магнитную предысторию образца. Эта задача исключительно важна при магнитных измерениях усталости конструкционных материалов, а также при определении палеонапряжений.
Благодаря исследованиям зависимости указанных выше магнитных характеристик от механических напряжений, ультрадисперсные магнетики используются, например, в датчиках высокой нагрузки, в технологии создания трансформаторных сердечников, и системах контроля усталости металличе-
ских конструкций, в антикражевых системах и многих других технических разработках.
Резюмируя вышесказанное, можно смело утверждать, что изучение влияния механических напряжений на магнитные свойства ультрадисперсных магнетиков является актуальным направлением исследований.
Цель диссертационной работы состоит в исследовании влияния механических напряжений на магнитные свойства ультрадисперсных магнетиков.
Для достижения цели работы необходимо решить следующие задачи:
Исследовать зависимость начальной восприимчивости, остаточной намагниченности насыщения и коэрцитивной силы системы гомогенных наночастиц от механических напряжений.
Изучить влияние упругих и пластических деформаций на процессы намагничивания системы гомогенных наночастиц.
Исследовать влияние механических напряжений на магнитные состояния гетерофазных наночастиц.
Изучить зависимость гистерезисных характеристик системы взаимодействующих гетерофазных наночастиц от механических напряжений.
Научная новизна
Разработан метод, позволяющий с единых позиций провести расчёты начальной восприимчивости, остаточной намагниченности и гистерезисных характеристик системы гомогенных наночастиц, находящихся в поле механических напряжений.
Впервые подробно исследовано влияние механических напряжений на магнитные состояния одноосных и многоосных двухфазных наночастиц.
Разработана модель, в рамках которой исследованы зависимости магнитных свойств системы взаимодействующих гетерофазных наночастиц от механических напряжений.
Практическая значимость. Разработанный метод расчёта влияния механических напряжений на магнитные характеристики системы гомогенных и гетерогенных частиц может быть использован при исследованиях, направленных на создание магнитных материалов с заранее заданными свойствами. Этот же метод может быть использован в тектонике и палеомагнетизме (см. [1]), где память о геофизических явлениях определяется стабильной частью остаточной намагниченности горной породы, содержащей магнитные наночастицы. Кроме того, связь между магнитными характеристиками и остаточными механическими напряжениями магнетика может быть использована для измерения усталости металлических конструкций.
На защиту выносятся следующие результаты:
Начальная восприимчивость и остаточная намагниченность насыщения системы гомогенных наночастиц монотонно уменьшаются (коэрцитивная сила увеличивается) с ростом одноосного сжатия и ведут себя немонотонно при увеличении растяжения. Причём с ростом пластических деформаций положение максимума на кривой зависимости начальной восприимчивости (или остаточной намагниченности насыщения) от напряжений (как и положение минимума коэрцитивной силы) смещаются в область больших значений.
В поле механических напряжений возможны два механизма приобретения остаточной намагниченности. Первый подобен механизму образования нормальной остаточной намагниченности, второй связан с немонотонным поведением критических полей как одноосных, так и многоосных частиц.
Механические напряжения существенно влияют на метастабильность магнитных состояний гетерофазных наночастиц. Растяжение увеличивает степень метастабильности, а сжатие уменьшает её.
Магнитостатическое взаимодействие между гетерофазными частицами приводит к уменьшению коэрцитивной силы и остаточной намагниченности насыщения по сравнению с невзаимодействующими частицами, причём при растяжении гистерезисные характеристики меняются сильнее, чем при сжатии.
Апробация работы Основные результаты диссертации представлялись на следующих конференциях:
XXI международная конференция «Новое в магнетизме и магнитных материалах», Москва, 2009 г.
8th International Conference «Problems of Geocosmos», St.-Petersburg, 2010.
Всероссийская конференция студентов, аспирантов и молодых учёных по физике, Владивосток, 2010 г, 2011г.
Международная школа - семинар «Проблемы палеомагнетизма и магнетизма горных пород», Санкт-Петербург, 2010г., Борок, 2009г, 2011г.
«Физика: Фундаментальные и прикладные исследования, образование» — Десятая региональная научная конференция, Владивосток, 2011г.
Всероссийская конференция «Фундаментальные и прикладные вопросы естествознания», Владивосток, 2010 г, 2011г.
Публикации. Материалы диссертации опубликованы в пятнадцати печатных работах: монографии [2], двух статьях в рецензируемых журналах [3, 4], пяти статьях в сборниках трудов конференций и семинаров [1, 5-8], семи тезисах докладов [9-15].
Личный вклад автора Содержание диссертации и основные положения, выносимые на защиту, отражают персональный вклад автора в опубликованные работы. Подготовка к публикации полученных результатов проводилась совместно с соавторами, причём вклад диссертанта составил 50%.
