Магнітна структура та властивості штучно створених нано- та гетерогенних матеріалів

В наступному розділі аналізується системи нанооб'єктів, зв'язаних обмінною взаємодією. Розгляд ведеться на прикладі матеріалів, де процес упорядкування супроводжується значною зміною магнітної взаємодії в системі. В якості об'єкту дослідження були вибрані сплави Ni-Mn-Ga, для яких процес перетворення аморфний сплав-упорядкований інтерметалід супроводжується поступовою зміною магнітної поведінки від немагнітного матеріалу до типового феромагнетика.

Щоб дослідити вплив локальної структури та впорядкування на магнітні властивості цих матеріалів було використано метод ядерного магнітного резонансу у власних полях на ядрах Mn⁵⁵ та Ga⁷⁰. Було показано, що при відхиленні складу від стехіометрії (Ni₂MnGa), спостерігається формування наностворень впорядкованого стехіометричного сплаву, які розділяються областями з порушенням порядку заповнення позицій атомів. Цей процес супроводжується значним зростанням часу релаксації ядерного магнітного моменту, що є свідоцтвом збільшення локалізації електронних станів. Водночас змінюється величини та характер обміну в цій системі. Величина обміну не є однаковою всередині нанокластерів стехіометричного складу та між ними. В відпалених сплавах підвищення температури призводить спочатку до руйнування обміну між нанокластерами, а далі до руйнування обміну всередині кластерів. Як результат, існує діапазон температур, де магнітна поведінка сплавів є типовою для суперпарамагнітних систем. Про це свідчать магнітні (Рис. 9, зліва) та магнітотранспортні властивості матеріалів. Суттєвою є також різниця магнітних властивостей речовини в упорядкованих кристалічних зернах та розупорядкованих границях і областях поблизу немагнітних включень. Особливо яскраво це проявляється в нанокристалічних плівках, де це призводить до ефекту від'ємного магнітоопору (Рис. 9, справа), що є характерним для гетерогенних систем.

Четвертий розділ присвячено порівняно маловідомому некінематичному методу створення гетерогенних магнітних структур. В розглянутих раніше матеріалах формування гетерогенної магнітної структури обумовлено неоднорідністю кристалічної структури. Однак, добре відомо, що гетерогенну магнітну структуру в магнетику можна сформувати, якщо прикладати магнітні поля, що змінюються в залежності від координати повздовж магнітного середовища. Цей метод широко застосовується для магнітного запису. При цьому записуючий пристрій, що створює змінні магнітні поля, рухається відносно поверхні магнетика, або на поверхню магнітного матеріалу наноситься сітка записуючих елементів, керуючи якими можна створити потрібний магнітний образ. Можна також було б запропонувати інший метод запису, що базується на інтерференції магнітних хвиль, аналогічний до голографії в оптиці. Але за рахунок низьких значень резонансних частот реальних магнетиків такий метод не має перспектив, оскільки характерний період магнітних образів буде значно перевищувати розумні розміри носіїв інформації. Тим не менше, цю ідею можна втілити в життя, якщо використовувати взаємодію акустичної та магнітної хвиль в магнітострикційному середовищі [Ц7]. Як результат, в середовищі формується структура, що є магнітним образом акустичного сигналу.

В даному розділі наведено феноменологічну модель цього явища, що базується на розгляді незворотних процесів зміни намагніченості в магнітному середовищі в результаті одночасної дії акустичної та магнітної хвилі. Ця модель вперше якісно дозволила пояснити результати, що спостерігаються в експерименті. Проведене комп'ютерне моделювання та виконані експерименти показали, що це явище може бути використане в системах попередньої обробки радіо та акустичних сигналів в реальному масштабі часу. При цьому перевагою даного магнітоакустичного процесору в порівнянні з існуючими аналогами є велика інтенсивність зчитаного сигналу та відсутність необхідності в попередній обробці сигналів.

ВИСНОВКИ

В роботі досліджено характер магнітних взаємодій та встановлено особливості формування магнітної структури в нано і гетерогенних магнетиках, які є базовими матеріалами для створення сучасних магнітних середовищ. Особлива увага приділялася розробці та розвитку магнітних методів отримання інформації про магнітну, кристалічну і електрону структуру матеріалів. Можна виділити наступні найбільш важливі результати, що отримані в роботі:

1) Отримано магнітні параметри (величини спін-орбітальної взаємодії, розщеплення в нульовому магнітному полі та обмінної взаємодії) для більш ніж п'ятдесяти нових низьковимірних магнетиків (органометалічних та шаруватих піровскитних), і встановлено кореляцію цих параметрів зі складом і кристалічною структурою матеріалу. Зокрема:

· Показано, що в цілому ряді випадків магнітні методи є ефективним засобом контролю составу і модифікації структури матеріалу, концентрації, ступеню окислення і спінової конфігурації магнітних іонів навіть тоді, коли це недоступно або сильно ускладнено при використанні інших фізичних та хімічних методів. Розвинуто модельні підходи для аналізу магнітних даних.

· Визначено параметри суперобміну іонів всередині магнітних кластерів і між цими кластерами через різні типи неорганічних і органічних містиків для цілого ряду вперше синтезованих магнетиків з різноманітною вимірністю та структурою. Показано, що можна суттєво змінювати величину, а іноді навіть i знак обміну, варіюючи оточення магнітних іонів та розташування по відношенню до них блоків, через які має місце магнітний обмін.

2) На основі досліджень особливостей магнітної структури та властивостей наночасток різних типів магнітних матеріалів показано, що:

· В феритових наночастках з антиферомагнітним обміном формування поверхневого спін-скляного стану за рахунок розірваних зв'язків на поверхні, призводять не лише до зміни магнітного моменту, а й до суттєвої варіації анізотропії часток.

· В лантан-кальцієвому манганіті формується спін-скляний шар, фізичні властивості якого суттєво відрізняються від властивостей матеріалу всередині наночастки. Зокрема, характер провідності змінюється з металічного на діелектричний.

· В наночастках можливо стабілізувати метастабільні фази, формування яких в масивних матеріалах ускладнено або неможливо. Вперше досліджено магнітні властивості нової сполуки Mn_0.1Bi_0.9.

· Магнітні методи дозволяють визначити концентрації, об'єм і склад магнітних фаз в складних композитних нанооб'єктах, де результати стандартних методів для визначення структури і складу є неоднозначними. Зокрема, для наночасток феромагнітних металів із захисним покриттям продемонстровано можливість використання магнітних методів для контролю ефективності цього покриття від впливу зовнішніх факторів, наприклад, окислення.

3) Вивчено особливості магнітних властивостей і характер магнітних взаємодій ряду наноструктур магнітних часток та гетерогенних магнетиків. Зокрема, встановлено, що:

· Магнітостатична взаємодія між суперпарамагнітними частками в агломератах, що створюються на поверхні мікрокапсул, приводить до кардинальної зміни їх магнітних властивостей. Магнітна поведінка цих агломератів стає близькою до поведінки масивних дископодібних часток. З використанням цього факту, було запропоновано і реалізовано на практиці механізм зміни проникливості стінок мікрокапсул магнітними полями малої частоти.

· Частки Ni₃(SbTe₃)₂, що інкорпоровані в пористу немагнітну матрицю переходять з спін-скляного стану в стан з ненульовим результуючим магнітним моментом, який зберігається до температур перевищуючих кімнатну, за рахунок взаємодії часток зі стінками пор.

· Склад і упорядкування мають суттєвий вплив на магнітну структуру сплавів Ni-Mn-Ga. Методом ядерного магнітного резонансу було показано, що при відхиленні складу сплавів від стехіометричного, спостерігається формування наноутворень впорядкованого Ni₂MnGa, які розділені областями з порушенням порядку заповнення позицій атомів. Цей процес супроводжується збільшенням локалізації електронних станів, про що свідчить суттєве зростання часу релаксації ядерного магнітного моменту, та зміна величини і характеру обміну в системі. Сплав поводить себе як типовий гетерогенний магнетик, про що свідчать його магнітні та магнітотранспортні властивості. Особливо яскраво це проявляється в нанокристалічних плівках, де практично впорядкований сплав в зернах співіснує з невпорядкованим сплавом в границях зерен та поблизу немагнітних включень.

4) Показано, що врахування незворотних процесів зміни намагніченості при одночасній дії акустичної і магнітної хвиль на магнітострикційний матеріал дає можливість пояснити формування просторової магнітної структури, яка є магнітним відображенням акустичного сигналу. Це дало можливість побудувати просту феноменологічну модель, яка вперше дозволила якісно описати експериментальні залежності.

ПЕРЕЛІК ЦИТОВАНИХ ПРАЦЬ:

Ц1. Kronmьller H., Coey J.M.D., Buschow J. Magnetic Materials // Materials: sience and applications. - Max-Planck-Institut Fьr Metallforschung Stuttgart, 2004. - P. 92-96.

Ц2. Ахиезер А. И., Барьяхтар В. Г., Пелетминский С. В. Спиновые волны. - M: Наука, 1967. - 368 с.

Ц3. Вонсовский С.В. Магнетизм. - М.: Наука, 1971. - 774 с.

Ц4. Quantum magnetism: Lecture notes in Physics / ed. by Schollwцck U., Richter J., Farnell D.J.J., Bischop R.F. - Berlin: Springer,2004. - 645 p.

Ц5. O'Hendley R.C. Modern magnetic materials. - New York: John Wiley & Sons, 2000. - 542 p.

Ц6. Shull R.D. New magnetic metrology for the nano-world // Proc. International Congress “Nano Tech + Future”. - Tokyo (Japan), 2003. - T5-2.

Ц7. Мануилов М.В., Бондаренко В.С., Криночкин В.В., Соболев Б.В. Долговременная акустическая память в поликристаллических магнитострикционных ферритах // Письма ЖТФ. - 1986. - Т. 12, № 10. - С. 599-603.

СПИСОК ПРАЦЬ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Yucesan G., Golub V., O'Connor C.J., Zubieta J. Temperature dependence of the crystal chemistry of the oxovanadium-ethylenediphosphonate/copper(II)- 2, 2' -bipyridine system. Crystal structures of the two-dimensional [Cu(bpy)VO₂(O₃PCH₂CH₂PO₃H)]·1.5H2O and of the one-dimensional [Cu(bpy)VO₂(O₃PCH₂CH₂PO₃H)] // Solid State Sciences. - 2005. - Vol. 7, N 1. - P. 133-139.

2. Koo B.-K., Ouellette W., Burkholder E.M., Golub V., O'Connor C.J., Zubieta J. Hydrothermal synthesis and structural characterization of organically-templated copper vanadium phosphates: the two-dimensional [{Cu₂(bisterpy)}V₃O₅(HPO₄)₂(PO₄)] (1) and the three-dimensional [{Cu₂(bisterpy)}V₂O₅(HPO₄)₂] (2) (bisterpy=2,2':4',4'':2'',2'''-quarterpyridyl, 6',6''-dipyridine) // Solid State Sciences. - 2004. - Vol. 6, N 5. - P. 461-468.

3. Ouellette W., Koo B.-K., Burkholder E., Golub V., O'Connor C.J., Zubieta J. Solid state coordination chemistry: structural consequences of variations in tether length in the oxovanadium-copper-bisterpy-{O₃P(CH₂)_nPO₃}^4- system, n = 1-6 (bisterpy = 2,2':4',4'':2'',2'''-quarterpyridyl-6',6''-di-2-pyridine) // Dalton Trans. -2004. - N 10. - P. 1527-1538.

4. Burkholder E., Golub V., O'Connor C.J., Zubieta J. Hydrothermal synthesis of a one-dimensional bimetallic, mixed valence oxide [{Cu₄(terpy)₄(PO₄)(H2O)₂}{W₁₀(VI)W₂(V)O₃₆(PO₄)}]·5H₂O, a material constructed from {PW₁₂O₄₀}^5- and novel {Cu₄(terpy)₄(PO₄)(H₂O)₂}⁵⁺ cluster building blocks // Inorg. Chem. Comm. - 2004. - Vol. 7, N 3. - P. 363-366.

5. Khan M.I., Deb S., Golub V.O., O'Connor C.J., Doedens R.J. Synthesis, structure and magnetic properties of the mixed metal oxide solids [{M(H₂O)₂}V₂O₆] (M=Co, Ni) // J. Mol. Struct. - 2004. - Vol. 707. - P. 217-222.

6. Khan M.I., Yohannes E., Nome R.C., Ayesh S., Golub V.O., O'Connor C.J., Doedens R.J. Inorganic-Organic Hybrid Materials Containing Porous Frameworks: Synthesis, Characterization, and Magnetic Properties of the Open Framework Solids [{Co(4,4'-Bipy)}V₂O₆] and [{Co₂(4,4'-Bipy)₃(H₂O)₂}V₄O₁₂]·2H₂O // Chem. Mater. - 2004. - Vol. 16, N 25. - P. 5273-5279.

7. Khan M.I., Yohannes E., Doedens R.J., Golub V.O., O'Connor C.J. Templated synthesis of a chiral solid: Synthesis and characterization of {Co(H₂N(CH₂)₂NH₂)₃}[V₃O₉]·H₂O, containing a new type of chiral vanadium oxide chain // Inorg. Chem. Comm. - 2005. - Vol. 8, N 9. - P. 841-845.

8. Baruah B., Golub V.O., O'Connor C.J., Chakravorty A. Synthesis of oxalato-bridged (oxo)vanadium(IV) dimers using L-ascorbic acid as oxalate precursor: Structure and magnetism of two systems // Europ. Journ. Inorg. Chem. - 2003. - N 12. - P. 2299-2303.

9. Devi R.N., Rabu P., Golub V.O., O'Connor C.J., Zubieta J. Ligand influences on the structures of copper(II) vanadates. Structures and magnetic properties of [Cu₃(triazolate)₂V₄O₁₂], [Cu₂(tpyrpyz)₂V₄O₁₂] (tpyrpyz=tetrapyridylpyrazine) and [Cu₂(pyrazine)V₄O₁₂] // Solid State Sci. - 2002. - Vol. 4. - P. 1095-1102.

10. Burkholder E., Golub V.O., O'Connor C.J., Zubieta J. The synthesis, magnetic properties and crystal structure of a Cu(II) methylenediphosphonate, [Cu₂(O₃PCH₂PO₃)] // Inorg. Chim. Acta. - 2002. - Vol. 340. - P. 127-132.

11. Koo B.-K., Bewley L., Golub V., Rarig R.S., Burkholder E., O'Connor C.J., Zubieta J. Anion influences on the construction of one-dimensional structures of the Cu(II)-bisterpy family (bisterpy=2,2':4',4'':2'',2'''-quarterpyridyl, 6',6''-di-2-pyridiine) // Inorg. Chim. Acta. - 2003. - Vol. 351. - P. 167-176.

12. Burkholder E., Golub V.O., O'Connor C.J., Zubieta J. Solid state coordination chemistry: one-, two-, and three-dimensional materials constructed from molybdophosphonate subunits linked through binuclear copper tetra-2-pyridylpyrazine groups // Inorg. Chem. - 2003. - Vol. 42, N 21. - P. 6729-6740.

13. Burkholder E., Wright S., Golub V., O'Connor C.J., Zubieta J. Solid state coordination chemistry of oxomolybdenum organoarsonate materials // Inorg. Chem. - 2003. - Vol. 42, N 23. - P. 7460-7471.

14. Rarig R.S., Bewley L., Golub V., O'Connor C.J., Zubieta J. Hydrothermal synthesis and characterization of a novel bimetallic polyoxocation, [Cu₆(dtbbpy)₆Mo₇O₂₆]²⁺ (dtbbpy=4,4'-ditertbutyl-2,2'-biyridine) // Inorg. Chem. Comm. - 2003. - Vol. 6. - P. 539-542.

15. Burkholder E., Golub V., O'Connor C.J., Zubieta J. A building block approach to the synthesis of organic-inorganic oxide materials: the hydrothermal synthesis and network structure of [{Ni₄(tpypyz)₃}{Mo₅O₁₅(O₃PCH₂CH₂PO₃)}₂]·23H₂O (tpypyz = tetra-2-pyridylpyrazine) // Chem. Communications. -2003. - N 17. - P. 2128-2129.

16. Burkholder E., Golub V., O'Connor C.J., Zubieta J. Solid-State Coordination Chemistry of the Oxomolybdate-Organodiphosphonate/Nickel-Organoimine System: Structural Influences of the Secondary Metal Coordination Cation and Diphosphonate Tether Lengths // Inorg. Chem. - 2004. - Vol. 43, N 22. - P. 7014-7029.

17. Yucesan G., Ouellette W., Golub V., O'Connor C.J., Zubieta J. Solid state coordination chemistry: temperature dependence of the crystal chemistry of the oxovanadium-phenylphosphonate-copper(II)-2,2'-bipyridine system. Crystal structures of the one-dimensional [{Cu(bpy)}VO₂(O₃PC₆H₅)(HO₃PC₆H₅)], [{Cu₃(bpy)₃(H₂O)}V₄O₉(O₃PC₆H₅)₄], [{Cu(bpy)}₂V₃O₆ (O₃PC₆H₅)₃(HO₃PC₆H₅)] and [{Cu(bpy)}VO(O₃PC₆H₅)₂] // Solid State Sci. - 2005. - Vol. 7, N 3. - P. 445-458.

18. Ouellette W., Golub V., O'Connor C.J., Zubieta J. Solid state coordination chemistry of metal oxides: structural consequences of fluoride incorporation into the oxovanadium-copper-bisterpy-{O₃P(CH₂)_nPO₃}^4- system, n = 1-5 (bisterpy = 2,2':4',4'':2'',2'''-quaterpyridyl-6',6''-di-2-pyridine) // Dalton Trans. - 2005. - N 2. - P. 291-309.

19. Yucesan G., Golub V., O'Connor C.J., Zubieta J. Solid state coordination chemistry of the copper(ii)-terpyridine/oxovanadium organophosphonate system: hydrothermal syntheses, structural characterization and magnetic properties // Dalton Trans. - 2005. - N 13. - P. 2241-2251.

20. Burkholder E., Armatas N.G., Golub V., O'Connor C.J., Zubieta J. Synthesis, structure and magnetic properties of the one-dimensional bimetallic oxide [Cu(terpy)Mo₂O₇] // J. Solid State Chem. - 2005. - Vol. 178, N 10. - P. 3145-3151.

21. Yucesan G., Golub V., O'Connor C.J., Zubieta J. Solid state coordination chemistry: organic/inorganic hybrid frameworks constructed from tetrapyridylporphyrin and vanadium oxide chains // CrystEngComm. - 2004. - Vol. 6, N 57. - P. 323-325.

22. Khan M.I., Tabussum S., Doedens R.J., Golub V.O., O'Connor C.J. Synthesis, structure and magnetic properties of a novel ferromagnetic cluster [FeV₆O₆{(OCH₂CH₂)₂N(CH₂CH₂OH)}₆]Cl₂ // Inorg. Chem. Comm. - 2004. - Vol. 7, N 1. - P. 54-57.

23. Khan M.I., Tabussum S., Doedens R.J., Golub V.O., O'Connor C.J. Functionalized metal oxide clusters: synthesis, characterization, crystal structures, and magnetic properties of a novel series of fully reduced heteropolyoxovanadium cationic clusters decorated with organic ligands-[MV^IV₆O₆{(OCH₂CH₂)₂N(CH₂CH₂OH)}₆]X (M = Li, X =Cl LiCl; M = Na, X = Cl H₂O; M = Mg, X = 2Br H₂O; M = Mn, Fe, X = 2Cl; M =Co, Ni, X = 2Cl•H₂O) // Inorg. Chem. - 2004. - Vol. 43, N 19. - P. 5850-5859.

24. Neiner D., Golub V., Wiley J.B. Synthesis and characterization of the new layered perovskite, Na_0.10(VO)_0.45LaTiO₄·nH₂O // Mater. Res. Bull. - 2004 - Vol. 39, N 10. - P. 1385-1392.

25. Viciu L., Golub V.O., Wiley J.B. Structural, thermal and magnetic characterization of the manganese oxyhalide layered perovskite, (MnCl)LaNb₂O₇ // J. Sol. State Chem. - 2003. - Vol. 175, N 1. - P. 88-93.

26. Viciu L., Liziard N., Golub V., Kodenkandath T.A., Wiley J.B. Transition-metal Dion-Jacobson layered perovskites, M_0.5LaNb₂O₇ // Mater. Res. Bull. - 2004. - Vol. 39, N 16. - P. 2147-2154.

27. Ji T., Jian W.-B., Fang J, Tang J., Golub J., Spinu L. Magnetic Properties of Nanocrystalline Pb_1-xMn_xSe // IEEE Trans. Mag. - 2003. - Vol. 39, N 5. - P. 2791-2793.

28. Wang Z., Tang J., Zhang H., Golub V., Spinu L., Tung L.D. Ferromagnetism in chromium-doped reduced-rutile titanium dioxide thin films // J. Appl. Phys. - 2004. - Vol. 95, N 11. - P. 7381-7383.

29. Shin E.Y., Fang J., O'Connor C.J., Golub V., Wang C., Jun M.-J. Polymer-Stabilized Co Nanocrystals // Key Eng. Mater. - 2005. - Vol. 277-279. - P. 956 - 960.

30. Ban Z., He J., Golub V., Wang W., O'Connor C.J. Synthesis and characterization of single-crystalline nanowires of bismuth doped with manganese // J. Mater. Chem. - 2005. - Vol. 15, N 12. - P. 1244-1247.

31. Cushing B.L., Golub V., O'Connor C.J. Synthesis and magnetic properties of Au-coated amorphous Fe₂₀Ni₈₀ nanoparticles // J. Phys. Chem. Solids. - 2004. - Vol. 65, N 4. - P. 825-829.

32. Cushing B.L., Golub V.O., Henry M., Oliva B.L., Cook E., Holmes C.W., O'Connor C.J. Effects of annealing on the magnetic properties, size and strain of gold-coated Permalloy nanoparticles // Nanotechnology. - 2005. - Vol. 16, N 9. - P. 1701-1706.

33. Tung L.D., Kolesnichenko V., Caruntu G., Caruntu D., Remond Y., Golub V.O., O'Connor C.J., Spinu L. Annealing effects on the magnetic properties of nanocrystalline zinc ferrite // Physica B: Cond. Matt. - 2002. - Vol. 319. - P. 116-121.

34. Ji T., Fang J., Golub V., Tang J., O'Connor C.J. Preparation and magnetic properties of La_0.9Ca_0.1MnO₃ nanoparticles at 300°C // J. Appl. Phys. - 2002. - Vol. 92, N 11. - P. 6833-6836.

35. Fang M., Grant P.S., McShane M.J., Sukhorukov G.B., Golub V.O., Lvov Y.M. Magnetic bio/nanoreactor with multilayer shells of glucose oxidase and inorganic nanoparticles // Langmuir. - 2002. - Vol. 18, N 16. - P. 6338-6344.

36. Lu Z., Prouty M.D., Guo Z., Golub V.O., Kumar C.S.S.R., Lvov Yu.M. Magnetic switch of permeability for polyelectrolyte microcapsules embedded with Co@Au nanoparticles // Langmuir. - 2005. - Vol. 21, N 5. - P. 2042-2050.

37. Jung J.-S., Choi K.-H., Jung Y.-K., Lee S.H., Golub V.O., Malkinski L., O'Connor C.J. Preparation and characterization of г-Fe₂O₃ nanoparticles in SBA15 host material // JMMM. - 2004. - Vol. 272-276. - P. E1157-E1159.

38. Jung J.-S., Choi K.-H., Kim Y.-R., Chae W.-S., Lee S.-H., Malkinski L., Golub V., O'Connor C.J. Optical and magnetic properties induced by structural confinement of ternary chalcogenide in SBA-15 nanotube // J. Appl. Phys. - 2003. - Vol. 93, N 10. - P. 6954-6956.

39. Wang D, Luo H., Kou R., Gil M.P., Xiao S., Golub V., Yang Z., Brinker C.J., Lu Y. A general route to macroscopic hierarchical 3D nanowire networks // Angew. Chem. - 2004. - Vol. 43. - P. 6169-6173.

40. Chalastaras A., Malkinski L.M., Jung J.S., Oh S.L., Lee J.K., Ventrice C.A., Golub V., Taylor G. GMR multilayers on a new embossed surface // IEEE Trans. Magn. - 2004. - Vol. 40, N 4. - P. 2257-2259.

41. O'Connor C.J., Golub V.O., Vovk A.Ya., Kotov V.V., Yakovenko P.G., Ullakko K. Influence of thermal treatment on local structure and magnetic properties of NiMnGa alloys // IEEE Trans. Mag. - 2002. - Vol. 38, N 5. - P. 2844-2846.

42. Golub V.O., Vovk A.Ya., O'Connor C.J., Kotov V.V., Yakovenko P.G., Ullakko K. Magnetic and structural properties of nonstoichiometric Ni₂MnGa alloys with Ni and Ga excess // J. Appl. Phys. - 2003. - Vol. 93, N 10. - P. 8504-8506.

43. Golub V.O., Vovk A.Ya., Malkinski L., O'Connor C.J., Wang Z., Tang J. Anomalous magnetoresistance in NiMnGa thin films // J. Appl. Phys. - 2004. - Vol. 96, N 4. - P. 3865-3869.

44. Golub V.O., Kotov V.V., Pogorely A.N. Memorizing of acoustic signal by magnetic structure of polycrystalline magnetics // JMMM. - 1999. - Vol. 204, Part 3. - P. 215-220.

45. Golub V.O., Danilov V.V., Kotov V.V., Pohorily A.M. Formation of magnetic image of acoustic signal in polycrystalline magnetic media // JMMM. - 1999. - Vol. 196-197. - P. 609-610.

46. Golub V.O., Danilov V.V., Pohorily A.M., Zavislyak I.V. Applied aspects of domain-acoustic echo in polycrystalline ferrite // JMMM. - 1999. - Vol. 196-197. - P. 607-608.

АНОТАЦІЯ

Голуб В.О. Магнітна структура та властивості штучно створених нано- та гетерогенних матеріалів. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.11 - магнетизм. - Інститут магнетизму НАН України та МОН України, Київ 2006.

В роботі проведені систематичні дослідження модифікації магнітної структури та властивостей нано- та гетерогенних матеріалів. Встановлено загальні закономірності та специфічні властивості при переході: молекулярні та низько вимірні магнетики - магнітні наночастки - ансамблі наночасток - магнітні гетерогенні структури. Розвинуто нові модельні підходи та методи для аналізу магнітних даних для одержання якісної та кількісної інформації про магнітну, кристалічну та електронну структуру цих магнітних систем. Визначено магнітні параметри (величини спін-орбітальної взаємодії, розщеплення в нульовому магнітному полі та обмінної взаємодії) для більш ніж п'ятдесяти нових низьковимірних магнетиків, а також особливості магнітної структури і властивостей наночасток різних типів магнітних матеріалів та ряду наноструктур магнітних часток і гетерогенних магнетиків. Виявлено кореляцію магнітних параметрів зі складом і кристалічною структурою матеріалу. Показано, що врахування незворотних процесів зміни намагніченості при одночасній дії акустичної і магнітної хвиль на магнітострикційний матеріал дає можливість пояснити формування просторової магнітної структури, яка є магнітним відображенням акустичного сигналу.

Ключові слова: магнітна сприятливість, нано- та гетерогенні магнетики, феромагнітний, електронний парамагнітний та ядерний магнітний резонанс.

АННОТАЦИЯ

Голуб В.О. Магнитная структура и свойства искусственно созданных нано- и гетерогенных материалов. Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук по специальности 01.04.11 - магнетизм. - Институт магнетизма НАН Украины и МОН Украины, Киев 2006.

В работе систематически исследована модификация магнитной структуры и свойств нано- и гетерогенных материалов. Установлены общие закономерности и специфические особенности при переходе: молекулярные и низкоразмерные магнетики - магнитные наночастицы - ансамбли наночастиц - магнитные гетерогенные структуры. Развиты новые модельные подходы и методы для анализа магнитных данных с целью получения качественной и количественной информации о магнитной, кристаллической и электронной структуре этих магнитных систем. Определены магнитные параметры (величины спин-орбитального взаимодействия, расщепления в нулевом магнитном поле и обменного взаимодействия) для более чем пятидесяти новых низкоразмерных магнетиков, а также особенности магнитной структуры и свойств наночастиц различных типов магнитных материалов и ряда наноструктур магнитных частиц и гетерогенных магнетиков. Выявлена корреляция между магнитными параметрами и составом и кристаллической структурой материала. Показано, что учет необратимых процессов изменения намагниченности при одновременном действии акустической и магнитной волн на магнитострикционный материал дает возможность объяснить формирование пространственной магнитной структуры, которая является магнитным отображением акустического сигнала.

Ключевые слова: магнитная восприимчивость, нано- и гетерогенные магнетики, ферромагнитный, электронный парамагнитный и ядерный магнитный резонанс

ANNOTATION

Golub V.O. Magnetic structure and properties of artificially produced nano- and heterogeneous materials. Manuscript.

The thesis for Doctor degree in physical and mathematical sciences, specialty 01.04.11 - magnetism. - Institute of Magnetism, National Academy of Sciences of Ukraine and Ministry of Education and Sciences of Ukraine, Kyiv, 2006.

The modification of magnetic structure and properties of nano- and heterogeneous materials has been systematically investigated in this work. General relationships and specific peculiarities under the transit molecular and low dimensional magnetics - magnetic nanoparticles - nanoparticle ensembles - magnetic heterogeneous structures have been established. The new model approaches and methods for the analysis of magnetic data to obtain qualitative and quantitative information about magnetic, crystalline and electron structure of such magnetic systems have been developed.

The magnetic parameters (such as spin-orbital coupling, zero-field splitting and exchange interaction) have been determined for more than fifty new low dimensional magnetics. The correlation between these parameters and composition and crystal structure of materials has also been investigated. It has been shown that in many cases the magnetic techniques are efficient tools to control the composition and material structure modification, concentration, oxidation state and spin configuration of magnetic ions even if it is impossible or difficult to do using other physical or chemical techniques. The corresponding approaches for magnetic data analysis have been developed.

The parameters of intra and inter cluster superexchange of ions through the different types of organic and inorganic bridges for the set of first synthesized magnetics with different dimensionality and structure have been determined. It has been shown that it possible substantially change the value and sometimes even sign of the exchange by variation of magnetic ions surrounding and position of the blocks through which the magnetic exchange takes place.

The peculiarities of magnetic structure and properties of nanoparticles of magnetic materials of different types have been studied. It has been shown that the formation of spin-glass layer due to broken bonds on the surface in ferrite nanoparticles with antiferromagnetic exchange leads not just to change of magnetic moment but to substantial variation of the particles anisotropy. A spin-glass layer forms on the surface of the nanoparticles of lanthanum-calcium manganites. The physical properties of this layer differ from the properties of the material inside the particle. Particulary the conductivity changes from metallic inside the particle to dielectric on the surface. It has been shown that it is possible to stabilize metastable phases which formation is impossible or problematic in bulk. The magnetic properties of Mn_0.1Bi_0.9 compound have been investigated for the fist time. It should be noted that magnetic methods allow determination of concentration, volume fraction and composition of magnetic phases in complex nanoobjects, where the results of common methods for composition and structure determination are ambiguous. I particular it has been demonstrated the possibility to use of magnetic techniques to control the efficiency of protective shell against the surrounding environment (oxidation for instance) in ferromagnetic metal/protective layer core-shell materials.

The magnetic property peculiarities and magnetic interaction character for a set of nanostructures of magnetic particles and heterogeneous magnetics have been studied. It has been shown that magnetostatic interaction between superparamagnetic particles in agglomerates formed on the surface of microcapsules leads to strong changes of magnetic properties. Magnetic behavior of these agglomerates becomes close to the behavior of bulk disk-like particles. Using this fact it has been proposed and practically realized the mechanism for microcapsule walls permeability change with magnetic fields of low frequencies. It has been demonstrated that due to the interaction with pore walls Ni₃(SbTe₃)₂ particles embedded into nonmagnetic matrix turn from spin-glass state into the state with non-zero net magnetic moment, that remains up to the temperatures above the room temperature.

Composition and ordering has substantial influence on magnetic structure of Ni-Mn-Ga alloys. It have been shown using nuclear magnetic resonance that under the deviation of alloys composition from stoichiometry the formation of nanoclusters of ordered Ni₂MnGa divided by the areas with the violation of atom position filling order is observed. This process is accompanied by the increasing of electron state localization (which is indicated by the increase of nuclear magnetic moment relaxation time) and by the change of value and character of exchange in the system. The alloys behave as a typical heterogeneous magnetic. This is testified by magnetic and magnetotransport properties of the alloys. The most dramatic this effect in nanocrystalline films where practically ordered alloy in grains coexists with disordered one in the grain boundaries and near the nonmagnetic inclusions.

It has been shown that taking into account of nonreversible processes of magnetization change under the simultaneous action of acoustic and magnetic waves on magnetoelastic it is possible to explain the formation of special magnetic structure, which is a magnetic image of acoustic signal. This allows proposing a simple phenomenological model which first allows qualitative explanation of experimental dependences.

Keywords: magnetic susceptibility, nano- and heterogeneous magnetics, ferromagnetic, electronic paramagnetic and nuclear magnetic resonance

Размещено на Allbest.ru