химический каталог




Нанокристаллические материалы: методы получения и свойства

Автор А.И.Гусев

ого взаимодействия, минимальную при параллельном расположении спинов электронов; энергию кристаллографической магнитной анизотропии, обусловленную наличием в кристалле осей легкого и трудного намагничивания; магнитострикционную, связанную с изменением равновесных расстояний между узлами решетки и длины доменов; магнито-статическую, связанную с существованием магнитных полюсов как внутри кристалла, так и на его поверхности. Замыкание магнитных потоков доменов, расположенных вдоль осей легкого намагничивания, снижает магнитостатическую энергию, тогда как любые нарушения однородности ферромагнетика (границы раздела) увеличивают его внутреннюю энергию.

При уменьшении размера ферромагнетика замыкание магнитных потоков внутри него оказывается все менее выгодным энергетически. Пока ферромагнитная частица имеет многодоменную структуру, ее взаимодействие с внешним магнитным полем сводится к смещению граничного слоя (стенки) между доменами. По мере приближения ферромагнитных частиц к одно-доменному состоянию основным механизмом перемагничива-ния становится когерентное вращение большинства магнитных моментов отдельных атомов. Этому препятствуют анизотропия формы частиц, а также кристаллографическая и магнитная. При достижении некоторого критического размера dr частицы становятся однодоменными, что сопровождается увеличением коэрцитивной силы Нс до максимального значения (для пере-магничивания однодоменной сферической частицы путем когерентного вращения нужно приложить обратное магнитное поле (максимальную коэрцитивную силу) Н,- 2А7/„ где К — константа анизотропии, /, — намагниченность насыщения). Согласно [329], наибольший размер однодоменных частиц Fe и № не превышает 20 и 60 нм соответственно. Дальнейшее уменьшение их размера приводит к резкому падению коэрцитивной силы до нуля вследствие перехода в суперпарамагнитное состояние. Исходя из соотношения неопределенностей Гейзенберга в [328] показано, что критический линейный размер частицы, при котором из-за тепловых флуктуации ориентации магнитного момен94 1

та происходит разупорядочение и при всех температурах ниже температуры Кюри исчезает ферромагнетизм, составляет примерно 1 нм.

Действительно, если линейный размер ферромагнитной частицы равен некоторой величине 60, то импульс р электрона, свободно распространяющийся в объеме частицы, обладает неопределенностью Ар. Из соотношения неопределенностей Гейзенберга следует, что Ар ~ Й/80. Часть энергии электрона, обусловленная ограниченными размерами частицы, равна

Де„ = (Ар)2/2те ~ П2/2теЬа\ (3.31)

или, с учетом значений h и т„

ДЕ0=6,110-3'/5О2, (3.32)

где энергия Де„ измеряется в джоулях, а размер 80 в метрах. Энергия Де,, оказывает на магнитные моменты разупорядочивающее действие, аналогичное действию тепловых колебаний.

При нарушении однородности намагниченности возникает поправка к энергии обменного взаимодействия. Она максимальна, когда вектор намагниченности меняет свое направление на обратное на расстояниях порядка расстояния между соседними металлическими атомами, т. е. порядка периода решетки а. Физический смысл поправки состоит в том, что энергия обмена стремится сохранить однородность намагниченности при любом ее нарушении. Иначе говоря, энергия обмена является энергией магнитного упорядочения. Максимальная поправка к энергии обмена равна Ае?™~ AV/a3, где А — энергия обмена, V— объем тела. Полное нарушение однородности намагниченности и разо-риентация магнитных моментов происходят при температуре Кюри Гс, когда исчезает самопроизвольная намагниченность ферромагнетика. Поэтому поправка Де.^," должна быть равна или несколько меньше тепловой энергии kBTcV/a3; откуда следует, что энергия обмена

А - квТс. (3.33)

Приравнивая разупорядочивающую энергию ДЁО(3.32) к упорядочивающей энергии обмена А (3.33), можно оценить критический линейный размер 50 ферромагнитной частицы, при котором

95

ферромагнетизм исчезает при всех температурах из-за разупоря? дочения магнитных моментов под действием энергии Де„:

8в[м]=<2-10-»Гс-|й. (3.34)

Согласно (3.34), для ферромагнетиков с температурой Кюри 500—1000 К критический линейный размер частицы, при котором ферромагнетизм исчезает и происходит переход в суперпарамагнитное состояние, составляет примерно 1 нм. Фактически энергия обмена несколько меньше квТс, поэтому величина 50 может быть немного больше, чем следует из оценки по (3.34). Для типичных ферромагнетиков переход в суперпарамагнитное состояние возможен, когда размер частицы становится меньше 1— 10 нм.

Анализ литературных данных по зависимости коэрцитивной силы Нс от средних размеров ферромагнитных частиц [10] подтверждает рост Нс при уменьшении частицы до некоторого критического размера; максимальные значения Нс достигаются для частиц Fe, Ni и Со со средним диаметром 20—25, 50—70 и 20 нм соответственно. Эти величины близки к теоретическим оценкам dc однодоменных частиц [329]. Снижение Нс при d < dc может быть связано не только с эффектом суперпарамагнетизма, но и с иными магнитными свойствами п

страница 34
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74

Скачать книгу "Нанокристаллические материалы: методы получения и свойства" (1.38Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
аренда плазменных экранов
Компания Ренессанс лестницы.просто - качественно и быстро!
кресло ch 360
Предлагаем приобрести в КНС Нева асус моноблок - офис в Санкт-Петербурге, ул. Рузовская, д.11

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(11.12.2016)