Вы здесь

Магнітна релаксація в двовимірних ансамблях феромагнітних наночастинок

Автор: 
Лютий Тарас Володимирович
Тип работы: 
Дис. канд. наук
Год: 
2004
Артикул:
0404U004594
99 грн
(320 руб)
Добавить в корзину

Содержимое

<p>РАЗДЕЛ 2 <br />СРЕДНЕПОЛЕВАЯ ТЕОРИЯ МАГНИТНОЙ РЕЛАКСАЦИИ<br /> <br /> <br /> <br />2.1. Обоснование модели и метода исследования<br /> <br /> С практической точки зрения огромный интерес имеет класс двумерных ансамблей одноосных наночастиц с большой перпендикулярной анизотропией - т.е. ансамблей, в которых легкие оси всех частиц перпендикулярны плоскости их распределения, а среднее значение потенциального барьера для переориентации магнитного момента существенно превышает тепловую энергию. Композитные материалы, представляющие собой такую систему, внедрённую в непроводящую немагнитную твёрдую матрицу, составляют основу сверхновых запоминающих устройств с перпендикулярной записью [46]. В обычных магнитных накопителях, в которых запись производится на сплошную плёнку, а магнитный момент каждого домена лежит в плоскости плёнки, предельная плотность записи составляет величину порядка 10 Гбит/дюйм2 [111], в то время как перпендикулярная запись на упорядоченную композитную структуру на сегодня позволяет достичь плотностью записи до 1 Тбит/дюйм2 [4,8,46-54].<br /> Создание упорядоченных структур такого плана является чрезвычайно сложной технической задачей. Только в последние несколько лет появились технологии, обеспечивающие необходимую точность позиционирования наночастиц ферромагнетика на подложке. В качестве примера на рисунке 2.1 показаны сделанные с помощью растрового электронного микроскопа снимки упорядоченных ансамблей наночастиц. Оба ансамбля получены методом электронно-лучевой литографии. На рис. 2.1 а) показан участок прямоугольной решётки наночастиц, имеющих форму дисков диаметром 60 нм. Постоянные решётки соответственно равны 110 нм и 180 нм. Магнитные моменты наночастиц расположены в плоскости размещения. Для обеспечения перпендикулярной анизотропии обычно создают сложную мультислойную структуру из <br />Рис. 2.1. Снимки упорядоченных композитных структур: а) ансамбль наночастиц супермаллоя (Ni80Fe14Mo5), полученный в [15]; б) ансамбль наночастиц трёхслойной структуры CoCrPt, полученный в [112].<br /> <br />кобальта, хрома и платины (CoCrPt). На рис. 2.1 б) изображён участок квадратной решётки наночастиц CoCrPt диаметром 80 нм и высотой 44 нм, период решётки - 150 нм. Магнитные моменты наночастиц перпендикулярны плоскости рисунка.<br /> Направления магнитных моментов, которыми характеризуются наночастицы, в каждый момент времени в общем случае зависят от внешнего поля, магнитной анизотропии частицы и температуры. Под действием внешнего поля и тепловой активации при достаточно больших температурах, или в результате квантового туннелирования при низких температурах, магнитные моменты претерпевают переориентацию. Таким образом, происходит перемагничивание наночастицы.<br /> Классические подходы к описанию процесс перемагничивания наночастиц разделяют на однородные и неоднородные. Неоднородные процессы имеют место для достаточно больших однодоменных частиц (~ 100 нм). Если размер наночастицы значительно превышает характерный размер доменной границы, то энергетически выгодным является перемагничивание посредством образования, движения и исчезновения доменных границ [6]. Это сложный процесс, который характеризуется специфической формой петли гистерезиса с обратимой её частью в центре. Более простым видом неоднородного перемагничивания является образование так называемых вихрей - замкнутых линий, вдоль касательных к которым располагаются спины [6, 113]. Условием возникновения такого пространственного расположения спинов, является превышение размеров наночастицы характерной длины обменного взаимодействия.<br /> Среди однородных моделей перемагничивания наиболее простой есть модель когерентного вращения, разработанная Стонером (Stoner) и Волфартом (Wohlfarth) в 1948 году [114]. Согласно ей, в любой момент времени все спины параллельны друг другу, а значит, совокупности спинов наночастицы всегда можно ставить в соответствие определённый магнитный момент. Не смотря на простоту, такой подход с достаточной степенью точности описывает процесс перемагничивания. Так, в работах [115, 116] было показано, что петли гистерезиса наночастиц Co и BaFeO величиной 70?50?25 нм3, полученных экспериментально и в рамках модели когерентного вращения, практически совпадают. <br /> Первоначально положение о когерентном вращении предполагало наличие только магнитной анизотропии формы. В реальных ферромагнитных наночастицах, существуют ещё несколько типов анизотропии - а именно: магнтоупругая, магнитокристаллическая и поверхностная анизотропия [6, 113]. В общем случае их оси могут иметь произвольные направления. Однако часто бывает, что один вид анизотропии является доминирующим. Так, например, в вышеуказанных работах [115, 116] доминирующей являлась одноосная магнитокристаллическая анизотропия. <br /> Как было сказано ранее, при достаточно больших температурах, значительная роль в процессе перемагничивания принадлежит тепловой активации. Наличие анизотропии обуславливает энергетический барьер для переориентации магнитного момента, который может быть преодолён за счёт тепловой энергии kBT. В случае, когда эта энергия превышает или сравнима с энергией анизотропии, имеет место явление суперпарамагнетизма, заключающееся в том, что магнитные моменты наночастиц не имеют преимущественного направления, и ведут себя подобно магнитным моментам парамагнитных атомов [6, 56]. Если потенциальный барьер существенно превышает kBT, а перемагничивание происходит путём когерентного вращения, динамика магнитного момента описывается в рамках подхода Нееля-Брауна, изложенного в предыдущем разделе. Справедливость этой модели для уединённых наночастиц подтверждена экспериментально в работах [115, 116].<br /> Если абсолютная температура стремиться к нулю и вероятность преодоления потенциального барьера за счёт тепловой энергии kBT очень мала, перемагничивание наночастицы может происходить за счёт эффекта макроскопического квантового туннелирования [117]. Особенность этого явления заключается в том, что практически всё время наблюдения магнитный момент наночасти</p>