Магнитные свойства наносистем

Лекция 4.

1. Магнитные наносистемы. Доменная структура ферромагнитным материалов

В отличие от оптических магнитные свойства наносистем определяются не только размерами частиц и их морфологией, но и характером взаимодействия как между частицами, так и между частицами и матрицей. Наибольший интерес для исследований представляют магнитоупорядоченные нанокристаллические материалы, такие как ферромагнетики, ферримагнетики и антиферромагнетики, поскольку их свойства значительно изменяются при уменьшении размеров магнитных частиц. В то же время магнитные свойства диамагнетиков и пара­магнетиков практически не зависят от размерного фактора.

Магнитные наноматериалы разделяют по типу организации системы и факторам, определяющим ее магнитные свойства (рис. 1), на следующие группы:

A. Изолированные невзаимодействующие магнитные частицы (магнитные
жидкости, композиты "ферромагнетик/немагнитный диэлектрик" с низкой
концентрацией магнитной фазы). Свойства наносистемы определяются только размерным фактором.

B. Наночастицы "ядро в оболочке" (нанопорошки металлов, покрытые слоем соответствующего оксида). Свойства наносистемы полностью опреде­ляются характером взаимодействия ядра с оболочкой.

C. Магнитные частицы в магнитоактивной или неактивной матрице.
Свойства наносистемы определяются как размерами частиц, так и характером
их взаимодействия с матрицей и друг с другом.

D. Наносистемы с высокой концентрацией наночастиц (самоорганизованные
наносистемы). Свойства определяются межчастичными взаимодействиями.

Рис. 1.

Ферромагнитные системы описывают с использованием нескольких параме­тров, определяющих их свойства. К ним относят намагниченность насыщения М_р остаточную намагниченность М_ю коэрцитивную силу Н_с и форму петли гистерезиса (рис. 2). При этом намагниченность насыщения определяется магнитным моментом каждого атома в системе, их взаимным расположением и фактически не зависит от размерного фактора. В то же время значение коэрци­тивной силы и форма петли магнитного гистерезиса во многом определяются размером и формой частиц. Изменение намагниченности материала во внешнем магнитном поле связано с переходом через некоторый энергетический барьер, а каждый физический механизм, ответственный за энергетический барьер, имеет свойственную ему размерную величину (корреляционный радиус).

Выделяют три фундаментальных характеристических размера, связанных с процессом перемагничивания: длину кристаллической анизотропии l_К, протяженность внешнего магнитного поля l_H и магнитостатическую длину l_S которые опреде­ляются следующими соотношениями:

где J - плотность обменной энергии, К-константа магнитной анизотропии объем­ного материала, Н-напряженность внешнего магнитного поля, М_S - намагничен­ность насыщения.

Рис. 2.

Дата добавления: 2014-01-07