Электронный магнитный резонанс наночастиц: эффекты структурной неоднородности Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

50

СЕРГЕЮ ПАВЛОВИЧУ ГУБИНУ - 75

ЭЛЕКТРОННЫЙ МАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНС НАНОЧАСТИЦ: ЭФФЕКТЫ СТРУКТУРНОЙ НЕОДНОРОДНОСТИ

Кокшаров Ю.А.

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, физический факультет, http://wwwjphys.msu.ru, 119991 Москва, Российская Федерация

Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова, Российская академия наук, http://www.igic.ras.ru 117991 Москва, Российская Федерация

Поступила в редакцию 26.11.2012, после доработки 02.12.2012.

Представлена действительным членом РАЕН С.П. Губиным 30.11.2012.

Работа посвящена проблемам анализа спектров электронного магнитного резонанса (ЭМР) неоднородных наночастиц. Отмечается значительная роль С.П. Губина в инициации и развитии экспериментальных исследований магнитных и магниторезонансных свойств наночастиц различного химического состава, диспергированных в полимерных матрицах или стабилизированных на поверхности наногранул. В работе кратко обобщаются основные особенности спектров ЭМР ферромагнитных и парамагнитных наночастиц и демонстрируются типичные проблемы, возникающие при их интерпретации. Для ферромагнитных наночастиц предлагается методика выделения из неразрешенной структуры сложного спектра ЭМР сигналов от отдельных фаз. Показано применение метода «кривых насыщения» для разделения сигналов с близкими g-факторами в неоднородно уширенных спектрах парамагнитных наночастиц.

Ключевые слова: ферромагнитные и парамагнитные наночастицы, электронный магнитный резонанс, структурная неоднородность, фазовый состав, компьютерный анализ спектров ЭМР

УДК 546.722+546.271_________________________

Содержание

1. Введение (50)

2. Основные типы ЭМР спектров наночастиц (51)

3. Многофазные ферромагнитные наночастицы (52)

4. Неоднородные парамагнитные наночастицы (54)

5. Заключение (56)

Литература (56)

1. ВВЕДЕНИЕ

Поскольку настоящий выпуск журнала посвящен 75-летию Сергея Павловича Губина, прежде чем приступить к собственно научной части статьи я хочу кратко остановиться на его роли в развитии исследований наночастиц методом электронного магнитного резонанса (ЭМР) на физическом факультете МГУ. Прежде всего, Сергей Павлович является автором пионерских (не только в СССР, но и в мире) работ по синтезу магнитных наночастиц, содержащих металлы переходных групп (железо, кобальт, никель, хром и др.), диспергированных в полимерных матрицах [1]. В его совместных с красноярскими физиками работах начала 80-х годов прошлого века [2, 3] были проведены измерения магнитных и магниторезонансных свойств созданных им материалов типа «класпол» [4]. Эти работы на 1015 лет «опередили свое время», поскольку получили продолжение только в середине 90-х годов, когда начался лавинообразный рост интереса к нанообъектам. В это же время Сергей Павлович подключил

меня, сотрудника физфака МГУ, к исследованию наночастиц, стабилизированных в полимерных матрицах или на поверхности наногранул. В многом благодаря ему в начале 2000-х были опубликован ряд статей по некоторым интересным низкотемпературным эффектам ЭМР в этих материалах [5-7]. В дальнейшем эти исследования получили продолжение — в таблице 1 приведен далеко не полный список типов наночастиц, синтезированных под руководством С.П. Губина в его лаборатории химии наноматериалов ИОНХ им. Н.С. Курнакова РАН и исследованных методом ЭМР на физическом факультете МГУ. В этом списке присутствуют наночастицы как магнитных металлов (железо, кобальт и др.), так и немагнитных (палладий, золото и др.). Эти наночастицы были изучены также широким кругом других физических методов — методом рентгенофлуоресцентного анализа (РФА), методом протяженной тонкой структуры рентгеновского поглощения (EXAFS), методом мессбауэровской спектроскопии и др.), позволяющих определять структуру и свойства нано-объектов.

Исследования показали, что независимо от метода синтеза, наночастицы в большинстве случаев неоднородны как по химическому составу (содержат кроме металлической оксидные и другие фазы), так и морфологически (например, состоят из ядра и оболочки). С технологической точки зрения полностью устранить неоднородности наночастиц в настоящее время невозможно; более того, из-за

2 НОМЕР | ТОМ 4 | 2012 | РЭНСИТ

СЕРГЕЮ ПАВЛОВИЧУ ГУБИНУ - 75

электронный магнитный 51 резонанс наночастиц

Таблица 1

Основные типы исследованных в работе моно- и гетерометаллические наночастиц, синтезированных химическими методами

Фазовый состав наночастиц по данным РФА и/или EXAFS; размер частиц Матрица (или стабилизирующая поверхность) Методы синтеза и дополнительные обработки

1 a-Fe; p-Fe; Fe3O4; Fe3C;Y-Fe2O3; 2.5 нм (оксалат); 5 нм (карбонил); 12 нм (формиат) Полиэтилен высокого давления (ПЭВД) терморазложение (ТР) из пенткарбонила (ПК), формиата, оксалата железа в атмосфере Ar

2 CoO; 8.5 нм ПЭВД ТР из ацетата кобальта в атмосфере Ar

3 a-Fe, Y-Fe2O3, 7 нм (метод 1), 18 нм (метод 2) наногранулы (НГ) SiO2 (1) ТР ПК Fe в гексане с микрогранулами; (2) ТР ПК Fe на поверхности раскалённых МКГ

4 a-Fe (15%), Fe3C (48%), FeF2 (12%), Y-Fe2O3(25%); 6 им НГ политетрафторэтилена (ПТФЕ) ТР ПК Fe в очищенном веретенном масле с микрогранулами в атмосфере аргона

5 a-Co (ГПУ), 15 нм (8 нм кристаллич. ядро, остальное аморфная оболочка) НГ SiO2 ТР карбонила кобальта

6 Co3O4 (80%), CoO (10%), CoF2 (10%), 3.5 нм НГ ПТФЕ ТР ацетата кобальта в гидрокарбоновом масле

7 a-Fe (ядро), Y-Fe2O3 (оболочка), 12 нм НГ наноалмазов (НА) ТР карбонила Fe в смеси масла и МКГ

8 CoO, 15 нм минеральное масло (ММ) ТР карбонила и ацетата Co

9 CoO, 6 нм НГ НА ТР ацетата Co в смеси масла и МКГ

10 a-Fe Fe O Fe O ПЭВД ТР из формиата железа, прессование таблеток

11 Fe O , 7-9 нм X y’ Силоксановые каучуки (СЛКЧ) ТР ацетата железа в нагретом олигомере

12 сплав Fe-Co-B, рентгеноаморфны, 20 нм СЛКЧ Восстановление водорастворимых солей железа и кобальта боргидридом натрия в присутствии ПАВ

13 Сплав Fe-Mn, рентгеноаморфны, бимодальное распределение по размерам 2-3 нм и 20 нм ПЭВД ТР пентакарбонила железа и декакарбонила марганца в растворе-расплаве масла и полимера в атмосфере аргона

14 Pt@Fe2O3, 5 нм ПЭВД ТР ПК Fe и платинохлористоводородной кислоты

15 мет. Cu (98%), CuO (2%), 10-12 нм НГ ПТФЕ ТР ацетата, формиата меди

16 Re2O7, ReO3, ReO2, 15 нм Полиэтилен низкого давления (ПЭНД) ТР Re2(CO)10, NH4ReO4Re4O6(OCH3)12

17 Мет. Re, Re2O7, ReO3, ReO2,; 6 нм (карбонил), 30 нм (пергидрат) НГ ПТФЕ ТР Re2(CO)10, NH4ReO4

18 Mo, MoC, MoO2, MoO3, 5 нм ПЭВД ТР Mo(CO)6

19 Mo, MoF4, 4 нм НГ ПТФЕ ТР Mo(CO)6

20 Pd, PdO2, 4 нм ММ ТР Pd(CH3COO)2 в CHCl3

21 Pd, PdO2, 7 нм НГ ПТФЕ ТР Pd(CH3COO)2 в CHCl3

22 Pd, PdO2, 7 нм ПЭВД ТР Pd(CH3COO)2 в CHCl3

23 Pd, PdO2, нм НГ НА

24 Au, 50 нм ММ, гептан ТР HAuCI4 в C2H5OH

25 Au, 7 нм и 50 нм ПЭВД ТР HAuCI4 в C2H5OH

неизбежных сильных поверхностных эффектов принципиальная возможность создать однородные наночастицы также остаётся под вопросом. Следствием структурной неоднородности является усложнение формы спектров ЭМР наночастиц и значительные трудности при их интерпретации.

Поскольку теория ЭМР наночастиц в настоящее время далека от завершения [см. напр., 8] большое значение имеют практические приемы обработки сложных спектров ЭМР наночастиц, позволяющие соотносить их с данными других методов (РФА, EXAFS и др.). Некоторым из этих приемов и посвящена настоящая работа.

2. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ЭМР СПЕКТРОВ НАНОЧАСТИЦ

Спектры ЭМР различных типов

металлосодержащих наночастиц можно разделить на две группы: (1) спектры наночастиц с сильными магнитными взаимодействиями, обеспечивающими магнитное упорядочение спинов внутри частиц (ферро-, ферри-, антиферро-магнитное, типа спинового стекла и т.д.); (2) спектры наночастиц без внутреннего магнитного порядка, т.е. парамагнитных. Условно спектры первого типа можно назвать «ферромагнитными», а второго — «парамагнитными».

РЭНсиТ | 2012 | ТОМ 4 | НОМЕР 2

52

Кокшаров Ю.А.

СЕРГЕЮ ПАВЛОВИЧУ ГУБИНУ - 75

Следует уточнить используемую терминологию. Общим термином для обозначения резонанса магнитных моментов электронного происхождения является электронный магнитный резонанс [9]. В частных случаях используются термины электронный парамагнитный резонанс (ЭПР) -резонанс магнитных моментов отдельных атомов или молекул, электронный спиновый резонанс (ЭСР) - разновидность ЭПР, когда орбитальным вкладов в магнитный момент молекулы можно пренебречь, ферро- и антиферромагнитный резонанс (ФМР и АФМР) — коллективный резонанс сильно взаимодействующих атомных магнитных моментов и т.д. Резонанс магнитных наночастиц ферромагнитных металлов можно отнести к разновидности ФМР с сильным влиянием суперпарамагнитных флуктуаций. Термин суперпарамагнитный резонанс пока в литературе не прижился.

Спектры ЭМР первого типа обнаруживаются в наночастицах, содержащие железо, кобальт, никель, т.е. те элементы, которые и в объемном состоянии относятся к материалам с сильными магнитными свойствами. Для всех наночастиц этого типа спектры ЭМР представляют собой одну интенсивную широкую плохо разрешенную линию, смещенную в область низких полей по отношению к резонансному полю свободного электрона. Также для спектров ЭМР первого типа характерно заметное влияние суперпарамагнитных флуктуаций, которое проявляется в сужении спектра при уменьшении размера частиц (при неизменном фазовом составе), а также в сужении резонансной линии при увеличении температуры. Характер изменения ширины линии при нагреве позволяет различать сигналы ЭМР суперпарамагнитных и парамагнитных частиц, поскольку для последних с ростом температуры сигнал ЭПР уширяется вследствие увеличения скорости спин-решеточной релаксации.

Кроме того, в спектрах ЭМР первого типа сильно проявляются эффекты дипольдипольного взаимодействия между

наночастицами, экспериментально обнаруживаемые по дополнительному уширению и смещению спектра в область низких полей при увеличении концентрации наночастиц в матрице или на стабилизирующей поверхности. Особенно сильно уширяются и смещаются спектры ЭМР при агломерации частиц, возникающей, например, в результате плавлении матрицы. При температурах ниже температуры блокировки статической намагниченности спектры ЭМР первого типа могут демонстрировать гистерезис в низких полях. 2

3. МНОГОФАЗНЫЕ ФЕРРОМАГНИТНЫЕ НАНОЧАСТИЦЫ

Как уже отмечалось, для наночастиц характерны различные виды неоднородности, в частности, неоднородности состава («многофазность»). Так в наночастицах железа, полученных термическим разложением органометаллических соединений (карбонила, ацетата и др.), согласно методу РФА кроме металлической фазы всегда присутствуют оксиды, и иногда, в зависимости от типа матрицы, карбиды и фториды. Для большинства исследованных образцов переходных

ферромагнитных металлов была обнаружена чувствительность формы спектра ЭМР к изменению фазового состава наночастиц. Спектры ЭМР наночастиц на основе переходных металлов типа железа или кобальта представляют собой очень широкие линии с почти неразрешенной структурой, что является препятствием для их анализа. Для выделения в таких спектрах сигналов ЭМР от отдельных фаз была разработана процедура, которую можно продемонстрировать на примере железосодержащих частиц.

По данным РФА в наночастицах, стабилизированных на поверхности микрогранул SiO2, и полученные терморазложением Fe(CO)5 в гексане, соотношение металлической и оксидной фазы максимально из всех исследованных нами образцов. Таким образом, сигнал ЭМР этого образца (рис. 1а) был выбран в качестве эталонного спектра ЭМР сигнала наночастиц a-Fe. Для дальнейшего использования этого спектра он был симулирован суммой четырех тцаллианов

О 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

Магнитное поле (Э)

Рис. 1а. Наногранулы кварца. Тонкие линии — тцаллианы (параметры указаны на рисунке), толстая линия — сумма тцалианое.

2 НОМЕР | ТОМ 4 | 2012 | РЭНСИТ

СЕРГЕЮ ПАВЛОВИЧУ ГУБИНУ - 75

электронный магнитный 53 резонанс наночастиц

с формой линии, описываемой уравнением: 2q-1 -1

Y (H) = -Yo--— х

q -1

2(H - Hr )

-2

Г

2(H + Hr )

1 + ( 2q-1 -1 j

-1 A(H - Hr )

Г2

q

q-1

Г

2

1 + (2‘‘-1 - 1j ptr

q

q-1

+

x<

(1)

где Y0 — параметр, регулирующий высоту линии, HR — резонансное поле, Г — релаксационный параметр, q — параметр распределения Тцаллиса [10]. Линия, описываемая уравнением (1), тцаллиан, переходит в гауссиан при q=1 и в лоренциан при q=2. Поскольку в экспериментальных спектрах редко встречаются линии чисто лоренцевой или гауссовой формы, то благодаря дополнительному параметру q тцаллиан дает дополнительные возможности для точной симуляции реальных спектров.

Выбор количества компонент симуляции определяется тем, что при симуляции спектра тремя тцаллианами точность фитинга ухудшается на порядок, при добавлении пятого тцаллиана точность улучшается незначительно. Использование вместо тцаллианов гауссианов или лоренцианов заметно увеличивает необходимое для удовлетворительной симуляции число компонент.

Далее полученный симулированный

спектр a-Fe использовался для разложения экспериментальных спектров ЭМР наночастиц, в которых кроме металлического железа по данным РФА, EXAFS и других методов, присутствовали другие фазы. На рис. 1б приведено разложение экспериментального спектра ЭМР наночастиц

Рис. 1б. Наногранулы тефлона. Тонкие линии — симулированный спектр a-Fe (см. рис. 1а) и гауссианы, толстая линия — сумма трех указанных компонент.

«железа», стабилизированных на поверхности наногранул тефлона на сумму

^пэтфН) = PIYJH + (2)

где Y .(H), i = 1-4—тцаллианы, показанные на рис. 1а, YGk, k = 1, 2 — гауссианы

YG,k (H) = -Ymax,G,k х

2ln2(H - HR,G,k)

Г2 1 G,k

2ln2(H + HR,G,k) .2

Г

G,k

ln2(H-HRAk )2

Г2

1 G,k

ln2(H + Hr^ )2

+

х

Г

G.k

e

(3)

где H — резонансное поле, TGk — релаксационный параметр (полуширина линии поглощения), Y^ck —параметр, регулирующий высоту линии. При симуляции спектра на рис. 1б варьируемыми

параметрами были Р, У^, Y^xG.2, HR,G,1, HRG,2, Г , rGR. Параметры тцаллианов, симулирующих спектр a-Fe, при этом не изменялись, что позволило сохранить форму линии, учитывающей вклад от a-Fe в исследуемый спектр.

Аналогичным образом проводилось разложение спектра ЭМР наночастиц «железа», стабилизированных на поверхности наногранул алмаза (рис. 1в), но в этом случае для симуляции оказалось достаточно одного дополнительного гауссиана. Компоненты разложения гауссовой формы были отнесены к оксидным и карбидным фазам, обнаруженным в исследуемых наночастицах структурными методами (РФА и др).

Рис. 1в. Наногранулы алмаза. Тонкие линии — симулированный спектр a-Fe (см. рис. 1а) и гауссиан. Толстая линия — сумма двух

указанных компонент.

РЭНСИТ | 2012 | ТОМ 4 | НОМЕР 2

54

Кокшаров Ю.А.

СЕРГЕЮ ПАВЛОВИЧУ ГУБИНУ - 75

Следует отметить, что в приведенном разложении сложных спектров ЭМР на тцаллианы нельзя сопоставлять отдельные компоненты спектра какому-либо специфическому типу резонансных центров. Цель такого разложения — удобное аналитическое представление сложного спектра от известной фазы (в данном случае от a-Fe).

4. НЕОДНОРОДНЫЕ ПАРАМАГНИТНЫЕ НАНОЧАСТИЦЫ

При исследовании методом ЭМР парамагнитных наночастиц (Pd, Ли, Re) резонансный спектр выглядит существенно проще, чем для ферромагнитых наночастиц. Обычно это синглетная почти симметричная линия с ^фактором «2.00. Однако, поскольку форма линии существенно отличается от лоренцевой, возможность неоднородного уширения требует проверки. Для этого записываются зависимости амплитуды и ширины линии от микроволновой мощности (кривые насыщения). Для однородно уширенной линии квадрат ширины АН должен подчиняться соотношению [11]:

(Анрр)2 = (AHppo)2 + (4)

где квадрат амплитуды магнитного микроволнового поля Н связан с мощностью Р по формуле Н2 = kP, (5)

а время (в сек) поперечной релаксации определится соотношением:

т2 = 1.313-10-У(2.0023’АНрр). (6)

Коэффициент пропорциональности k для используемого спектрометра ЭПР можно определить, например, строя зависимость (4) для радикала BDPA, для которого T=T2. Для спектрометра Varian E-4, использованного в настоящей работе, было получено k = (245±3)'10-5 Э2/мВт.

Ширина неоднородно уширенной линии, компоненты которой имеют одинаковые параметры насыщения, не должна зависеть от микроволновой мощности.

Зависимость амплитуды Л сигнала ЭПР от мощности может быть записана в виде [12]:

Лрр=Л0^Р/(1 + ^д)^ (7

где параметр b характеризует тип уширения резонансной линии (b = 1 — идеальное неоднородное, b = 2 — идеальное однородное уширение), а параметр насыщения Р1/2 равен мощности, при которой амплитуда однородно уширенной линии уменьшается в 2 раза.

На рис. 2 приведен спектр ЭПР (при P = 1 мВт) наночастиц золота, диспергированных в гептане, и соответствующие кривые насыщения. Из рис. 2а видно, что форма линии не описывается ни лоренцианом, ни гауссианом.

Зависимость АН 2(Р) нелинейна (рис. 2б) и в первом приближении может быть представлена в виде двух участков: участка быстрого роста при малых Р, и более медленного роста при больших Р.

малых и больших мощностях.

Кривая насыщения для Ана рис. 2в хорошо описывается соотношением (7), причем параметр b « 1, что соответствует случаю неоднородно уширенной линии.

Наклоны кривой АНрр2(Р) при малых и больших мощностях дают значения времени продольной

2 НОМЕР | ТОМ 4 | 2012 | РЭНСИТ

СЕРГЕЮ ПАВЛОВИЧУ ГУБИНУ - 75

наночастиц золота в гептане на два лоренциана (штриховые линии). P=1 мВт, T=295 K.

релаксации T, соответственно, 1.9 и 0.1 мс. Время поперечной релаксации T, определенное по формуле (6), равно 0.02 мс.

Результаты разложения экспериментальных спектров ЭПР на два лоренциана представлены на рис. 3. Из рис. 3а видно, как экспериментальный спектр при при P = 1 мВт может быть разложен на широкий и узкий лоренциан. Кривые насыщения для амплитуд этих лоренцианов показаны на рис. 3б, они описываются формулой (7) с параметрами, близкими к параметрам экспериментального спектра на рис. 2в. Кривые AHpp2(P) для этих лоренцианов имеют аналогичный вид, причем для обеих сохраняется разделение на участок быстрого (при малых P) и медленного роста, наблюдаемое в экспериментальном спектре. В области больших мощностей широкий лоренциан насыщается быстрее (T1 ~ 0.36 мс), чем узкий (T1~0.09 мс). Это согласуется с соотношением между значениями P1/2 для этих лоренцианов (рис.

Рис. 3б. Кривые насыщения Ap(P) для лоренцианов. Параметры кривых (см. (7)): Ag=0.51±0.02; P1/2=17±5мВт; b = -0.96±0.09 (кружки,узкий лоренциан); A=0.61±0.01; P/2=12±9 мВт; b = —0.85±0.02 (квадраты, широкий лоренциан).

электронный магнитный 55 резонанс наночастиц

Различия в скорости релаксации и ширине для компонентов спектра ЭПР наночастиц парамагнитных металлов можно качественно объяснить следующим образом. В исследованных образцах всегда присутствуют как отдельные изолированные частицы, так и их агломераты (это подтверждают данные ПЭМ). Скорость релаксации наночастиц должна лимитироваться квантово-размерным эффектом, обуславливающим дискретность уровней фононного спектра. Для изолированных частиц такая дискретность должна проявляться сильнее, следовательно, и время релаксации должно быть больше. Если источником сигнала являются свободные электроны (РФА подтверждает металлический характер частиц), то степень их пространственной делокализации должна влиять на ширину сигнала («эффект сужения движением»). Поэтому для агломератов ширина линии ЭПР должна быть меньше, чем для изолированных наночастиц. Таким образом, широкие компоненты должны быть более склонны к насыщению с ростом микроволновой мощности. Отметим, что схожее поведение сигналов ЭПР наблюдается и для других исследованных нами парамагнитных наночастиц (Pd и Re).

РЭНСИТ | 2012 | ТОМ 4 | НОМЕР 2

56

Кокшаров Ю.А.

СЕРГЕЮ ПАВЛОВИЧУ ГУБИНУ - 75

5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Наши результаты показывают, что требуется детальный анализ спектров ЭМР для получения информации о неоднородностях различного типа в системах магнитных наночастиц. В случае парамагнитных наночастиц необходимо разделять линии, практически совпадающие по ^-фактору. Этой цели может служить метод «кривых насыщения». В случае ферромагнитных наночастиц большая ширина линий, соответствующая отдельным магнитным фазам, приводит к необходимости иметь типовой спектр ЭМР этих фаз.

ЛИТЕРАТУРА

1. Губин СП, Кособудский ИД. Металлические кластеры в полимерных матрицах. Успехи химии, 1983, 52:1350-1364.

2. Петраковский ГА, Пискорский ВП, Губин СП, Кособудский ИД. Физика магнитоупорядоченных веществ. ФТТ, 1980, 20(5):1507-09.

3. Петраковский ГА, Пискорский ВП, Губин СП, Кособудский ИД, Баюков ОА, Свирская НМ. В сб.: Магнитные и резонансные свойства магнитных материалов. Красноярск, 1982, с. 97.

4. Губин СП, Кособудский ИД, Петраковский ГА, Пискорский ВП, Кашкина ЛВ, Коломейчук ВН. ДАН СССР, 1981, 260:144.

5. Koksharov YuA, Gubin SP, Kosobudsky ID, Yurkov GYu, Pankratov DA, Ponomarenko LA, Mikheev MG, Khodorkovsky Y, Beltran M, Tishin AM. Phys. Rev.B., 2001, 63:12407-12410.

6. Koksharov YuA, Pankratov DA, Gubin SP, Kosobudsky ID, Khodorkovsky Y, Beltran M, Tishin AM. JAppl.Phys., 2001, 89:2293-2298.

7. Koksharov YuA, Gubin SP, Kosobudsky ID, Beltran M, Khodorkovsky Y, Tishin AM. J.Appl.Phys., 2000, 88:587-592.

8. Gubin SP (ed). MagneticNanoparticles. Wiley-VCH, 2009.

9. Rudowitz C. ApplMagn.Reson., 2003, 24:483-491.

10. Weil JA, Bolton JR. Electron paramagnetic resonance. Elementary Theory and Practical Applications. Wiley, 2007.

11. Eaton SS, Eaton GR. Electron Paramagnetic Resonance. In Ewing's Analytical Instrumentation Handbook. Marcel Dekker, 2005, p. 349.

Кокшаров Юрий Алексеевич,

к.ф.-м.н, доцент,

МГУ им М.В.Ломоносова, физический факультет 1/2, Ленинские горы, 119991 Москва, Россия, +7 495 939-2973, yak@physics.msu.ru 2

2 НОМЕР | ТОМ 4 | 2012 | РЭНСИТ

СЕРГЕЮ ПАВЛОВИЧУ ГУБИНУ - 75

57

ELECTRON MAGNETIC RESONANCE OF NANOPARTICLES: EFFECTS OF STRUCTURAL INHOMOGENEITIES

Koksharov Yu.A.

Lomonosov Moscow State University, Faculty of Physics, http://www.phys.msu.ru,

1/2, Leninskie Gory, 119991 Moscow, Russian Federation, yak@physics.msu.ru

Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry, Russian Academy of Sciences, http://www.igic.ras.ru, 31, Leninsky prosp., 117991 Moscow, Russian Federation,

This work is devoted to problems of an analysis of electron magnetic resonance (EMR) spectra of heterogeneous nanoparticles. We stress the invaluable contribution of S.P. Gubin to the initiation and growing of magnetic and EMR researches of nanoparticles, which are dispersed to polymeric matrices or stabilized of the nanogranule surfaces. We summarize shortly basic features of nanoparticle EMR spectra and show typical obstacles in their interpretation. The method is proposed which allows extracting separate phase signals from complex EMR spectra of multiphase ferromagnetic nanoparticles. We show also how microwave saturation studies can help to resolve inhomogeneous EMR spectra of paramagnetic nanoparticles.

Keywords: ferromagnetic and paramagnetic nanoparticles, electron magnetic resonance, structural heterogeneity, phase composition, computer analysis of EMR spectra

UDC 546.722+546.271

Bibliography - 11 references Received 26.11.2012, revised 02.12.2012

RENSIT, 2012, 4(2):50-57_______________________________________________________________________________

REFERENCES 8. Gubin SP (ed). Magnetic Nanoparticles. Wiley-VCH,

1. Gubin SP, Kosobudsky ID. Metallicheskie klastery 2009.

v polimernykh matritsakh [Metal clusters in the 9. Rudowitz C. ApplMagn.Reson, 2003, 24:483-491. polymer matrix]. Uspekhi khimii, 1983, 52:1350-1364. 10. Weil JA, Bolton JR. Electron paramagnetic resonance.

2. Petrakovsky GA, Piskorsky VP, Gubin SP, Elementary Theory and Practical Applications. Wiley, 2007.

Kosobudsky ID. Fizika magnitouporyadochennykh 11. Eaton SS, Eaton GR. Electron Paramagnetic Resonance. veschestv [Physics of magnetically ordered materials]. In Ewing’s Analytical Instrumentation Handbook. Marcel FTT, 1980, 20(5):1507-09. Dekker, 2005, p. 349.

3. Petrakovsky GA, Piskorsky VP, Gubin SP,

Kosobudsky ID, Bayukov OA, Svirskaya NM.

In: Magnitnye i resonansnye svoystva magnitnykh materialov [Magnetic and resonance properties of magnetic materials]. Krasnoyarsk, 1982, p. 97.

4. Gubin SP, Kosobudsky ID, Petrakovsky GA,

Piskorsky VP, Kashkina LV, Kolomeychuk

VN. DAN SSSR 1981, 260:144.

5. Koksharov YuA, Gubin SP, Kosobudsky ID,

Yurkov GYu, Pankratov DA, Ponomarenko LA, Mikheev MG, Khodorkovsky Y, Beltran M,

Tishin AM. Phys.Rev.B., 2001, 63:12407-12410.

6. Koksharov YuA, Pankratov DA, Gubin SP,

Kosobudsky ID, Khodorkovsky Y, Beltran M,

Tishin AM. JAppl.Phys., 2001, 89:2293-2298.

7. Koksharov YuA, Gubin SP, Kosobudsky ID,

Beltran M, Khodorkovsky Y, Tishin AM. JAppl.

Phys., 2000, 88:587-592.

РЭНСИТ | 2012 | ТОМ 4 | НОМЕР 2