CC BY
724. Соколов А.А., Тернов И.М., Жуковский
B.Ч. Квантовая механика. - М.: Наука, 1979. -
C. 310.
25. Рысин А.В, Рысин О.В, Бойкачев В.Н, Никифоров И.К. Парадокс силы Лоренца в концепции её получения через вектор потенциалы по преобразованиям Лоренца // Науч. журнал "Sciences of Europe" (Praha, Czech Republic) / 2018/ - № 34 (2018) vol. 2, p. 53-63.
26. Рысин А.В. Революция в физике на основе исключения парадоксов / А.В. Рысин, О.В.Рысин, В.Н. Бойкачев, И.К. Никифоров. М.: Техносфера, 2016. 875 с.
27. Рысин А.В., Рысин О.В., Бойкачев В.Н., Никифоров И.К. Парадоксы вычисления боровских орбит в квантовой механике на основе системы измерения СИ // Науч. журнал "Sciences of Europe" (Praha, Czech Republic) / 2019/ - № 42 (2019) vol. 2, p. 50-58.
28. Рысин А.В., Рысин О.В., Бойкачев В.Н., Никифоров И.К. Принципы возникновения шаровой молнии // Науч. журнал "Sciences of Europe" (Praha, Czech Republic) / 2019/ - № 38 (2019) vol. 1, p. 25-40.
МАГН1ТН1 ВЛАСТИВОСТ1 НАНОЧАСТИНОК CowCu90, ОТРИМАНИХ СОНОХ1М1ЧНИМ
МЕТОДОМ
Салюк О.
кандидат фiз. - мат. наук, доцент 1нститут магнетизму НАН Украти та МОН Украши, Кшв, Украта
Сопов А.
Нацюнальний технЫний тститут Украши «Кшвський полiтехнiчний iнститут iменi 1горя Скорського», Кшв, Украша, студент
MAGNETIC PROPERTIES OF CowCu90 NANOPARTICLES PREPARED BY SONOCHEMICAL
METHOD
Salyuk O.
PhD, Associate Professor Institute of Magnetism NASU and MESU, Kyiv, Ukraine
Sopov A.
National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Polytechnic Institute ", Kyiv, Ukraine, student
АНОТАЦ1Я
Дослщжено особливосп магттних та структурних властивостей наночастинок CoioCu9o, виготовле-них сонохiмiчним методом «мокро! хiмil». Як i для гранулярних плiвок, спостертаеться формуванням гранул кобальту в немагнггаш матриц мщ. Однак, на вщмшу ввд гранулярних плiвок, отриманих розпилен-ням, розмiр гранул кобальту е значно бшьшим, i вони е феромагштними, а не суперпарамагштними. Сут-тевою вщмшою ввд гранулярних плiвок е також те, що вщпал наночастинок не призводить до подальшого розшарування системи, а, навпаки, веде до утворення метастабшьно! фази CoCu з низькою намагшчешстю насичення. Ввдпал при високих температурах дае можливють отримати метастабшьш фази, яш практично неможливо отримати в масивних матерiалах.
ABSTRACT
Peculiarities of magnetic and structural properties of Co10Cu90 nanoparticles prepared by the "wet chemistry" sonochemical method have been studied. Like in granular films, the formation of cobalt granules in a nonmagnetic copper matrix is observed. However, in contrast to the granular films obtained by sputtering, cobalt granules size is much larger and they are ferromagnetic rather than superparamagnetic. Also a significant difference from granular films is that the annealing of nanoparticles does not lead to further phase separation, but leads to the formation of a metastable phase of CoCu with low saturation magnetization. Annealing at high temperatures allows obtaining metastable phases, which are hardly can be obtained in massive materials.
Ключовi слова: магнита наночастинки, нанокристалп'и, зернисл матерiали, намагшчування, феро-магштний резонанс.
Keywords: magnetic nanoparticles, nanocrystallites, granular materials, magnetization, ferromagnetic resonance.
Шдвищена увага до нанооб'екпв пояснюеться наявнютю у цих об'екпв нестандартних фiзичних та хiмiчних властивостей, пов'язаних з появою так званих «розмiрних квантових ефекпв», що виника-ють у випадках, коли розмiри об'ектiв порiвнянi з довжинами хвиль де-Бройля електронiв, фотошв та
екситонiв, що в них розповсюджуються [1-3]. Од-нiею з головних причин змши фiзичних та хiмiчних властивостей малих частинок е також зростання вiдносноï частки «поверхневих» атомiв зi зменшен-ням розмiру частинки. Найбшьш яскраво рiзниця мiж масивними матерiалами та наноматерiалами проявляеться в 1х магнiтних властивостях. Зокрема,
намагтчешсть (в розрахунку на один атом) i магш-тна ашзотрошя наночастинок можуть суттево ввд-рiзнятись ввд масивних зразк1в, а температури Кюрi (Тс) або Нееля (Тк) для наночастинок та ввдповвд-них макроскопiчних фаз можуть змiнюватись на со-тнi градусiв. Крiм того, в магнiтних наноматерiалах виявлено ряд незвичайних явищ - пгантський маг-нiтоопiр, аномально великий магттокалоричний ефект тощо.
Магнiтнi властивостi наночастинок визнача-ються багатьма факторами - хiмiчних складом, типом кристалiчно! гратки та ступенем И дефектносп, розмiром та формою частинки, и морфологiею (для структурно неоднорiдних частинок), взаемодiею частинок з матрицею, в якш вони знаходяться, та сусвдшми частинками. Змiнюючи розмiри, форму, склад та будову наночастинок, можна в певних межах керувати магттними характеристиками мате-рiалiв на !х основi. Однак, контролювати цi власти-востi при синтезi частинок вдаеться далеко не зав-жди, ^ навiть, фiзичнi характеристики матерiалiв одного й того ж складу, отриманих рiзними методами та в рiзних умовах, можуть суттево вiдрiзня-тися.
Виготовлення та характеризацiя магнiтних наночастинок мають велике значения як з точки зору !х застосування (магнiторезонаисна вiзуалiзацiя [4,5], запис шформаци [6], феромагнiтнi рiдини [7], каталiз [8,9], бiотехнологiя i бiомедицина та навко-лишне середовище [3,10]), та к i з фундаментально! точки зору [11,12]. Для синтезу магштних наночастинок активно застосовуються таш методи як пря-мий термiчний розпад, сонохiмiчнi методи, контро-льоване вiдновления солей та лазерний пiролiз [1315]. Для синтезу наночастинок широко застосову-еться технiка хiмiчного спiвосаджения [16,17], яка е привабливою завдяки простим умовам реакци та можливютю контролювати розмiри частинок.
З часу ввдкриття ефекту гiгантського магштоо-пору [18,19] особлива увага придшяеться грануляр-ним матерiалам, де нанометровi гранули феромаг-нiтних елементiв зануреш в електропровiдну нема-гнiтну матрицю, через вiдносну простоту !х виготовлення [20]. Зазвичай так1 системи виготов-лялися у виглядi тонких плiвок, отриманих сшв-осадженням або сшльним розпиленням двох не змь шуваних компонент. Найбiльш типовими феромаг-ттш матерiалами е Со i Fe, а найбiльш типовими немагнiтними - Си, Ag i Аи. Величина ГМО (до 32% при шмнатнш температурi для системи Coз7Ag6з [21]) е досить чутливою до об'емного коефщента заповнення магнiтним матерiалом /, розмiру магш-тних гранул та термiчно! обробки. У дiапазонi ни-
зьких концентрацш (/<40%) гранули мають сфери-чну форму та досить широкий розподш за розмь рами, з типовим дiаметром 2-5 нм для плiвок Co -Cui9 та Co - Ag20.
У цiй роботi дослвджувалися нанопорошки сплаву Co10Cu90, виготовленi сонохiмiчним методом «мокро!» хiмii. Структурна характеризащя отриманих наноструктурованих матерiалiв до, а та-кож пiсля дешлькох термiчних обробок проводилась за допомогою методiв рентгенiвськоi' дифрак-цп та електронно! мжроскопп, а !хш магнiтнi влас-тивостi вимiрювались статичними (вiбрацiйний магнiтометр) та високочастотними методами (фе-ромагнiтний резонанс).
СИНТЕЗ I СТРУКТУРНА ХАРАКТЕРИЗАЦ1Я НАНОЧАСТИНОК CoCu Для синтезу наночастинок C010CU90 був вико-ристаний сонохiмiчний метод «мокро!» хiмii. Роз-чин, який мiстить 0,0475 г гексагвдрату хлориду кобальту (II) i 0,3068 г мвдного дегвдрату хлориду (II) i 40 мл дистильовано! води герметизувався в атмо-сферi азоту i на^вався до 60 °С. Через годину у ро-зчин додавали 6 мл N2H4 i перемiшували протягом 5 хв. Пiсля цього у отриманий розчин додавали 2 мл 1 N розчину NaOH i обробляли ультразвуком протягом 1 години. Шсля бурхливо! реакцi! видмвся чорний порошок. Цей порошок ввдокремлювали за допомогою магнiтного поля i спочатку промивали дистильованою водою для видалення залишкiв ю-нiв реакцшно! сумiшi, а потiм ацетоном для видалення води. Отримаш наночастинки C010CU90 пре-сували в пластини розмiром 5 мм х 5 мм х 1 мм i збер^али в атмосферi азоту. Частина зразшв ввдпа-лювалась в атмосферi аргону при 300 °C та 450 °C протягом 1 години.
Для дослвдження низькокутово! рентгенiвсько! дифракцп наночастинок Co10Cu90 використовува-вся дифрактометр X'Pert MPD фiрми "Philips" з ви-промiнюванням Cu-Ka. Для мiкроструктурних дос-лiджень методом просвiчуючоi електронно! мшро-скопй' (ПЕМ) отриманi наночастинки Co10Cu90 були дисперговаш в етанолi та осадженi на нiкелевi а-тки, вкритi вуглецем. Дослвдження наночастинок проводились на електронному мшроскош Jeol JEM 2100 з прискорюючим потенцiалом 200 кВ, оснаще-ним мiкроаналiзатором електронного дифракцш-ного спектру Inca Energy TEM 250.
РЕЗУЛЬТАТИ ТА ОБГОВОРЕННЯ MiKpocmpyKmypHa характеризацiя Рентгешвський спектр отриманих наночастинок Coi0Cu90 складаеться з рефлексiв ввд мiдних та кобальтових кубiчних гранецентрованих (ГЦК або fcc) нанокристалiв (рис.1).
Рис. 1. Спектри рентгетвськог дифракци синтезованих наночастинок Co10Cu9o.
На рисунку 2 показана морфолопя наночастинок Сою^эд. Як можна бачити на цих мжрозобра-женнях ПЕМ, частинки добре роздiляються i мають округлу або багатокутну форму. Частинки е досить однорвдними за розмiром (50-100 нм). Зображення, отриманi при великих збшьшеннях, показали, що наночастинки мають полiкристалiчну будову, з се-реднiм розмiром кристалiтiв 5-10 нм. Аналiз даних, отриманих за допомогою дифракцшного спектра електронiв, показав, що кожен нанокристалгг мае рiвномiрний склад об'ему i вiдсутнiсть утворень типу ядро-оболонка. За допомогою декiлькох спек-трiв, отриманих для рiзних нанокристалтв був проведений напiвкiлькiсний аналiз, результата
якого представлеш на рисунку 3. Видно, що бшь-шiсть цих кристалтв мiстять приблизно 3-5 мас.% Со, але в деяк1 кристалгта збагаченi кобальтом (до ~50 мас.%, див. Таблицю 1).
Рiзницю м1ж даними рентгеноструктурного аналiзу та просвiчуючоl електронно! мжроскопи можна пояснити, припустивши наявнють деяко! кь лькостi iзольованих нанокристалiв кобальту (ре-зультати ПЕМ). В результата цього рентгенiвський спектр наночастинок СоюО^ перекриваеться зi спектром окремих нанокристалтв Со. Таким чином, можна вважати, що отримаш зразки склада-ються з двох видiв нанокристалiтiв: (i) твердий ро-зчин Со в Си з рiзним вмiстом Со в нанокристалах рсп\пр\ 5-10 нм та (и) чисп наночастинки Со.
Рис. 2. МшрофотографП наночастинок Со10Ры90, отримаш методом ПЕМ, що показують морфологю
наночастинок i нанокристалтiв
Рис. 3. Вибраш спектри дифракцп електротв (права панель), отримаш для рьзних нанокристалтiв СоСи, як позначених вiдповiдними цифрами на ПЕМ-мiкрофотографiях. На спектрах 22, 26 присутнi iнтенсивнi пки кобальту, що вiдповiдаe концентрацИ кобальту ~ 50 мас.%.
Таблиця 1.
Вмют Co (мас.%) для pi3Hrn нанокристалтв CoCu, нумеращя яких наведена на Рис.3.
Num 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Co% 7.3 5.4 6.4 5.7 4.5 3.5 4.5 5.5 3.3
Num 13 14 22 23 24 25 26 27 28
Co% 5.1 3.6 46.3 5.6 9.6 4.2 48.0 5.7 3.5
МАГН1ТН1 ВЛАСТИВОСТ1
Вимiрювання намагнiченостi
Магнита властивосп виготовлених та вщпале-них зразк1в C010CU90 вимiрювали за допомогою вiб-рацiйного магштометра (Quantum Design), що до-зволяе вимiрювати магнiтний момент зразка в маг-нiтному полi до 20 кЕ в дiапазонi температур 1,5400 К. Залежностi намагнiченостi вщ магнiтного поля (петлi гiстерезису) в усьому дiапазонi полiв вимiрювались для трьох температур: 15 К, 100 К та 305 К. Також, для вах трьох зразкiв вимiрювались температурнi залежностi намагнiченостi в магтт-ному полi Н = 50 Е при охолодженням в нульовому полi (ZFC) та в магттному полi Н = 50 Е (FC). Результата вимiрювань представлен на рисунку 4 (петл1 пстерезису) та на рисунку 5 (температуры залежностi ZFC-FC). Значення коерцитивних полiв та змiщення петлi гiстерезису (так зване поле об-мiнного змщення Hex) наведено в Таблицi 2.
Слад зазначити, що намагтчешсть насичення нанопорошшв суттево зменшуеться пiсля ввдпалу при 450оС (див. Рис. 4). Це говорить про зменшення кшькосп феромагнiтних нанокристалiтiв, збагаче-них Со, тобто про гомогешзацш зразку шсля ввд-
палу. Ця гомогенiзацiя повинна вщбуватись шляхом дифузи Со з нанокристалтв збагачених кобальтом до нанокристалтв збщнених кобальтом.
Для неввдпалених зразшв СоСи при низьких температурах (див. Таблицю 2) спостертаеться зна-чний зсув петлi пстерезису вщносно центру. Це змiщення можна вiднести до так званого ефекту об-мiнного зсуву. Цей ефект притаманний для двоша-рових плiвок феромагнетик/антиферомагнетик, а також для наночастинок з феромагштним ядром та антиферомагнiтною оболонкою.
У цьому випадку поле обмшного зсуву можна обчислити за простою формулою
H
И, - И
2
, де H+ i Hc- - позитивне i не-гативне коерцитивнi поля. Для неввдпаленого зразка CoCu значний зсув петлi гiстерезису вщносно нуля (Hex = 103 Е), спостерк-ався лише при 15 K. Ввдпал при 300 оC зменшуе зсув до 10 Е, а подаль-ший вiдпал при 450 оС призводить до зменшення зсуву практично до нуля. При 100 К та 305 К жод-них ознак зсуву петл1 пстерезису не спостер^алося.
(a) 12 -
$ 8 з
E
r 4
с и
I О
E
•S -4 с
Ml
-12
(b) ^ 8 з
Д 4
0
1 0
-8
£ Ш
миL ? -■- 15К -•- 100К -i- 305К
-4 -2 Magnetic ) 2 4 ield (kOe)
/ f
—■— I5K —•— ШОК —*— 305К
(a) o.ioo
-2 0 2 Magnetic field (kOe)
E 0.095
о
E
0.090
—■— ZFC
•v-------------- —•— FC
V Ч
\ й
100 200 300
Temperature (К)
400
Рис. 4. Петлi магттного гiстерезису нанограну- Рис. 5. Температурт залежностi намагнiченостi лярних зразюв CoCu: (a) не вiдnалених; вiдпалених ZFC i FC наногранулярних зразюв CoCu, вимiрянi в при ргзних температурах: (b) 300 оС, (с) 450 оС магнiтному полi 50 Е: (а) не вiдпалених; вiдпалених
при р1зних температурах: (b) 300 оС, (с) 450 оС.
Таблиця 2
Температура, К Коерцитивне поле Нс, Е Поле обмшного зсуву Hex, Е
Неввдпалеш зразки
15 468 103
100 393 2
305 215 1
Вщпалет при температур! 300 оС
15 355 10
100 290 2
305 183 1
Вщпалет при температур! 450 оС
15 467 0
100 420 2
305 233 2
Поясненням обмiнного зсуву, що спостерiга-еться при низьких температурах, може бути наяв-нiсть антиферомагнiтного оксиду кобальту в невщ-палених зразках з температурою Нееля (Тк) м1ж 15 К i 100 К. Найiмовiрнiше, вiн може утворюватися на границ мiж Со i Си. Найбшьш ймовiрно, це оксид С03О4 з Ты = 40 К, оскшьки всi iншi стабiльнi оксиди Со мають Ты значно вище за 100 К i навпь, iнодi, вище шмнатно! температури (наприклад, для СоО Ты = 305 К). Ввдпал при 300 оС суттево змен-шуе к1льк1сть СозО4 у зразках, а вiдпал при 450 оС призводить до зменшення його концентраци практично до нуля. Цей факт може бути достатньо важ-ливим при використанш наночастинок Со10Си90 в датчиках магттного поля на основi ефекту пгант-ського магнiтоопору.
Усi зразки мають схожу залежшсть коерцити-вностi ввд температури, яка зменшуеться в два рази при шдвищенш температури ввд 15 до 305 К. Тобто мехашзм, який вiдповiдае за температурну залеж-нiсть коерцитивностi для вах зразк1в однаковий. Магнiтнi властивостi ще! системи досить добро мо-жна описати, використовуючи наближення ансамблю наночастинок Со з випадково орiентованою ефективною одновiсною магнiтною анiзотропiею форми, яка в основному обумовлена видовженою формою гранул Со, як знаходяться в нанокристаль тах. Це припущення також тдтверджуеться формою петель пстерезису М (Н), а також тим, що поле насичення для вах зразкiв становило 5-7 кЕ. Мо-жна було б очiкувати, що ввдпал призведе до бiльш сферично! форми гранул. Дшсно, для зразка, вщпа-леного при 300°С, коерцитивне поле зменшилося на 25%, однак для зразка, вщпаленого при 450°С, коерцитивне поле е близьким до невщпаленого зразка, тобто цей ввдпал взагалi не вплинув на коерци-тивнiсть. Можемо припустити, що вщпал при тем-пературi 450оС спочатку робить гранули бiльш сфе-ричними, але на бiльш шзнш стади ввдбуваеться !х разорiентацiя. Щоб перевiрити це припущення, не-обхвдно було б ввдпалювати зразки при температурi 450 °С протягом, наприклад, 20, 40 та 60 хвилин, i вивчити змiну коерцитивностi в залежносп ввд часу обробки.
I, нарешп, найбiльш цiкавим для дано! системи е значне зниження намагшченосп насичення М8 при вiдпалi. Для дослвджуваиих зразк1в до ввдпалу М8 становило 12 емо/г, що е трохи нижчим, н1ж те, що можна б було очiкувати, для сплаву що мютить 10% Со (М8=16 емо/г) за умови повного незмiшу-вання Со та Си (М8 для чистого кобальту становить
162-165 емо/г залежно вiд кристалографiчноl стру-ктури). Вiдпал при 300о С зменшуе значення М8 до 9 емо/г, а ввдпал при 450оС - до 4 емо/г, тобто втричг Така поведiнка нанопорошшв повнiстю протилежна поведiнцi тонких гранулярних плiвок Со-Си та Co-Ag, де вщпал суттево збiльшуе намаг-шчешсть насичення. Найбiльш правдоподiбним поясненням е те, що на ввдм^ вщ плiвок, в нанопо-рошках вщпал призводить до утворення метастабь льного твердого розчину СоСи, а не до видшення наногранулярно1 фази Со. При низькш концентра-ци Со твердий розчин Со в Си е немагнiтним. Важ-ливо також зазначити, що значення намагшченосп насичення для вах зразшв СоСи практично не змь нюються у всьому дiапазонi температур 15-305 К (див. Рис. 5). Це говорить про те, що як у невщпа-лених, так i у вщпалених зразках практично немае маленьких гранул (з дiаметром менш тж 5 нм), а також i диспергованих атомiв Со в матрищ Си
Досл1дження залежностей намагнiченостi 2БС-РС чiтко показали, що переважна б№шють гранул перевищуе критичний суперпарамагнiтний розмiр (близько 8-10 нм для гранул Со). В цьому випадку з ZFC-FC залежностей неможливо отри-мати будь-яку iнформацiю про середнiй розмiр основно! частини гранул. Лише невелика частка гранул перебувае в суперпарамагнггаому сташ. Конце-нтрацш суперпарамагнiтноl фракцil можна приблизно оцшити з рiзницi значень намагнiчено-сл ZFC та FC при 5 К, а середнш розмiр гранул з температури блокування тб. Ддаметр гранул визна-
Б =
Л у/з
6 25квТв
Кх
чався з рiвняння 4 1 ' , де кв -
константа Больцмана, К1 ~ 1-2 106 ерг / см3 - константа одновюно! аиiзотропil форми. Отримаш пара-метри наведенi в Таблищ 3.
Данi, представлеш в Таблицi 3, говорять про те, що середнш розмiр суперпарамагштних части-нок та !х концентращя зменшуються зi збiльшен-ням температури ввдпалу. Тобто, одночасно вiдбу-ваються два процеси: утворення метастабiльного твердого розчину СоСи для великих феромагитних гранул Со, що пвдтверджуеться поведшкою намаг-нiченостi насичення, та зменшенням розмiрiв ма-лих суперпарамагнiтних наногранул Со при збiль-шеннi температури ввдпалу.
Таблиця 3.
Параметри суперпарамагнiтноí фракцií в наногранульоваиих зразках СоСи
Зразок СоСи Вiдносна кiлькiсть суперпарамагнетику у фракци (%) Температура блокування ТВ (К) Середнш дiаметр наночастинки (нм)
Неввдпалений 6 200 9.6
Вiдпалений при температурi 300 оС 5.3 130 8.3
Вiдпалений при температурi 450 оС 3.2 45 5.8
Феромагнiтний резонанс
Зразки C010CU90 були дослщжет за допомогою феромагниного резонансу (ФМР). Резонансн спе-ктри були записан! при кшнатнш температур! за допомогою стандартного спектрометра електрон-ного парамагштного резонансного Bruker ELEXYS 500 Х-д!апазону (9,8 ГГц), для р!зних напрямшв зо-вн!шнього магштного поля по в!дношенню до нор-мал! до плоско! поверхн! зразка (0 - 90о). Л!н!! ФМР для вах зразк!в е досить широкими (~4 кЕ), що характерно для гранулярних матер!ал!в, отриманих хмчними методами, в насл!док суттево! неоднорь дност! зразк!в. В нашому випадку це, зокрема, пов'язано з тим, що зразки складаються з нанокри-страл!т!в, як! зб!днен! або збагачен кобальтом, та невелико! шлькосп наночастинок чистого Co.
Для тонких магштних пл!вок (включаючи гра-нульоваш) та макроскоп!чних зразк!в магн!тних дь електрик!в, кутов! залежност! поля ФМР опису-
ються в!домим р!внянням Кителя. Для гранульова-них пл!вок, щоб передбачити значення Hr для р!з-них 0 достатньо знати форму зразка, форму гранул та об'емну концентрацш феромагн!тного матерь алу. Зпдно р!внянню К!ттеля резонансн! поля Hr для 0= 0о та Hr для 0= 90о розташован! з протилеж-них стор!н поля ю/у (де ю/2п = 9,8 ГГц - робоча частота спектрометра, а у - промагштне вщношення). Однак у нашому випадку резонансн! поля для вах кут!в у д!апазош 0о -90о значно нижче ю/у = 3,2 кЕ. Це можна пояснити появою в нашому досить товс-тому проводному зразку CoCu струм!в Фуко, як! призводять до зм!щення резонансних пол!в по в!д-ношенню до тих, що передбачаються р!вняннями К!ттеля. Оск!льки вс досл!джуван! зразки CoCu мали однакову товщину та однаковий склад, можна вважати, що вплив струм!в Фуко на умови резонансу е однаковим для вах зразшв. Це припущення дозволяе пор!вняти спектри ФМР для р!зних зраз-к!в.
Magnetic field (kOe)
Рис. 6 Спектри феромагнтногорезонансу (9,8 ГГц) наногранулярних зразюв CoCu, вимiрянi приргзних напрямках магнтного поля вiдносно площини зразка (0о, 45о та 90о): (а) невiдпаленi зразки; (b) вiдпаленi при 300 оС, (в) вiдпаленi при 450 °С.
В уах зразках спостертаеться зменшення поля ФМР при змш кута в!д 0о до 90о. Така поведшка е типовою для гранулярних пл!вок, що мютять феро-магттш або суперпарамагн!тн! частинки, i обумов-лена магнiтною анiзотропiею форми зразка, яка ви-никае за рахунок магнiтостатично! взаемодi! мiж магттними гранулами. Збiльшення iнтервалу мiж резонансними полями Hr при 0о i 90о означае збшь-шення ефективно! магттно!' ашзотропп форми зразка. У випадку гранульовано! системи це, зазвичай,
пов'язано або зi збшьшенням кiлькостi Co в гранулах за рахунок Co, диспергованого в матриц Cu, або з переважною орiентацiю напрямк!в легкого на-магшчування гранул в площин! пл!вки. Досить ди-вним виглядае той факт, що юнуе кореляцiя м!ж ефективною ашзотрошею, яку отримано з вим!рю-вань ФМР, та коерцитивнiстю, а не м!ж ефективною ашзотрошею та намагшченням насичення. Це тдтверджуе наше припущення, що вiдпал при 300 оС призводить до зниження анiзотропi! гранул. У
цьому випадку повинна зменшуватись як коерцити-вшсть, так i ефективна анiзотропiя зразку. Подаль-ший вiдпал при температурi 450 °С призводить до мирацд кобальту з гранульовано! фази в парамагш-тну матрицю. Цей висновок пвдтверджуеться поя-вою вузького сигналу електронного парамагштного резонансу в цьому зразку (див. Рис. 6 (с)).
ВИСНОВКИ
Сонохiмiчним методом мокро! хiмil успiшно синтезовано наночастинки Coi0Cu90, як1 можна ви-користовувати для створення нанорозмiрних датчиков магнiтного поля та в системах запису та обробки шформацп. Як i у випадку гранулярних плiвок спо-стерiгаeться роздiлення системи CoCu з формуван-ням гранул кобальту в немагштнш матрицi мщ. Однак, на вiдмiну ввд плiвок, отриманих розпилен-ням, розмiр гранул кобальту е значно бiльшим i вони е феромагнiтними, а не суперпарамагштними. Суттевою вiдмiною вiд гранулярних плiвок е також те, що вiдпал наночастинок не призводить до пода-льшого розшарування системи, а, навпаки, веде до утворення метастабшьно! фази CoCu з низькою на-магнiченiстю насичення. В гранулярних плiвках шдвищення температури вiдпалу зазвичай, крiм ро-зшарування призводить до того, що гранули стають бшьш сферичними. Але в наночастинках, це ввдбу-ваеться лише при низькотемпературному вiдпалi. Це призводить до того, що юнуе оптимальна температура, при якш коерцитивнiсть нанопорошку до-сягае мiнiмуму. Вiдпал при високих температурах дае можливють отримати метастабшьш фази, як1 практично неможливо отримати в масивних матерь алах.
Лггература
С.П. Губин, Ю.А. Кокшаров, Б.Г. Хомутов, Г.Ю. Юрков Магнитные наночастицы: методы получения, строение и свойства, Успехи химии, 74 (6), 2005.
Баранов Д.А., Губин С.П. Магнитные наноча-стицы: достижения и проблемы химического синтеза, Радиоэлектроника, т.1, № 1-2, 2009.
P. Srinoi, Yi-Ting Chen. V. Vittur, M.D. Marques and T.R. Lee Bimetallic nanoparticles: Enhanced
Magnetic and Optical Properties for Emerging Biological Application. Applied Sciences 8, 1106 (2018)
S. Mornet, S. Vasseur, F. Grasset, F. Verveka, G. Goglio, A. Demourgues, J. Portier, E. Pollert, and E. Duguet, Prog. Solid State Chem. 34, 237 (2006).
Z. Li, L. Wei, M.Y. Gao, and H. Le, Adv. Mater. 17, 1001 (2005).
T. Hyeon, Chem. Commun. 927, 325 (2003). S. Chikazumi, S. Taketomi, M. Ukita, M. Mizukami, H. Miyajima, M. Setogawa, and Y. Kurihara, J. Magn. Magn. Mater. 65, 245 (1987).
A.H. Lu, W. Schmidt, N. Matoussevitch, H. Bunnermann, B. Spliethoff, B. Tesche, E. Bill, W. Kiefer, and F. Schüth, Angew. Chem. Int. Ed. 43, 4303
(2004).
S.C. Tsang, V. Caps, I. Paraskevas, D. Chadwick, and D. Thompsett,
Angew. Chem. Int. Ed. 43, 5645 (2004). A.K. Gupta and M. Gupta, Biomaterials 26, 3995
(2005).
D.W. Elliott and W.X. Zhang, Environ. Sci. Technol. 35, 4922 (2001).
M. Takafuji, S. Ide, H. Ihara, and Z. Xu, Chem. Mater. 16, 1977 (2004).
S.J. Shin, Y.H. Kim, C.W. Kim, H.G. Cha, Y.J. Kim, and Y.S. Kang, Current Appl. Phys. 7, 404 (2007).
S.J. Park, S. Kim, S. Lee, Z.G. Khim, K. Charand, and T. Hyeon, J. Am. Chem. Soc. 122, 8581 (2000).
K.S. Suslick, M. Fang, and T. Hyeon, J. Am. Chem. Soc. 119, 11960 (1996).
Y.L. Du, J.L. Fang, M.S. Zhang, J.M. Hong, Z. Yin, and Q.C. Zhang, Materials Lett. 57, 802 (2002).
A.Q. Jiang, G.H. Li, and L.D. Zhang, J. Appl. Phys. 83, 4878 (1998).
M.N. Baibich, J.M. Broto, A. Fert, V.N. Van Dau, F. Petroff, P. Eitenne, G. Creuzet, A. Friederich, and J. Chazelas, Phys. Rev. Lett. 61, 2472 (1988).
G. Binasch, P. Grünberg, F. Saurenbach, and W. Zinn, Phys. Rev. B, 39, 4828 (1989).
A.E. Berkowitz, J.R. Mitchell, M.J. Carey, A.P. Young, S. Zhang, F.E. Spada, F.T. Parker, A. Hutten, and G. Thomas, Phys. Rev. Lett. 68, 3745 (1992).
