Термомагнитный гистерезис намагниченности магнетита, индуцируемый давлением Текст научной статьи по специальности «Физика»

Решетневские Чтения

УДК 537.311.3

Г. И. Баринов, С. С. Аплеснин

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

ТЕРМОМАГНИТНЫЙ ГИСТЕРЕЗИС НАМАГНИЧЕННОСТИ МАГНЕТИТА, ИНДУЦИРУЕМЫЙ ДАВЛЕНИЕМ

Рассмотрен термомагнитный гистерезис намагниченности в магнетите после термической обработки при внешнем давлении 37,5 кбар. Данный эффект наблюдается в области температур Т < 640 К, и его величина не зависит от условий синтеза. Уменьшение спонтанной намагниченности объясняется ферромагнитным упорядочением магнитных моментов орбиталей вследствие действия давления.

Магнетит привлекает повышенное внимание в связи с интересными электронными, магнитными и транспортными свойствами и возможным использованием в спинтронике. Магнетит Бе304 относится к системам со смешанной валентностью и при комнатной температуре кристаллизуется в инвертированную кубическую шпинель-ную структуру с тетраэдрическими А-узлами, занятыми Бе3 - катионами, и октаэдрическими В-узлами с равным числом случайно распределенных Бе3 - и Бе2 - катионов. Магнетит является ферримагнетиком с высокой температурой Кюри Тс » 860К. Спины в А-узлах расположены анти-параллельно спинам в В-узлах. Результаты экспериментальных исследований магнетита показали существование корреляции между электронной и упругой подсистемами, проявляющейся в форме электрон-фононного взаимодействия и локального упорядочения электронов на - и 12& -орби-

талях (на Бе3+ и Бе2+ -катионах соответственно) [1; 2 ]. В данной работе исследовалось влияние внешнего давления на намагниченность насыщения и возможное изменение орбитального порядка, т. е. исследовалась возможность перевода наблюдаемого ближнего порядка под действием термодинамических условий в дальний порядок с орбитальным упорядочением гибридизированных Fe33d - 02р -орбиталей ионов кислорода и железа. Опыты при высоких давлениях осуществлялись в камерах типа «наковален». Синтез и термообработка проводились под давлением 37,5 кбар при температуре 1 523 К. Длительность синтеза составляла 15 ч, а термообработки - 7 ч. Для термообработки брались образцы из контрольной партии, приготовленные по обычной керамической технологии. Образцы, подвергаемые воздействию высоких давлений и температур, предварительно изолировались в платиновых ампулах, которые помещались внутри таблетки из смеси окиси магния и гексагонального нитрида бора. Выбор этой смеси обусловлен ее химической инертностью, тугоплавкостью, низкой сжи-

маемостью и достаточно высокой теплопроводностью. Таблетка с ампулой плотно вкладывалась в графитовый нагреватель ячейки высокого давления, изготовленного из пирофиллита. Летучесть кислорода внутри данной ячейки при используемых давлениях и температурах близка кислородному буферу №/№0. В ходе исследований образцы подвергались рентгеноструктурному анализу на дифрактометре ДРОН-3. При измерении температурной зависимости намагниченности насыщения образцы нагревались до 873 К и отжигались в течение 20 мин при этой температуре. Затем они вновь подвергались рентгеноструктурно-му анализу. Термомагнитные измерения проводились на вибрационном магнетометре в полях до 9 кЭ. Температурная зависимость намагниченности как термообработанных, так и синтезированных образцов характеризуются термомагнитным гистерезисом.

При охлаждении до комнатной температуры намагниченность при Т ~ 640 К резко возрастает (см. рисунок). При этом как в процессе синтеза, так и в процессе термообработки намагниченность насыщения уменьшается на постоянную величину.

а, к

Температурная зависимость (охлаждение, нагрев) намагниченности насыщения магнетита под давлением при Т = 1 523 К:

1, 2 - термообработанного; 3, 4 - синтезированного

Температурный гистерезис намагниченности объясняется в модели орбитального спинового стекла, когда приложенное внешнее давление индуцирует дальний орбитальный порядок ферро-

Наноматериалы и нанотехнологии в аэрокосмической отрасли

магнитного типа. Найденный эффект можно ис- Библиографический список

пользовать для записи информации на нанокри- L Chainani, А. / А. Chainani et al. // Phys. Rev.

сталлах магнетита, помещенного между пьезоэлек- 1995. Vol. 51. P. 17976.

трическими кристаллами, путем варьирования его 2. Seikh, Md. Motin. / Md. Motin Seikh et al. //

температуры, например лазерным излучением. PhyS. Rev. 2005. Vol. 71. P. 174106.

G. I. Barinov, S. S. Aplesnin Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

PRESSURE-INDUCED THERMOMAGNETIC HYSTERESIS OF MAGNETIZATION IN MAGNETITE

Thermomagnetic hysteresis of magnetization was found to occur in magnetite subjected to a heat treat-ment under an external pressure of 37,5 kbar. This effect is observed over the temperature range T < 640 K, and its magnitude is independent of the synthesis conditions. The decrease in spontaneous magnetization is explained by ferromagnetic orbital magnetic moments under pressure.

© Баринов Г. И., Аплеснин С. С., 2009

УДК 538.971

С. А. Кущенков, А. С. Паршин, Г. А. Александрова

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СЕЧЕНИЯ НЕУПРУГОГО РАССЕЯНИЯ ЭЛЕКТРОНОВ В ТРЕХСЛОЙНЫХ СТРУКТУРАХ ТИПА «ПЛЕНКА-ИНТЕРФЕЙС-ПОДЛОЖКА»*

Представлены возможности разработанной компьютерной программы для моделирования сечения неупругого рассеяния электронов в трехслойных структурах типа «пленка-промежуточный слой-подложка». Исследовано влияние распределения элементов пленки и подложки в промежуточном слое и способа роста пленки (островкового или послойного) на потери энергии электронов для структуры Ее/Ее-8Ш

Количественная информация о сечении неупругого рассеяния электронов в твердом теле играет важную роль в поверхностно-чувствительных методах исследования поверхности, таких как электронная Оже-спектроскопия, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия, спектроскопия характеристических потерь энергии электронов и др. Развитие этих методов во многом стимулировано развитием микро- и наноэлектроники, а без электронных устройств в настоящее время, как известно, не обходится ни одна область народного хозяйства. Не мыслима без электроники и аэрокосмическая отрасль. При этом в связи с миниатюризацией элементов устройств электроники большое влияние на свойства материалов, используемых в них, а следовательно, и на качество устройств и их надежность оказывает поверхность.

В последнее время интенсивно исследуются гетероструктуры, состоящие из чередующихся слоев железа и кремния толщиной несколько нанометров. Они играют важную роль в электронике и оптических устройствах, таких как, например, лазеры на квантовых ямах и оптические зеркала [1]. На физические свойства таких структур существенное влияние оказывает формирование соединений Бе и на границах раздела слоев. В связи с этим задача изучения влияния распределения элементов в промежуточном слое на сечение неупругого рассеяния очень актуальна.

Авторами разработана компьютерная программа, позволяющая моделировать сечение неупругого рассеяния электронов в трехслойных структурах типа «пленка-интерфейс-подложка». В основе расчетов в программе заложена модель, предложенная Юберо и Тоугаардом [2].

Работа выполнена в рамках проекта АВЦП РНП ВШ 2.1.1/3656, интеграционного проекта СО РАН - ДВО РАН № 22, программы ОФН РАН «Спинтроника», при поддержке РФФИ (грант № 07-03-00320), грант новый, ИСС.