Модификация магнитных свойств и ближнего порядка в нанокомпозитах FeCoZr-Al 2 O 3 в результате гидрогенизации Соискатель: магистрант Ю.В. Касюк Научный руководитель: к. ф.-м. н. Ю.А. Федотова Магистерская диссертация на соискание степени магистра физико- математических наук Минск, БГУ, 2009

Содержание Актуальность проблемы Цель работы Объект исследования, методика его синтеза и обработки Методики исследования Концентрационные профили композитов ЯГР-спектры образцов различного состава до и после гидрогенизации Индукционная магнитометрия Фазовые контрасты образцов Научная гипотеза Положения выносимые на защиту Научная новизна Результаты исследований

Актуальность проблемы Необходимость создания образцов с перколяционной конфигурацией Использование контролируемого внедрения примеси в качестве средства варьирования порога перколяции ( Me 50 D 50 ) Гранулированные нанокомпозиты металл-диэлектрик проявляют экстремальные характеристики в области перколяционного перехода ( Me 50 D 50 ) Создание сенсоров магнитного поля

Цель работы: Выявление влияния гидрогенизации на структуру и магнитные свойства нанокомпозитов (Fe 45 Co 45 Zr 10 ) x (Al 2 O 3 ) 100-x (x=38-63 ат.%), синтезированных в атмосфере аргона

Объект исследования, методика его синтеза и обработки Для получения нанокомпозита (Fe 45 Co 45 Zr 10 ) x (Al 2 O 3 ) 100- x был применен метод ионно-лучевого распыления составных мишеней: 1-металлический сплав 2-пластинки алюмооксида Гидрогенизация - ионно-лучевая обработка образцов при 350±25°С 40 мин – первый этап; мин – второй этап.

Научная гипотеза Инертная примесь, внедренная в исследуемый композиционный материал методом гидрогенизации, может оказывать существенное влияние на их структуру и свойства

Методики исследования: Спектроскопия обратного рассеяния моноэнергетического коллимированного пучка ионов 4 Не + (2900 кэВ) поверхностью исследуемых композитов позволяет определить концентрацию входящих в состав образца элементов Индукционная магнитометрия позволяет получать кривые намагниченности образцов Атомно-силовая микроскопия позволяет получать профилограммы поверхностей и фазовые контрасты исследуемых композитов 57 Fe Ядерная гамма-резонансная спектроскопия (ЯГР) (источник 40 мКи, обработка спектров – программа MOSMOD) позволяет исследовать структуру композита

Концентрационные профили композитов (Fe 45 Co 45 Zr 10 ) x (Al 2 O 3 ) 100-x (x=38,9; 55,2 ат. %) Доля водорода: 1,8 % при 38,9 ат.% FeCoZr 1,35 % при 55,2 ат.% FeCoZr

ЯГР-спектры образцов различного состава до и после первого этапа гидрогенизации

ЯГР-спектры образца (Fe 45 Co 45 Zr 10 ) 42 (Al 2 O 3 ) 58 (до порога перколяции) D 1 : Е= 0,53;0,55;0,49 мм/с D 2 : Е= 1,13;1,25;1,00 мм/с Отсутствие ярко выраженных изменений в сверхтонких параметрах спектров незначительное влияние внедренного водорода на структуру наночастиц FeCoZr

ЯГР-спектры образца (Fe 45 Co 45 Zr 10 ) 47 (Al 2 O 3 ) 53 (перколяционный состав) D: Е=1,11;0,76;0,69 мм/с; Возрастание сверхтонких магнитных полей секстетов Уменьшение квадрупольного расщепления дублета отжиг укрупнение и упорядочение металлических нанокластеров и частиц в суперпарамагнитном состоянии S 1 : Н эфф = 28,1;28,5;29,2 Тл S 2 : Н эфф = 14,4;19,9;23,3 Тл

ЯГР-спектры образца (Fe 45 Co 45 Zr 10 ) 50 (Al 2 O 3 ) 50 (после порога перколяции) S 1 : Н эфф = 31,1;31,7;31,7 Тл S 2 : Н эфф = 26,2;26,5;21,3 Тл С: A=13 % Разрушение перколяционного кластера в результате формирования нанопор водорода Восстановление перколяционного кластера в результате отжига

Индукционная магнитометрия Изменение наклона dM/dB и формы кривых Тенденция к выходу на намагниченность насыщения Влияние отжига

(FeCoZr) 33,3 (Al 2 O 3 ) 33,7 (FeCoZr) 31,6 (Al 2 O 3 ) 68,4 (FeCoZr) 45,1 (Al 2 O 3 ) 54,9 (FeCoZr) 48,7 (Al 2 O 3 ) 51,3 Фазовые контрасты образцов Исходные образцыГидрогенизация 60 мин Более равномерное распределение частиц металлического сплава Некоторое уменьшение размеров гранул FeCoZr гидрогенизация

Научная новизна Зафиксированы существенные изменения структурных и магнитных свойств нанокомпозитов FeCоZr-Al 2 O 3 вблизи порога перколяции (~ 47 ат.%) путем внедрения в их состав химически инертной примеси, что дает возможность варьировать структуру и магнитные свойства указанных композитов. Это расширяет возможность их применения для создания сенсоров магнитного поля.

Положения, выносимые на защиту Гидрогенизация приводит к дроблению перколяционной сети нанокластеров в композитах FeCоZr-Al 2 O 3 вблизи порога перколяции (~ ат.%) после 40 минут водородной обработки и к их укрупнению и ферромагнитному взаимодействию после 90 минут обработки которое проявляется : - увеличение сверхтонких магнитных полей на ядрах железа - уменьшение магнитного поля насыщения - увеличение магнитной восприимчивости Гидрогенизация практически не влияет на структуру и магнитные свойства нанокомпзитов FeCоZr-Al 2 O 3 при концентрациях FeCoZr, существенно больших (63 ат.%) и существенно меньших (42 ат.%) значения порога перколяции

Спасибо за внимание!