Ученые из Сибирского федерального университета, Института физики имени Л. В. Киренского СО РАН и Сибирского университета науки и технологий провели исследование магнитного гистерезиса в наногранулированных композитах.
Результаты микромагнитного моделирования, применимые в электротехнике и при разработке новых функциональных элементов для информационных технологий, опубликованы в Journal of Magnetism and Magnetic Materials.
Работы были выполнены при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований и Красноярского краевого фонда поддержки научной и научно-технической деятельности.
Наночастицы, обладающие магнитными свойствами (магнитные коллоиды, наногранулированные материалы), находят применение в биомедицине, экологии, катализе и наноэлектронике. Спектр использования этих материалов определяется петлей магнитного гистерезиса, которая характеризует уникальное свойство определенных физических систем.
Ответные реакции этих систем не происходят мгновенно под воздействием приложенных сил; они определяются воздействием предшествующих сил, что указывает на их зависимость от предыдущих состояний. Гистерезис индивидуальной магнитной наночастицы к настоящему моменту хорошо изучен.
При работе с большими группами частиц учитываются взаимодействия между отдельными частицами.
Одно из основных — магнитное диполь-дипольное взаимодействие. По мере увеличения расстояния между частицами, его уменьшение происходит достаточно медленно, что влияет на магнитный гистерезис и зависит от объемной доли частиц.
Расчет влияния этой зависимости на микромагнитном уровне был проведен для наночастиц, расположенных хаотически на плоскости, с различной средней плотностью.
При анализе также учитывалась случайная ориентация осей легкого намагничивания частиц, которые в ферро- или ферримагнетиках определяют направление, вдоль которого намагничивание образца достигает предельных значений с минимальным усилием).
Это согласуется с требованиями, предъявляемыми к обычным методикам магнитометрического анализа порошков, а также к ряду практических задач, связанных с использованием частиц, находящихся в немагнитных материалах).
Диполь-дипольное взаимодействие приводит к изменению характера зависимости коэрцитивной силы (напряженности магнитного поля, необходимой для полного размагничивания образца) от объемной концентрации частиц: она переходит от нелинейной, монотонной зависимости к зависимости, имеющей максимум.
Данное изменение обусловлено соотношением энергии магнитной анизотропии отдельной частицы (то есть ее магнитных свойств, зависящих от направления в образце) и удельной дипольной энергии.
«Предложенная модель адекватно воспроизводит характеристики наногранулированных пленок, которые могут найти применение в магнитных датчиках, магнитных экранах и устройствах магнитооптической памяти.
Ключевым фактором, определяющим магнитные характеристики пленок, является отношение между долями магнитной и немагнитной фаз.
По словам Оксаны Ли, доцента кафедры физики Сибирского федерального университета, проведенные расчеты позволяют определить оптимальную концентрацию частиц для достижения требуемого уровня магнитного гистерезиса.
К числу функциональных материалов относятся пленки, содержащие нанометровые магнитные гранулы в гранулированной форме.
Они находят применение в радиоэлектронике, высокочастотных устройствах микроэлектроники и вычислительной технике, а также при создании беспроводных сетей, способствуя повышению скорости передачи данных.
Намагниченность насыщения, электрическое сопротивление и диапазон магнитной проницаемости гранулированных сред определяются содержанием магнитных гранул, входящих в их состав.