Материалы и методы нанотехнологий : учебное пособие
жүктеу/скачать 3.3 Mb. Pdf көрінісі
|
глава 2. Получение компактных двумерных и трехмерных наноматериалов ся когерентное вращение магнитных моментов в частице, в отличие от простого роста доменов с направлениями магнитного момента, совпадающими с направлением магнитного поля в макровеществе. В то же время тепловые флуктуации магнитного момента минималь- ны по сравнению с флуктуациями при меньших диаметрах молекулы. Эти два условия и обусловливают максимум коэрцитивной силы. Для достижения большей плотности записи данных на магнитные носите- ли уменьшают размер самого бита. Это приводит (при переходе к на- норазмерным битам) к тепловым флуктуациям магнитного момента и к вероятности изменения направления магнитного момента и по- тери данных. Для предотвращения этого используют частицы с боль- шими значениями намагниченности насыщения. В таких частицах потенциальный барьер, который необходимо преодолеть для измене- ния магнитного момента, E пот = KV намного выше тепловой энергии E теп = k B T . В результате вероятность изменения направления магнит- ного момента (преодоление им потенциального барьера) снижается до приемлемого уровня. Также при этом имеет место взаимное вли- яние магнитных моментов между битами, что приводит к взаимной переориентации магнитных моментов. Поэтому наноразмерные кла- стеры размещают на расстояние, обеспечивающее минимально допу- стимое магнитное взаимодействие, не приводящее к ощутимой вза- имной ориентации магнитных моментов частиц. Эффект гигантского магнетосопротивления основан на том, что от- носительная ориентация магнитных моментов магнитных кластеров влияет на скорость рассеяния электронов проводимости с определен- ной ориентацией спина (вверх или вниз) и соответственно на сопро- тивление, при этом электроны проводимости должны рассеиваться магнитными кластерами прежде, чем поменяют направление спина, т. е. произойдет релаксация спина. Таким образом, если разделить электронный ток на составляющие с разной поляризацией спина, то рассеяние (и соответственно сопротивление) на магнитной частице, соответствующим образом ориентированной магнитным полем, для каждой составляющей будет различно (большее рассеяние происходит при противоположной ориентации). Эффект возрастает с понижени- ем температуры. В результате при воздействии на материал магнит- ным полем направления магнитных моментов кластеров изменяются и изменяется сопротивление. Эффект гигантского магнетосопротив- 119 2.6. Магнитные наноматериалы ления имеет место и в керамике, в температурной области перехода из ферромагнитного или полупроводникового в парамагнитное или металлическое состояние. В магнитно-резонансной томографии применяются магнитные на- ночастицы, которые легко поглощаются определенными живыми био- логическими тканями. Впоследствии томограф настраивают на часто- ту резонанса этих частиц. В таком случае наночастицы играют роль маркеров, поскольку содержатся лишь в этих определенных тканях. Использование магнитных наночастиц в лечении раковых заболева- ний происходит из-за того, что переориентация магнитных частиц в магнитном поле приводит к истиранию, т. е. повреждению клеточ- ных мембран раковых клеток. Избирательность наночастиц обеспе- чивают обособленные пептидные группы, имитирующие гормоны. Ферромагнитные жидкости находят применение в изготовлении качественно новых дисплеев, создании кратковременного сцепле- ния между ферромагнитными деталями, герметизации вращающих- ся деталей, создании дифракционных решеток с регулируемым пе- риодом и т. д. Ферромагнитные жидкости представляют собой коллоидный рас- твор, состоящий из наноразмерных магнитных частиц нанометро- вого размера, покрытых ПАВ для предотвращения их агрегации. При наложении магнитного поля частицы начинают выстраиваться в цепочки, параллельные полю. Чем больше прикладывается поле, тем более упорядоченную структуру образуют частицы. В итоге та- кую систему можно использовать в качестве ультратонких каче- ственно новых дисплеев. При образовании упорядоченной структуры происходит переход вещества из жидкого в твердое состояние, так как магнитные силы начинают преобладать над тепловым движением. Это свойство ис- пользуется для создания временного сцепления между ферромагнит- ными двигающимися деталями, для герметизации люфта между вра- щающейся деталью и корпусом. При помещении тонкой пленки такой жидкости в сильное постоянное магнитное поле, направленное пер- пендикулярно пленке, частицы, связанные в цепочки образуют дву- мерную гексагональную решетку. Если незначительно менять поле, то будет меняться период решетки. В результате образуется дифрак- ционная решетка с управляемым периодом. |