Нанотехнологии в металлургии
жүктеу/скачать 0.95 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Магнитные свойства
| Рисунок 1.4 - Теоретически рассчитанная зависимость теплопроводности кремниевых пленок/проволок от их толщины/диаметра
Выражение для универсального кванта одномерной теплопроводности в режиме баллистического транспорта имеет вид: g0 = ^Т = 9,456 • 10-13 Т Вт/К2. (5) 3h Квант теплопроводности зависит лишь от фундаментальных постоянных и абсолютной температуры. Эта величина универсальна и не зависит от характеристик материала. Данный результат аналогичен уравнению (2) квантования электропроводности, не зависящей от скорости электрона в одномерном канале. Квант теплопроводности представляет собой максимальную возможную величину энергии, передаваемой отдельной фононной модой. Магнитные свойства Наноструктурные материалы обладают выдающимися магнитными свойствами, использующимися в ряде практических приложений. По существу, ферромагнетизм — кооперативное состояние материи, при котором огромное число магнитных моментов фиксируется в параллельном друг другу положении, что приводит к макроскопическому намагничиванию, — можно рассматривать как наноразмерное явление. В ферромагнетике каждый атом обладает электронным магнитным моментом, и все эти моменты выровнены в одинаковом направлении. Среди нескольких особенностей, которые обнаруживают малоразмерные структуры под влиянием магнитных полей, следует выделить гигантское магнетосопротивление (Г'МС) и колоссальное магнетосопротивление (КМС). Магнетосопротивление — явление, при котором приложение статического магнитного поля изменяет электрическое сопротивление материала. Оно обусловлено тем, что электроны проводимости вынуждены двигаться по винтовой граектории относительно приложенного магнитного поля. Сопротивление материала является следствием рассеяния электронов вне направления электрического тока вследствие их столкновений с частицами этого материала. Так как магнетосопротивление преимущественно имеет место при приложении крайне больших магнитных полей в условиях очень низких температур, него пока найдено весьма ограниченное число практических применений. В чистой меди магнетосопротивление возникает при температуре 4К и приложении магнитног о поля величиной 10 [10 кг = 1 Гл (тесла)], приводя к десятикратному увеличению сопротивления. В 1988 г. было измерено огромное сопротивление искусственных материалах, состоящих из нанометровых тонких пленок чередующихся ферромагнитных материалов (Fe, Со и т. д.) более слабых магнитных и неферромагнитных металлов (Сг, Си и т. д.), (рисунок 1.5). Этот эффект был назван гигантским магнетосопротивлением (ГМС). Открытие ГМС способствовало бурному развитию спинтроники (иногда называемой спиновой электроникой или даже магнитоэлектроникой), т. е. использованию спинов электронов дпя передачи информации. Рисунок 1.5— Магнитные многослойные структуры, состоящие из чередующихся нанометровых слоев ферромагнитных материалов (Fe, Со и т. д.) и разделительных слоев из металлов с более слабыми магнитными свойствами или неферромагнитных металлов (Сг, Си и т. д.) На рисунке 1.6 электрическое сопротивление представлено в виде функции от приложенного магнитного поля. Из данного графика можно сделать вывод о том, что сопротивление уменьшается в процессе намагничивания и становится практически постоянным, когда достигается полное намагничивание. Эффект ГМС в антиферромагнитно соединенных многослойных системах Fe / Сг достигается через выравнивание направления намагничивания соседних слоев железа с направлением приложенного магнитного поля. Явление ГМС обусловлено зависимостью рассеяния электронов от ориентации спина электрона относительно направления намагничивания. Электроны, чьи спины не выровнены в направлении намагничивания, рассеиваются сильнее, чем электроны, чьи спины выровнены в направлении намагничивания. Приложение магнитного поля параллельно слоям материала приводит к тому, что намагничивание всех магнитных слоев происходит в одном и том же направлении. Это вынуждает векторы намагничивания, направленные противоположно направлению приложенного магнитного поля, хаотически метаться. Рисунок I. 6 — Измерения магнетосопротивления трех многослойных систем из чередующихся слоев меди и железа вида (Fe / Сг)п при температуре 4,2 К Направление тока соответствует направлению приложения магнитного поля в плоскости слоев. Как с правого, так и с левого края (И > Hs и // < Hs, где //у - магнитное поле насыщения) намагничивание всех железных слоев происходит в направлении, параллельном внешнему магнитному полю. При слабом поле каждый второй железный слой намагничивается анти параллельно внешнему магнитному полю (10 кГс = 1 Тл). Электроны проводимости, чьи спины выровнены в направлении, обратном направлению намагничивания, рассеиваются на интерфейсе металл—ферромагнетик сильнее, чем те, чьи спины выровнены в направлении поля. Поскольку два спиновых канала располагаются параллельно, канал с меньшим сопротивлением определяет сопротивление материала. Эффект магнетосопротивления в таких многослойных материалах служит чувствительным индикатором статических магнитных полей. Кроме того, данный эффект позволил создать крайне чувствительные считывающие головки для магнитных дисков. Позднее были открыты другие материальные системы, обладающие еще большим магнетосопротивлением, чем многослойные материалы. Это явление было названо колоссальным магнетосопротивлением (КМС). Материалы, состоящие из включенных в немагнитную матрицу монодоменных ферромагнитных наночастиц, со случайно ориентированными векторами намагничивания, также проявляют ГМ. Магнетосопротивление в таких материалах, в отличие от многослойных структур, изотропно. Приложение статического магнитного поля поворачивает вектор намагничивания ферромагнитных наночасгиц в направлении, параллельном направлению поля, что уменьшает сопротивление. Воздействие приложенного магнитного поля на сопротивление увеличивается с увеличением силы магнитного поля либо с уменьшением размера магнитных наночастиц. Рху je2 25812,80 7 жүктеу/скачать 0.95 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|