Материалы и методы нанотехнологий : учебное пособие
жүктеу/скачать 3.3 Mb. Pdf көрінісі
|
глава 2. Получение компактных двумерных и трехмерных наноматериалов Si-B в температурном интервале от 700 до 900 K позволила получить сплав с однородной нанокристаллической структурой. В этом спла- ве в аморфной матрице равномерно распределены зерна ОЦК фазы α-Fe (Si) размером около 10 нм и кластеры меди размером менее 1 нм. Предварительная (перед кристаллизационным отжигом) деформация прокаткой аморфных сплавов Fe-Cu-Nb-Si-B или их низкотемператур- ный отжиг позволяют уменьшить размер зерна до 5 нм. Исследования методами аннигиляции позитронов показали, что температурная стабильность сплавов (Fe 3 Si) 95 Nb 5 обусловлена сегре- гацией атомов Nb в интерфейсах. Благодаря своей тугоплавкости ни- обий препятствует полной рекристаллизации сплава. В результате кристаллизации быстротвердеющих аморфных алю- миниевых сплавов Al-Cr-Ce-M (где M = Fe, Co, Ni, Cu) с содержанием более 92 ат. % Al образуется структура, содержащая аморфную фазу и выделившиеся в аморфной фазе икосаэдрические наночастицы (ди- аметр частиц варьируется от 5 до12 нм), богатые Al. 2.6. Магнитные наноматериалы Интересны магнитные наноструктуры, в которых проявляется ги- гантское магнетосопротивление. Они представляют собой многослой- ные пленки из чередующихся слоев ферромагнитного и немагнитного металлов, например, в наноструктуре Co-Ni-Cu/Cu чередуются ферро- магнитный слой Co-Ni-Cu и немагнитный слой Cu. Слои имеют тол- щину порядка длины свободного пробега электрона, т. е. несколько нанометров. Меняя напряженность внешнего магнитного поля от 0 до некоторого значения H, можно так изменять магнитную конфигу- рацию многослойной наноструктуры, что электросопротивление бу- дет меняться в очень широких пределах. Это позволяет использовать магнитные наноструктуры как сверхчувствительные детекторы маг- нитного поля. В наноструктуре Co-Ni-Cu/Cu наибольшее значение гиганского магнетосопротивления получено для очень тонких сло- ев Cu — около 0.7 нм. В современных микросхемах массового производства для вклю- чения-выключения транзистора необходимо около 1000 электронов. Благодаря миниатюризации количество необходимых электронов 117 2.6. Магнитные наноматериалы должно уменьшиться до десяти. Кроме того, уже ведутся работы по соз- данию одноэлектронного транзистора. В физике известно устройство из двух пластин конденсатора и под- вешенного между ними металлизированного шара. Приложение к пла- стинам постоянного напряжения заставляет шар качаться и перено- сить заряд. В нановарианте такой наномаятник или электронный челнок может работать на частотах около100 МГц и переносить оди- ночные электроны. Предполагается, что подобное устройство может служить элементом квантового компьютера или прерывателем тока. Магнитные наноматериалы применяют для получения магнито- твердых материалов, которые отличаются большой удельной энер- гией, тем большей, чем больше остаточная индукция Br и коэрци- тивная сила Нс материала. К магнитотвердым относят материалы с Нс > 4 кА/м. Магнитотвердые материалы используются главным образом для постоянных магнитов. В области магнитной записи на- номатериалы используются для повышения плотности хранения ин- формации путем уменьшения площади бита — очень малой области магнитного носителя, намагниченного в определенном направлении. Эффект гигантского магнетосопротивления наноматериалов при- меняется в различных датчиках и считывающих устройствах. Также магнитные частицы находят широкое применение в медицине. Так, например, магнитные частицы применяются в качестве магнитных контрастных веществ при магнитно-резонансной томографии, гипер- термических веществ, в которых магнитные частицы селективно на- греваются за счет использования высокочастотного магнитного поля (например, при термической гипертермии опухолей). Магнитные наноматериалы получают путем создания нанокомпо- зитов с использованием магнитных наночастиц и путем напыления магнитных пленок из наночастиц на подложку. Наноматериалы, об- ладающие гигантским магнетосопротивлением, получают путем рас- творения магнитных нанокластеров одного металла в матрице друго- го металла, который обладает хорошей проводимостью. При получении сильных магнитотвердых наноматериалов исполь- зуется то свойство, что при уменьшении частицы и достижении не- которого критического размера она становится однодоменной, что сопровождается увеличением коэрцитивной силы Нс до максимума. Механизмом перемагничивания однодоменной частицы становит- |