Анотація до роботи:

Лютий Т.В. Магнітна релаксація в двовимірних ансамблях феромагнітних наночастинок. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.11 – магнетизм. – Інститут магнетизму НАН України та МОН України, Київ, 2004.

До захисту подані результати досліджень, які викладені в 7 наукових статтях. Побудовано середньопольову теорію термоіндукованої релаксації намагніченості двовимірних систем феромагнітних наночастинок з великою перпендикулярною анізотропією. Розроблено принципово новий метод чисельного моделювання магнітної релаксації, який базується на аналітичному обчисленні імовірностей переорієнтації магнітних моментів наночастинок для поточного стану та на чисельній процедурі отримання нового стану системи. Показано, що темп релаксації зменшується з часом завдяки зменшенню середнього поля і внаслідок динамічних кореляцій напрямків магнітних моментів, роль яких найбільш важлива на заключному етапі релаксації.

Основним результатом проведеного дослідження є встановлення загальних закономірностей, які притаманні процесу магнітної релаксації в 2D системах одновісних феромагнітних наночастинок з великою перпендикулярною анізотропією, і розкриття їх фізичної сутності. Вирішення цієї проблеми отримано шляхом побудови середньопольової теорії магнітної релаксації і методом чисельного моделювання, заснованого на принципово новому підході, в рамках якого враховується вплив як термостата, так і дипольних кореляцій напрямків магнітних моментів наночастинок.

Найбільш важливі результати дисертації полягають у наступному.

1. Побудована середньопольова теорія термоіндукованої релаксації намагніченості 2D систем одновісних феромагнітних наночастинок з великою перпендикулярною анізотропією. В її основу покладено рівняння Фоккера-Планка для функції розподілу окремого магнітного моменту, в якому вплив інших магнітних моментів враховано за допомогою усередненого локального дипольного поля, що діє в місці розміщення виділеного. Розв’язок рівняння Фоккера-Планка, який знайдено в неявному вигляді методом Крамерса, використано для виведення звичайного диференціального рівняння першого порядку, що визначає закон магнітної релаксації у даних системах. Застосування строгої процедури виведення цього рівняння і реалістичний облік зовнішніх і дипольних полів – основні особливості розвинутої теорії.

2. У рамках цієї теорії проведено всебічне дослідження впливу температури, магнітного поля зміщення, характеристик наночастинок та їх просторового розподілу, а також усередненого значення локального дипольного поля на процес магнітної релаксації. Встановлено, зокрема, що як за відсутності поля зміщення, так і за його наявності процес релаксації характеризується не одним, як в ансамблях невзаємодіючих наночастинок, а принаймні двома часами релаксації, які у загальному випадку можуть відрізнятися на декілька порядків. Дипольна взаємодія призводить до збільшення швидкості магнітної релаксації в порівнянні з випадком невзаємодіючих частинок, а сам процес релаксації сповільнюється з часом. Причиною цього сповільнення є збільшення в процесі релаксації тієї складової потенціального бар’єра між рівноважними напрямками магнітних моментів наночастинок, що зумовлена їх дипольною взаємодією.

3. Розроблено новий метод чисельного моделювання магнітної релаксації у даних ансамблях. Він базується на точному виразі для імовірності переорієнтації магнітних моментів, одержаному шляхом аналітичного розв’язку рівняння для середнього часу переорієнтації, що випливає з відповідного зворотного рівняння Фоккера-Планка, і на чисельній процедурі визначення стану ансамблю в дискретні моменти часу, що враховує дію термостата. Найбільш важливими особливостями цього методу є: 1) практично точний облік магнітної дипольної взаємодії наночастинок, що дає можливість виявити ті особливості закону релаксації, які обумовлені кореляційними ефектами; 2) знаходження закону релаксації як функції реального часу, а не кроків Монте-Карло, що дозволяє уникнути застосування неоднозначної процедури конвертації цих кроків в інтервали часу; 3) надзвичайно широка область визначення закону релаксації, верхня границя якої може істотно перевищувати максимальний час релаксації системи. На даний момент жоден з відомих чисельних методів не має такого набору властивостей.

4. Вперше проведено порівняльний аналіз законів релаксації, одержаних у рамках средньопольової теорії та шляхом чисельного моделювання. Показано, що намагніченість таких систем складним чином залежить від часу і в загальному випадку не може бути апроксимована логарифмічною, степеневою та уповільненою експоненціальною (stretched exponential) залежностями, використання яких для вивчення магнітної релаксації є дуже поширеним. Встановлено, що кореляції напрямків магнітних моментів наночастинок, зумовлені дипольною взаємодією, прискорюють релаксацію на початковому етапі, сповільнюють на заключному та зменшують абсолютне значення рівноважної намагніченості в полі зміщення.

Публікації автора:

1. Денисов С.И., Лютый Т.В., Нефедченко В.Ф. Магнитная релаксация в двухмерных ансамблях наночастиц: приближение среднего поля // Металлофиз. и новейшие технол. – 2002. – Т.24, №1. – С.17-24.

2. Денисов С.И., Лютый Т.В., Trohidou K.N. Численное моделирование магнитной релаксации в двумерных ансамблях наночастиц // Тонкие пленки в оптике и электронике. Харьковская научная ассамблея, ISTFE-14. – 2002. – С.38-42.

3. Denisov S.I., Lyutyy T.V., Trohidou K.N. Magnetic relaxation in two-dimensional nanoparticle ensembles // Phys. Rev. B. – 2003. – Vol.67. – 014411(9).

4. Лютый Т.В. Релаксация намагниченности в двумерных ансамблях наночастиц в поле смещения // Вісник СумДУ. – 2003. – №10(56). – С.51-58.

5. Денисов С.И., Лютый Т.В. Корреляционные эффекты в релаксации намагниченности двумерных решеток наночастиц // Металлофиз. новейшие технол. – 2004. – Т.26, №4. – С.1001-1008.

6. Denisov S.I., Lyutyy T.V., Trohidou K.N. Dipolar interaction effects on the thermally activated magnetic relaxation of two-dimensional nanoparticle ensembles // Appl. Phys. Lett. – 2004. – Vol.84, №23. – P.4672-4674.

7. Denisov S.I., Lyutyy T.V., Trohidou K.N. Thermal decay of the magnetization in two-dimensional nanoparticle ensembles // J. Magn. Magn. Mater. – 2004. – Vol.272-276. – P.665-666.