Анотація до роботи:

Шурінова О.В. Міжчастинкова магнітна взаємодія в системах частинок високоанізотропного фериту барію різної дисперсності. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.11 - магнетизм. Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна, Харків, 2009.

У дисертаційній роботі експериментально досліджено параметри результуючої міжчастинкової взаємодії в щільноупакованих системах однодоменних частинок в інтервалі температури 300-700К і напруженості магнітного поля до 20 кЕ.

Об'єктом дослідження служив високоанізотропний гексагональний ферит барію у вигляді систем нанокристалів (10-100 нм) і мікрокристалів (0,1-1 мкм). Модельність систем, які класифікуються як системи малих (V_SOSO) та великих (V>1000V_SO) стонер-вольфартовських (SW) частинок, підтверджена результатами електронно-мікроскопічних досліджень, мікродифракцією, рентгенівським фазовим аналізом, а також магнітостатичними методами вимірів кривих намагнічування, петель гістерезису і температури Кюрі.

Параметри взаємодії визначалися шляхом дослідження порошкових зразків у режимі необоротних процесів намагнічування з використанням співвідношення Вольфарта, яке встановлює зв'язок між залишковими намагніченостями m_r(H) і m_d(H), та наступною побудовою графіків Хенкеля m_d=f(m_r) та Келлі m(H)=m_d(H)-[ 1-2m_r(H)].

Вперше температурні залежності середнього поля взаємодії H_int і міри взаємодії m проаналізовано в контексті розмірного й поверхневого ефектів малих частинок з об'ємом V, близьким до критичного суперпарамагнітного V_SO. Експериментально підтверджена вагома роль у формуванні колективних ефектів магнітних моментів, локалізованих на відкритій поверхні частинок і в прилеглих до неї шарах. Для усунення виявленого сильного ефекту міжчастинкової взаємодії, вуалізуючої SW характер основної кривої намагнічування, було запропоновано й апробовано методику відтворення істинної залежності. Це дозволило однозначно ідентифікувати процеси намагнічування в однодоменних частинках різної дисперсності.

У дисертаційній роботі вирішено поставлену задачу, яка полягає у визначенні величини і знаку параметрів результуючої міжчастинкової взаємодії у щільноупакованих системах частинок високоанізотропного гексагонального фериту барію в широкому інтервалі температури і напруженості магнітного поля.

Одержано такі нові і практичні результати.

1. Вперше дослідження міжчастинкової магнітної взаємодії в реальних системах малих частинок проведено у залежності від внутрішніх властивостей об'єкта – дисперсності системи, магнітного стану частинок і їхньої повер-хні, ефективної й поверхневої магнітної анізотропії, а також у залежності від впливу зовнішніх чинників - температури й магнітного поля.

2. Вперше для щільноупакованих хаотично орієнтованих нано- і мікрокристалів BaFe₁₂O₁₉ в інтервалі температури 300-700 К і значень напруженості магнітного поля 0,5-20 кЕ визначено величину і знак параметрів результуючої міжчастинкової магнітної взаємодії: середнього поля взаємодії H_int, польового фактору взаємодії IFF, міри взаємодії m, а також інтервалу полів Н значущого параметра m.

3. З метою виявлення міжчастинкових і внутрішньочастинкових ефектів, а також встановлення можливих кореляційних зв'язків між ними, аналіз параметрів міжчастинкової взаємодії вперше проведено у контексті розмірного й поверхневого факторів, детально вивчених раніше на ідентичних модельних об'єктах у вигляді нано- і мікрокристалічних систем гексафериту барію.

4. Виявлено відгук колективного ефекту, обумовленого міжчастинковою магнітною взаємодією, на зміну магнітного стану нанокристалів, який полягає у кардинальній зміні характеру температурної залежності поля взаємодії H_int (чітко виражений мінімум) при температурі переходу ~10% від загальної кількості частинок в системі з магнітостабільного в суперпарамагнітний стан.

5. Вперше експериментально підтверджено визначальну роль магнітних іонів, локалізованих на відкритій поверхні та в прилеглих до неї шарах, у формуванні колективного ефекту, як явища, в системах нано- і мікрокристалів високоанізотропного феримагнетика.

Так, для системи нанокристалів зміна знака параметрів взаємодії (H_int і m) при 650 К обумовлена перевагою додатного внеску в ефективну анізотропію специфічної «поверхневої» анізотропії відповідно до зміни знака її константи K_S, а стрімке «згортання» до нуля Н(Т) простору значущого параметра m при 670 К корелює з початком процесу поступового переходу відкритої поверхні магнітостабільних і суперпарамагнітних частинок і при-леглих до неї шарів у парамагнітний стан.

Цілеспрямована зміна фізико-хімічного стану поверхні мікрокристалів шляхом обробки агресивними середовищами (розчинами HCl і NaOH) призвела до зміни величини і знаку результуючої міжчастинкової взаємодії.

6. Вперше для системи однодоменних мікрокристалів виявлено сильний ефект міжчастинкової взаємодії, що вуалює стонер-вольфартівський характер основної кривої намагнічування, специфічний для модельної системи однодоменних невзаємодіючих частинок.

Запропоновано методику відтворення істинних кривих намагнічування шляхом вилучення ефекту міжчастинкової взаємодії. Це дозволило ідентифікувати процеси намагнічування у системах однодоменних (за розміром) частинок різної масштабності. А саме, встановлено, що в системі нанокристалів мають місце лише когерентні процеси обертання, а у частинках мікрометрового масштабу, з більш суттєвою неоднорідністю їхньої магнітної структури, на початковій ділянці істинної кривої намагнічування залишається «сідловидна» аномалія, що вказує на присутність некогерентних процесів намагнічування.

7. Вперше для системи нанокристалів високоанізотропного фериту барію з реальним розподілом частинок за полями магнітної анізотропії розроблено і апробовано методологію визначення температурної залежності істинного значення мінімального поля анізотропії (Т), що враховує вплив термічних флуктуацій магнітного моменту на величину магнітних параметрів і магнітний стан частинок. Показано, що цю залежність формують частинки різного об'єму внаслідок послідовного їх переходу до СПМ стану.

Одержані дані про те, що значення вдвічі менші за значення поля магнітокристалічної анізотропії, пояснюють значний вплив міжчастинкової магнітної взаємодії, виявленої у системах частинок високоанізотропного, за своєю природою, феритового матеріалу.

Публікації автора:

1. Камзин А.С. Магнитное состояние нано- и микромасштабных объектов вблизи температуры Кюри высокоанизотропного ферримагнитного кристалла [Текст] / А.С.Камзин, Л.П Ольховик, З.И.Сизова, Е.В.Шуринова // Вісник ХНУ. Сер. “Фізика”.- 2002.- № 558, вип.6.- С.71-74.

2. Борисова Н.М. Создание модельной системы нанокристаллов высокоанизотропного феррита [Текст] / Н.М. Борисова, Л.П. Ольховик, Е.В. Шури-нова, Т.Г. Кузьмичева // Вісник ХНУ. Сер. “Фізика”.- 2003.- № 600, вип.7.- С.55-60.

3. Ольховик Л.П. Влияние межчастичного взаимодействия на особенности кривых намагничивания ансамблей нано- и микрокристаллов [Текст] / Л.П. Ольховик, М.М. Хворов, Н.М. Борисова, З.В. Голубенко, З.И. Сизова, Е.В. Шуринова // Физика Твердого Тела.- 2003.- Т.45, вып.4.- С.643-648.

4. Зиненко С.Н. Теоретический прогноз обусловленного поверхностью спин-переориентационного фазового перехода в нанокристаллах ВаFe₁₂O₁₉ [Текст] / С.Н. Зиненко, А.А. Мураховский, Л.П. Ольховик, З.И. Сизова, Е.В. Шуринова, А.С. Камзин // Журнал Экспериментальной и Теоретической Физики.- 2003.- Т.123, вып. 5.- С.1073-1081.

5. Ольховик Л.П. Магнитная анизотропия малых частиц гексаферрита бария [Текст] / Л.П. Ольховик, Е.В. Шуринова // Вісник ХНУ. Сер.“Фізика”.- 2005.-№651, вип.7.- С.83-88.

6. Ольховик Л.П. Определение вклада поверхностной анизотропии в поле магнитной анизотропии нанокристаллического порошка феррита бария при различных температурах [Текст] / Л.П. Ольховик, З.И. Сизова, Е.В. Шу-ринова, А.С. Камзин // Физика Твердого Тела.-2005.- Т.47, вып.7.- С.1261-1264.

7. Ольховик Л.П. Переориентация спинов в нанокристаллах ВаFe₁₂O₁₉ и коллективные эффекты [Текст] / Л.П. Ольховик, З.И. Сизова, Е.В. Шуринова, А.С. Камзин. // Известия РАН, сер. физическая.-2005.-Т.69, № 10.- С.1540-1542.

8. Ольховик Л.П. Поле магнитной анизотропии частиц ВаFe₁₂O₁₉ критически малого объема [Текст] / Л.П. Ольховик, З.И. Сизова, Е.В. Шуринова // Вісник ХНУ. Сер.“Фізика”.- 2006.-№739, вип.9.- С.90-93.

9. Ольховик Л.П. Межчастичное магнитное взаимодействие в контексте размерного и поверхностного факторов [Текст] / Л.П. Ольховик, Е.В. Шури-нова // Вісник ХНУ. Сер.“Фізика”.- 2008 .-№ 821 , вип.11 .- С. 114- 118.

10. Ольховик Л.П. Магнитное межчастичное взаимодействие в ансамблях нано- и микрокристаллов ВаFe₁₂O₁₉ [Текст] / Л.П. Ольховик, Н.М. Борисова, З.И. Сизова, Е.В. Шуринова // XYIII школа-семинар “Новые магнитные материалы микроэлектроники ” (НМММ-2002). - Тез. докл.-Москва, Россия.- 2002.- С.319-320.

11. Борисова Н.М. Электронно-микроскопические исследования нанокристаллов BaO 6Fe2O3 c криохимической предысторией [Текст] / Н.М. Бори-сова, Е.В. Шуринова // Первая региональная конференция молодых ученых «Современные проблемы материаловедения». Тез. докл.-Харьков. – 2002. – С.44.

12. Шуринова Е.В. Межчастичное магнитное взаимодействие в системе микрокристаллов ВаFe₁₂O₁₉ [Текст] / Е.В. Шуринова, Н.М. Борисова, З.В. Го-лубенко, Л.П. Ольховик, З.И. Сизова // Труды 5^ой Междунар. конф. “Электромеханика, электротехнологии и электроматериаловедение” (МКЭЭЭ-2003).- Алушта, Крым.- 2003.- С.173-175.

13. Ольховик Л.П. Роль поверхностной анизотропии в процессах намагничивания малых стонер-вольфартовских частиц [Текст] / Л.П. Ольховик, С.Н. Зиненко, А.А. Мураховский, З.И. Сизова, Е.В. Шуринова // Междунар. семинар. Выездная секция по проблемам магнетизма в магнитных пленках, малых частицах и наноструктурах. Тез. докл.- Астрахань, Россия.- 2003.- GС-5.

14. Ol’khovik L. Role of investigation of the interparticle magnetic interaction in the determination of the SPRT in the nanocrystal system [Текст] / L. Ol’khovik, E. Shurinova. // Междунар. конф. “Актуальные проблемы физики твердого тела” (ФТТ- 2003). Тез.докл.– Минск (Беларусь).-2003.- С.78.

15. Шуринова Е.В. Смешанные магнитные состояния в системе наночастиц в высокотемпературной области [Текст] / Е.В. Шуринова, Л.П. Ольховик, З.И. Сизова, А.С. Камзин // Материалы 6^ой Междунар. конф. “Физические явления в твердых телах”.- Харьков.- 2003.- С.69.

16. Ol’khovik L.P. Interparticle interaction in the system of particles with the volume close to the critical value [Текст] / L.P. Ol’khovik, Z.I. Sizova, E.V. Shurinova // International Conf. “Functional Materials” (ICFM-2003). Abstract.- Partenit, Crimea, Ukraine.- 2003.- P.268.

17. Zinenko S.N. Theoretical forecast of the spin reorientation phase transition caused by the surface in the ВаFe₁₂O₁₉ nanocrystals [Текст] / S.N. Zinenko, A.A. Murakhovski, L.P. Ol’khovik, E.V. Shurinova, Z.I. Sizova, A.S. Kamzin // XVIII International Colloqium on Magnetic Films and Surfaces. Abstract.-Madrid, Spain. – 2003.

18. Ольховик Л.П. Определение полей магнитной анизотропии в системе нанокристаллов ферритов бария с учетом термических флуктуаций [Текст] / Л.П. Ольховик, З.И. Сизова, Е.В. Шуринова // Y Междунар. конф. “Электротехнические материалы и компоненты” (МКЭМК-2004). Тез. докл.–Алушта, Крым, Украина- 2004.- С.61.

19. Ольховик Л.П. (Н-Т) - пространство значимого по величине параметра межчастичного взаимодействия в системах нанокристаллов ВаFe₁₂O₁₉ [Текст] / Л.П. Ольховик, Е.В. Шуринова // XIX междунар. школа-семинар “Новые магнитные материалы микроэлектроники” (НМММ-19). Тез. докл.-Москва, Россия-2004. - С. 474.

20. Ольховик Л.П. Переориентация спинов в нанокристаллах ВаFe₁₂O₁₉ [Текст] / Л.П. Ольховик, З.И. Сизова, Е.В. Шуринова, А.С. Камзин // IX International Conference Mossbauer spectroscopy and its applications. Abstract.-Ekaterinburg, Russia. – 2004.

21. Ol’khovik L.P. Investigation of correlations of magnetic state of nanocrystals and their surface with interparticle interaction [Текст] / L.P. Ol’khovik, S.V. Dubinko., Z.I. Sizova, E.V. Shurinova // International Conf. “Functional Materials” ICFM’ 2005, Crimea, Ukraine.-2005.-Р.274.

22. Ольховик Л.П. Поле магнитной анизотропии частиц ВаFe₁₂O₁₉ [Текст] / Л.П. Ольховик, З.И. Сизова, Е.В. Шуринова // Материалы 7^ой Междунар. конф. “Физические явления в твердых телах”.- Харьков, Украина- 2005.- С.115.

23. Ольховик Л.П. Специфика формирования температурной зависимости поля анизотропии системы частиц критически малого объема [Текст] / Ольховик Л.П., Сизова З.И., Шуринова Е.В., Камзин А.С. // XX междунар. школа-семинар “Новые магнитные материалы микроэлектроники” (НМММ-20). Тез. докл.-Москва, Россия-2006.

24. Ольховик Л.П. Межчастичное взаимодействие в микрокристаллических порошках высокоанизотропного феррита [Текст] / Ольховик Л.П., Сизова З.И., Шуринова Е.В. // Междунар. конф. “Электротехнические материалы и компоненты” (МКЭМК-2006). Тез. докл.–Алушта, Крым, Украина - 2006.- С.137.

25. Ol’khovik L.P. Interparticle magnetic interaction and the effects of small particles [Текст] / Ol’khovik L.P., Sizova Z.I., Shurinova E.V. // International Conf. “Functional Materials” ICFM’ 2007, Crimea, Ukraine.-2007.-Р.402.

26. Ольховик Л.П. Поле магнитной анизотропии системы частиц с объемом близким к критическому [Текст] / Ольховик Л.П., Сизова З.И., Шуринова Е.В. //II международная конференция «Наноразмерные системы, строение – свойства - технологии» (НАНСИС-2007). Тез. докл.–Киев, Украина. - 2007.- С.65.

27. Kamzin A.S. Detection of correlations of interparticle magnetic interaction parameters with size and surface effects in real systems of small particles. [Текст] / Kamzin A.S., Ol’khovik L.P., Sizova Z.I., Shurinova E.V.// Moscow International Simposium on Magnetism (MISM-2008). Abstract.- Moscow, Russia.- 2008.- P.306-307.

28. Ольховик Л.П. Методология определения поля магнитной анизотропии системы частиц с объемом, близким к критическому [Текст] / Ольховик Л.П., Сизова З.И., Шуринова Е.В., Ткаченко Н.В. // XII Междунар. конф. “Электромеханика, электротехнологии, электротехнические материалы и компоненты” (МКЭЭЭ-2008). Тез. докл.–Алушта, Крым, Украина - 2008.- С.65.

29. Ольховик Л.П. Межчастичное магнитное взаимодействие в контексте размерного и поверхностного факторов [Текст] / Ольховик Л.П., Шури- нова Е.В. // Третий международный конгресс «Нейробиотелеком - 2008». Тез. докл.– Санкт-Петербург, Россия. – 2008.- С.165.