Модификация магнитных свойств и ближнего порядка в нанокомпозитах FeCoZr-Al2O3 в результате гидрогенизации

Содержание
Актуальность проблемы
Цель работы
Объект исследования, методика его синтеза и обработки
Методики исследования
Концентрационные профили композитов
ЯГР-спектры образцов различного состава до и после гидрогенизации
Индукционная магнитометрия
Фазовые контрасты образцов
Научная гипотеза
Положения выносимые на защиту
Научная новизна
Результаты исследований

Актуальность проблемы
Необходимость создания образцов с перколяционной конфигурацией
Использование контролируемого внедрения примеси в качестве средства варьирования порога перколяции
Гранулированные нанокомпозиты металл-диэлектрик проявляют экстремальные характеристики в области перколяционного перехода (~ Me50D50)
Создание сенсоров магнитного поля

Цель работы:
Выявление влияния гидрогенизации на структуру и магнитные свойства нанокомпозитов (Fe45Co45Zr10)x(Al2O3)100-x (x=38-63 ат.%), синтезированных в атмосфере аргона

Объект исследования, методика его синтеза и обработки
Для получения нанокомпозита (Fe45Co45Zr10)x(Al2O3)100-x
был применен метод ионно-лучевого распыления
составных мишеней:
1-металлический сплав
2-пластинки алюмооксида
Гидрогенизация - ионно-лучевая обработка образцов
при 350±25°С
40 мин – первый этап;
40+50 мин – второй этап.

Научная гипотеза
Инертная примесь, внедренная в исследуемый композиционный материал методом гидрогенизации, может оказывать существенное влияние на их структуру и свойства

Методики исследования:
Спектроскопия обратного рассеяния
моноэнергетического коллимированного пучка ионов 4Не+ (2900 кэВ) поверхностью исследуемых композитов позволяет определить концентрацию входящих в состав образца элементов
Индукционная магнитометрия позволяет получать кривые намагниченности образцов
Атомно-силовая микроскопия позволяет получать профилограммы поверхностей и фазовые контрасты исследуемых композитов
57Fe Ядерная гамма-резонансная спектроскопия (ЯГР) (источник 40 мКи, обработка спектров – программа MOSMOD) позволяет исследовать структуру композита

Концентрационные профили композитов (Fe45Co45Zr10)x(Al2O3)100-x (x=38,9; 55,2 ат. %)
Доля
водорода:
1,8 % при
38,9 ат.%
FeCoZr
1,35 % при
55,2 ат.%
FeCoZr

ЯГР-спектры образцов различного состава до и после первого этапа гидрогенизации

ЯГР-спектры образца (Fe45Co45Zr10)42(Al2O3)58 (до порога перколяции)
D1: ∆Е= 0,53;0,55;0,49 мм/с
D2: ∆Е= 1,13;1,25;1,00 мм/с
Отсутствие ярко выраженных изменений в сверхтонких параметрах спектров
незначительное влияние внедренного водорода на структуру наночастиц FeCoZr

ЯГР-спектры образца (Fe45Co45Zr10)47(Al2O3)53 (перколяционный состав)
D: ∆Е=1,11;0,76;0,69 мм/с;
Возрастание сверхтонких магнитных полей секстетов
Уменьшение квадрупольного расщепления дублета
отжиг
укрупнение и упорядочение металлических нанокластеров и частиц в суперпарамагнитном состоянии
S1: Нэфф= 28,1;28,5;29,2 Тл
S2: Нэфф= 14,4;19,9;23,3 Тл

ЯГР-спектры образца (Fe45Co45Zr10)50(Al2O3)50 (после порога перколяции)
S1: Нэфф= 31,1;31,7;31,7 Тл
S2: Нэфф= 26,2;26,5;21,3 Тл
С: A=13 %
Разрушение перколяционного кластера в результате
формирования нанопор водорода
Восстановление перколяционного
кластера в результате отжига

Индукционная магнитометрия
Изменение наклона
dM/dB и формы кривых
Тенденция к выходу
на намагниченность насыщения
Влияние отжига

Фазовые контрасты образцов
Исходные образцы
Гидрогенизация 60 мин
Более равномерное распределение частиц металлического сплава Некоторое уменьшение размеров гранул FeCoZr
гидрогенизация

Научная новизна
Зафиксированы существенные изменения структурных и магнитных свойств нанокомпозитов FeCоZr-Al2O3 вблизи порога перколяции (~ 47 ат.%) путем внедрения в их состав химически инертной примеси, что дает возможность варьировать структуру и магнитные свойства указанных композитов. Это расширяет возможность их применения для создания сенсоров магнитного поля.

Положения, выносимые на защиту
Гидрогенизация приводит к дроблению перколяционной сети нанокластеров в композитах FeCоZr-Al2O3 вблизи порога перколяции (~ 47-50 ат.%) после 40 минут водородной обработки и к их укрупнению и ферромагнитному взаимодействию после 90 минут обработки которое проявляется :
- увеличение сверхтонких магнитных полей на ядрах железа
- уменьшение магнитного поля насыщения
- увеличение магнитной восприимчивости
Гидрогенизация практически не влияет на структуру и магнитные свойства нанокомпзитов FeCоZr-Al2O3 при концентрациях FeCoZr, существенно больших (63 ат.%) и существенно меньших (42 ат.%) значения порога перколяции