Выпуски УФМ »  Том 11, выпуск 2

Квантовые и структурноразмерные свойства ферромагнитных наночастиц: особености никелевых и железных кластерных систем

А. П. Шпак$^{1}$, А. Б. Шевченко$^{1}$, А. Б. Мельник$^{1}$, Ю. А. Куницкий$^{2}$

$^1$Институт металлофизики им. Г.В. Курдюмова НАН Украины, бульв. Академика Вернадского, 36, 03142 Киев, Украина
$^2$Технический центр НАН Украины, ул. Покровская, 13, 04070 Киев, Украина

Получена: 01.04.2010. Скачать: PDF

Построен формализм исследования магнитных свойств ферромагнитных наночастиц (кластеров). Установлено, что магнитные параметры наночастиц испытывают скачок при изменении их пространственной атомной структуры. Рассмотрены процессы термоактивированной и квантовой релаксаций магнитных моментов кластеров. Показано, что, варьируя величину внешнего магнитного поля, прикладываемого к наночастицам, можно менять в широком диапазоне физические характеристики магнитных квантовых флуктуаций (температуру кроссовера, скорость квантовых флуктуаций, время перемагничивания).

Ключевые слова: наночастица, ГЦК-структура, икосаэдрическая структура, магнитный момент, магнитная релаксация, суперпара- и ферромагнетизм, температура кроссовера, квантовые флуктуации.

PACS: 61.46.Bc, 61.50.Lt, 75.20.En, 75.30.Cr, 75.30.Gw, 75.45.+j, 75.75.-c

Citation: A. P. Shpak, A. B. Shevchenko, O. B. Mel’nyk, and Yu. A. Kunyts’ky, Quantum and Structural-Dimensional Properties of Ferromagnetic Nanoparticles: Features of Nickel and Iron Cluster Systems, Usp. Fiz. Met., 11, No. 2: 139—173 (2010) (in Russian), doi: 10.15407/ufm.11.02.139

Цитированная литература (123)  
  1. P. V. Hendriksen, S. Linderoth, and P. A. Lindgard, Phys. Rev. B, 48, No. 10: 7259 (1993). Crossref
  2. L. Shultz, K. Schizke, and J. Weeker, Appl. Phys. Lett., 56, No. 9: 868 (1990). Crossref
  3. H. Gleiter, Nanostructur. Materials, 1, No. 1: 1 (1992). Crossref
  4. L. Hu and M. Chen, Mater. Chem. and Phys., 43, No. 3: 212 (1996). Crossref
  5. R. H. Kodama, JMMM, 200, No. 1–3: 359 (1999). Crossref
  6. L. Lu, M. L. Sui, and K. Lu, Science, 287, No. 5457: 1463 (2000). Crossref
  7. A. Yamasaki, W. Wulfhekel, R. Hertel et al., Phys. Rev. Lett., 91, No. 12: 127201 (2003). Crossref
  8. С. А. Непийко, Физические свойства малых металлических частиц (Киев: Наукова думка: 1985).
  9. Ю. И. Петров, Кластеры и малые частицы (Москва: Наука: 1986).
  10. М. К. Рокко, Р. С. Уильямс, П. Аливисатос, Нанотехнологии в ближайшем десятилетии (Москва: Мир: 2002).
  11. А. П. Шпак, Ю. А. Куницкий, В. И. Лысов, Кластерные и наноструктурные материалы (Киев: Академпериодика: 2002).
  12. А. П. Шпак, В. В. Погосов, Ю. А. Куницкий, Введение в физику ультрадисперсных сред (Киев: Академпериодика: 2006).
  13. И. П. Суздалев, Нанотехнология. Физикохимия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов (Москва: КомКнига: 2006).
  14. Э. Л. Нагаев, УФН, 162, № 9: 50 (1992). Crossref
  15. А. И. Гусев, УФН, 168, № 1: 55 (1998). Crossref
  16. И. П. Суздалев, П. И. Суздалев, Успехи химии, 70, № 3: 203 (2001). Crossref
  17. А. Б. Шевченко, Квантові та структурнорозмірні ефекти в сегнетоелектричних і феромагнітних наносистемах (Автореферат дисертації … д-ра фіз.-мат. н.; 01.04.07) (Київ: ІМФ ім. Г. В. Курдюмова НАН України: 2009).
  18. С. П. Губин, Ю. А. Кокшаров, Г. Б. Хомутов, Г. Ю. Юрков, Успехи химии, 74, № 6: 539 (2005). Crossref
  19. И. П. Суздалев, Росс. нанотехнологии, 1, № 1–2: 46 (2006).
  20. M. R. Hoare and P. Pal, Adv. Phys., 20, No. 84: 161 (1971). Crossref
  21. M. R. Hoare and P. Pal, Nature Phys. Science, 230, No. 1: 5 (1971). Crossref
  22. D. J. Smith and L. D. Marks, Philos. Mag., 44, No. 3: 735 (1981). Crossref
  23. A. Renou and M. Gillet, Surf. Science, 106, No. 1: 27 (1971).
  24. E. K. Parks, B. J. Winter, T. D. Klots, and S. J. Riley, J. Chem. Phys., 94, No. 3: 1882 (1991). Crossref
  25. И. С. Ясников, А. А. Викарчук, Д. А. Денисова и др., ЖТФ, 77, № 10: 81 (2007).
  26. С. П. Губин, Ю. А. Кокшаров, Неорганические материалы, 38, № 11: 1287 (2002).
  27. А. Л. Бучаченко, Успехи химии, 72, № 5: 419 (2003). Crossref
  28. D. Zhang, K. J Klabunde., C. M. Sorensen, and G. C. Hadjipanayis, Phys. Rev. B, 58, No. 21: 14167 (1998). Crossref
  29. В. А. Логвиненко, Н. Ф. Юданов, Г. Н. Чехова и др., Химия в интересах устойчивого развития, 8, № 1–2: 171 (2000).
  30. Р. С. Исхаков, С. В. Комогорцев, А. Д. Балаев и др., Письма ЖЭТФ, 78, № 4: 271 (2003).
  31. С. В. Комогорцев, Р. С. Исхаков, Е. А. Денисова и др., Письма ЖТФ, 31, № 11: 12 (2005).
  32. H. Amekura, Y. Fudamoto, Y. Takeda, and N. Kishimoto, Phys. Rev. B, 71, No. 17: 172404 (2005). Crossref
  33. L. L. Afremov and A. V. Panov, The Phys. Met. Metallogr., 86, No. 3: 269 (1998).
  34. F. C. Fonseca, G. F. Goya, R. F. Jardim et al., Phys. Rev. B, 66, No. 10: 104406 (2002). Crossref
  35. D. Kumar, S. J. Pennycook, A. Lupini et al., Appl. Phys. Lett., 81, No. 22: 4204 (2002). Crossref
  36. В. И. Белотелов, А. С. Логвинов, А. В. Николаев, ФТТ, 45, № 3: 490 (2003).
  37. В. М. Федосюк, А. М. Данишевский, Д. А. Курдюков и др., ФТТ, 45, № 9: 1667 (2003).
  38. P. B. Oliete, T. C. Rojas, A. Fernandez et al., Acta Mater., 52: 2165 (2004). Crossref
  39. Y. Li, T. Kaneko, T. Ogawa, M. Takahashi, and R. Hatakeyama, Chemical Commun., No. 3: 254 (2007). Crossref
  40. С. В. Комогорцев, Р. С. Исхаков, А. Д. Балаев и др., ФТТ, 49, № 4: 700 (2007).
  41. О. В. Толочко, Д. В. Ли, Ч. Дж. Чой и др., Письма ЖТФ, 31, № 18: 30 (2005).
  42. С. А. Никитчук, М. В. Лоханин, А. В. Проказников и др., Письма ЖТФ, 31, № 12: 48 (2005).
  43. И. В. Бажин, О. А. Лесева, И. Я. Никифоров, ФТТ, 45, № 9: 1667 (2003).
  44. A. E. Berkowitz and P. J. Flanders, J. Appl. Phys., 30, No. 4: 11 (1959). Crossref
  45. C. R. Abeledo and P. W. Selwood, J. Appl. Phys., 32, No. 3: 229 (1961). Crossref
  46. P. E. Luborsky and P. E. Lawrence, J. Appl. Phys., 32, No. 3: 231 (1961). Crossref
  47. М. Я. Ген, Е. В. Штольц, И. В. Платэ, Е. А. Федорова, ФММ, 30, № 2: 645 (1970).
  48. C. P. Bean, J. Appl. Phys., 26, No. 11: 1381 (1955). Crossref
  49. C. P. Bean and J. D. Livingston, J. Appl. Phys., 30, No. 4: 120 (1959). Crossref
  50. W. F. Brown, J. Appl. Phys., 30, No. 4: 130 (1959). Crossref
  51. W. F. Brown, Phys. Rev., 130, No. 5:1677 (1963). Crossref
  52. A. Aharoni, Phys. Rev. A, 135, No. 2: 447 (1964). Crossref
  53. A. Aharoni, Phys. Rev. B, 7, No. 3: 1103 (1973). Crossref
  54. Ю. Л. Райхер, М. И. Шлиомис, ЖЭТФ, 67, № 3(9): 1060 (1974).
  55. I. Eisenstein and A. Aharoni, Phys. Rev. B, 16, No. 3: 1278 (1977). Crossref
  56. В. А. Игнатченко, Р. С. Гехт, ЖЭТФ, 72, № 2(8): 632 (1977).
  57. С. В. Герус, В. Д. Харитонов, Е. А. Лобанов, ФНТ, 6, № 12: 1523 (1980).
  58. W. J. Schuele, S. Shtrikman, and D. Treves, J. Appl. Phys., 36, No. 3: 1010 (1965). Crossref
  59. R. H. Lindquist, G. Constabaris, W. Kundig, and A. M. Portis, J. Appl. Phys., 39, No. 2: 1001 (1968). Crossref
  60. J. Korecki and K. Krop, Surf. Science, 106, No. 1–3: 444 (1981). Crossref
  61. D. L. Criscom, J. Non-Cryst. Solids, 42: 287 (1980). Crossref
  62. J. R. Jeong, S. C. Shin, S. J. Lee, and J. D. Kim, JMMM, 286: 5 (2005). Crossref
  63. J. R. Friedman, U. Voskoboynik, and M. P. Sarachik, Phys. Rev. B, 56, No. 17: 10793 (1997). Crossref
  64. L. F. Kiss, T. Kemeny, and I. Vincze, J. Phys.: Condens. Matter, 9, No. 47:10501 (1997). Crossref
  65. J. R. Jeong, S. J. Lee, J. D. Kim, and S. C. Shin, IEEE Trans. Magn., 40, No. 4, Part 2: 3015 (2004). Crossref
  66. G. A. Held and G. Grinstein, Appl. Phys. Lett., 79, No. 10: 1501 (2001). Crossref
  67. L. Weil, Rev. Mod. Phys., 25, No. 1: 324 (1953). Crossref
  68. E. Kneller and F. E. Luborsky, J. Appl. Phys., 34, No. 3: 656 (1963). Crossref
  69. Е. М. Чудновский, ЖЭТФ, 77, № 5 (11): 2157 (1979).
  70. E. M. Chudnovsky and L. Gunther, Phys. Rev. Lett., 60, No. 8: 661 (1988). Crossref
  71. M. G. Miguel and E. M. Chudnovsky, Phys. Rev. B, 54, No. 1: 388 (1996). Crossref
  72. G. H. Kim and D. S. Hwang, Phys. Rev. B, 55, No. 14: 8918 (1997). Crossref
  73. G. H. Kim, Phys. Rev. B, 57, No. 17: 1068 (1998). Crossref
  74. D. A. Granin, X. M. Hidalgo, and E. M. Chudnovsky, Phys. Rev. B, 57, No. 21: 13639 (1998). Crossref
  75. W. Wernsdorfer, E. B. Orozco, K. Hasselbach et al., Phys. Rev. Lett., 79, No. 20: 4014 (1997). Crossref
  76. K. Hasselbach, W. Wernsdorfer, D. Mailly et al., Czech. J. Phys., 46, Suppl. No. 4: 2137 (1996). Crossref
  77. J. Tejada, X. X. Zhang, and L. I. Balcelles, J. Appl. Phys., 73, No. 10: 6709 (1993). Crossref
  78. А. П. Шпак, А. Б. Шевченко, Металлофиз. новейшие технол., 20, № 5: 30 (1998).
  79. A. P. Shpak, A. B. Shevchenko, and A. B. Melnik, Materials Science Forum, 373–376: 47 (2001). Crossref
  80. А. П. Шпак, А. Б. Шевченко, А. Б. Мельник, Металлофиз. новейшие технол., 24, № 3: 289 (2002).
  81. A. P. Shpak, A. B. Shevchenko, and A. B. Melnik, VDI Berichte, No. 1803: 191 (2003).
  82. А. П. Шпак, А. Б. Шевченко, А. Б. Мельник, Металлофиз. новейшие технол., 25, № 10: 1249 (2003).
  83. A. P. Shpak, A. B. Shevchenko, and A. B. Melnik, Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології, 1, № 2: 637 (2004).
  84. А. П. Шпак, А. Б. Шевченко, А. Б. Мельник, ЖТФ, 74, № 3: 81 (2004).
  85. А. П. Шпак, А. Б. Шевченко, А. Б. Мельник, Металлофиз. новейшие технол., 25, № 5: 553 (2003).
  86. А. П. Шпак, А. Б. Шевченко, Металлофиз. новейшие технол., 27, № 7: 969 (2005).
  87. А. Б. Шевченко, А. Б. Мельник, ЖТФ, 76, № 5: 140 (2006).
  88. A. P. Shpak, A. B. Shevchenko, and A. B. Melnik, Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології, 5, № 1: 17 (2007).
  89. С. Тикадзуми, Физика ферромагнетизма (Москва: Мир: 1983).
  90. I. M. L. Billas, A. Chatelian, and W. A. de Heer, Science, 265: 1682 (1994). Crossref
  91. С. В. Вонсовский, Магнетизм (Москва: Наука: 1971).
  92. R. L. Novak and J. P. Sinnecker, JMMM, 272–276, Part 2: 1557 (2004). Crossref
  93. M. Jamet, W. Wernsdorfer, C. Thirion et al., Phys. Rev. Lett., 86, No. 20: 4676 (2001). Crossref
  94. С. Тикадзуми, Физика ферромагнетизма (Москва: Мир: 1987).
  95. F. Vergand, D. Fargues, E. Belin, and C. Bonelle, J. Phys. F: Metal Phys., 11, No. 9: 1887 (1981). Crossref
  96. S. Zhen and G. J. Davies, Phys. Stat. Sol. (а), 78, No. 2: 595 (1983). Crossref
  97. Ч. Киттель, УФН, XLI, № 4: 453 (1950).
  98. А. Е. Петров, В. И. Петинов, В. В. Шевченко, ФТТ, 14, № 10: 3031 (1972).
  99. А. Е. Петров, А. Н. Костыгов, В. И. Петинов, ФТТ, 15, № 10: 2927 (1973).
  100. D. Tomanek, S. Mukherjee, and K. H. Bennemann, Phys. Rev. B, 28, No. 3: 665 (1983). Crossref
  101. A. L. Mackay, Acta Crystallogr., 15, No. 10: 916 (1962). Crossref
  102. M. R. Hoare, Adv. Chem. Phys., 40: 49 (1979). Crossref
  103. M. R. Hoare and M. McInnes, Adv. Phys., 32, No. 5: 791 (1983). Crossref
  104. J. Farges, M. F. de Feraudu, B. Raoult, and G. Torchet, J. Chem. Phys., 78, No. 8: 5067 (1983). Crossref
  105. S. W. Wang, L. M. Falikov, and A. W. Searcy, Surf. Science, 143, No. 2–3: 609 (1984). Crossref
  106. J. A. Northby, J. Chem. Phys., 87, 10: 6166 (1987).
  107. J. W. Lee and G. D. Stein, J. Phys. Chem., 91, No. 10: 2450 (1987). Crossref
  108. H. G. Fritsche, Phys. Stat. Sol. (b), 143, No. 1: K11 (1987). Crossref
  109. B. W. Van de Waal, J. Chem. Phys., 90, No. 6: 3407 (1989). Crossref
  110. T. Halicioglu and P. J. White, J. Vac. Sci. Technol., 17, No. 5: 1213 (1980). Crossref
  111. G. G. Chell and I. J. Zucker, J. Phys. C: Solid State Phys., 1, No. 2: 35 (1968). Crossref
  112. T. Halicioglu and P. J. White, Surf. Science, 106, No. 1–3: 45 (1981). Crossref
  113. M. B. Gordon, F. Cyrot-Lackman, and M. C. Desjonqueres, Surf. Science, 68, No. 1: 359 (1977). Crossref
  114. G. M. Pastor, J. Dorantes, and K. H. Bennemann, Phys. Rev. B, 40, No. 11: 7642 (1989) Crossref
  115. Alloys and Compounds (Berlin: Springer: 1986), vol. 19, pt. a.
  116. J. I. Martin, J. L. Costa-Kramer, F. Briones, and J. L. Vicent, JMMM, 221, No. 1–2: 215 (2000). Crossref
  117. Y. Li, P. Xiong, St. V. Molnar et al., Phys. Rev. B, 71, No. 21: 214425 (2005). Crossref
  118. А. П. Шпак, А. Б. Шевченко, А. Б. Мельник, Ю. А. Куницкий, Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології, 3, № 2: 563 (2005).
  119. V. Soolshenko, N. Lanska, and K. Ullakko, J. Phys. IV (France), 112: 947 (2003). Crossref
  120. P. Zhang, F. Zuo, F. K. Urban et al., JMMM, 225, No. 3: 337 (2001). Crossref
  121. E. M. Chudnovsky, J. Appl. Phys., 73, No. 10: 6697 (1993). Crossref
  122. LI. Barcells, J. L.Tholence, and S. Linderoth, Z. Phys. B: Condens. Matter, 89, No. 2: 209 (1992). Crossref
  123. D. D. Awschalom, M. A. McCord, and G. Grinstein, Phys. Rev. Lett., 65, No. 6: 783 (1990). Crossref

© 2013–2018 «ИМФ НАН Украины»