Г82 Нелинейные явления в нано- и микрогетерогенных системах [Электронный ресурс] / С. А. Гриднев, Ю. Е. Калинин, А. В. Ситников, О. В. Стогней. <...> УДК [53+54]-022.532 ББК 22.37+30.37 Деривативное электронное издание на основе печатного аналога: Нелинейные явления в нано- и микрогетерогенных системах / С. А. Гриднев, Ю. Е. Калинин, А. В. Ситников, О. В. Стогней. <...> Поэтому первая часть книги посвящена рассмотрению структуры аморфных твердых тел и композитов с аморфной структурой. <...> О. В. Стогней и А. В. Ситников) рассмотрены основные механизмы формирования магнитной анизотропии в нанокомпозитах ферромагнетик—диэлектрик, процессы намагничивания и высокочастотные магнитные свойства таких гетерогенных систем. <...> ЧАСТЬ 1 МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ И МОРФОЛОГИЯ СИСТЕМ С ПОНИЖЕННОЙ РАЗМЕРНОСТЬЮ Физические свойства твердотельных конденсированных сред определяются пространственным распределением атомов. <...> С учетом вышесказанного рассмотрение пространственного расположения атомов в гетерогенных системах начинается со структуры аморфных твердых тел, а также специальных методов их получения. <...> Структура аморфных твердых тел Основными прямыми экспериментальными методами исследования структуры аморфных твердых тел являются дифракция рентгеновских лучей, электронов или нейтронов, а также получивший в последние годы широкое распространение метод EXAFS—протяженной тонкой структуры поглощения рентгеновских лучей. <...> Системы с пониженной размерностью аморфных металлических сплавов (АМС) с помощью эффекта Мессбауэра и ядерного магнитного резонанса позволяют делать заключение о ближнем порядке расположения атомов в изучаемых образцах. <...> Функция радиального распределения является важнейшей характеристикой и для системы, состоящей из атомов одного сорта, определяется как W(r)= 4πr2ρ(r), (1.1) где r —расстояние от фиксированного атома; ρ(r) —функция атомного распределения или парная функция атомного распределения, определяемая как N ρ(r) = lim l=m <...>
Нелинейные_явления_в нано-_и_микрогетерогенных_системах.pdf
НЕЛИНЕЙНЫЕ ЯВЛЕНИЯ
И МИКРОГЕТЕРОГЕННЫХ
В НАНО
СИСТЕМАХ
3е издание, электронное
Москва
Лаборатория знаний
2020
Стр.2
УДК [53+54]-022.532
ББК 22.37+30.37
Г82
С е р и я о с н о в а н а в 2006 г.
Гриднев С. А.
Г82 Нелинейные явления в нано- и микрогетерогенных
системах / С. А. Гриднев, Ю. Е. Калинин, А. В. Ситников,
О. В. Стогней. — 3-е изд., электрон. — М. : Лаборатория знаний,
2020. — 355 с. — (Нанотехнологии). — Систем. требования:
Adobe Reader XI ; экран 10".— Загл. с титул. экрана. — Текст :
электронный.
ISBN 978-5-00101-853-7
Изучение нелинейных явлений в многокомпонентных гетерогенных
системах, находящихся в аморфном, нано- и микрокристаллическом
состояниях, способствует установлению физической природы многих
происходящих в них явлений и совершенствованию существующих теоретических
положений, а следовательно, и разработке новых материалов,
обладающих комплексом уникальных физических свойств. Для успешного
решения этих задач большое значение имеет знание особенностей пространственного
расположения атомов в аморфных, нано- и микрокристаллических
твердых телах и многокомпонентных гетерогенных системах,
основных механизмов электронного транспорта в гетерогенных системах
металл—диэлектрик и механизмов формирования магнитной анизотропии
в нанокомпозитах ферромагнетик—диэлектрик, магнитоэлектрических явлений
в системах ферромагнетик—пьезоэлектрик, рассмотренных в этой
книге.
Для специалистов в областях химии, физики и материаловедения.
УДК [53+54]-022.532
ББК 22.37+30.37
Деривативное издание на основе печатного аналога: Нелинейные явления
в нано- и микрогетерогенных системах / С. А. Гриднев, Ю. Е. Калинин,
А. В. Ситников, О. В. Стогней. — М. : БИНОМ. Лаборатория знаний,
2012. — 352 с. : ил. — (Нанотехнологии). — ISBN 978-5-9963-0294-9.
В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений,
установленных техническими средствами защиты авторских прав,
правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков
или выплаты компенсации
ISBN 978-5-00101-853-7
○c Лаборатория знаний, 2015
Стр.3
Содержание
Предисловие .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .
Часть 1. Методы получения и морфология систем с пониженной
размерностью . .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .
1.1. Структура аморфных твердых тел . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..
1.1.1. Способы описания аморфной структуры . . . . . . . . . . . .
1.1.2. Экспериментальные результаты исследования некоторых
аморфных структур. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..
1.1.3. Модели аморфной структуры.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .
1.1.4. Дефекты аморфной структуры .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..
1.1.5. Структурная релаксация.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .
1.2. Методы получения систем с пониженной размерностью . . . . . .
1.2.1. Получение структур из газообразного состояния . . . . . .
1.2.2. Получение аморфных структур из жидкого состояния . .
1.2.3. Получение вещества в аморфном состоянии из твердого
кристаллического .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .
1.3. Основные методы получения наногранулированных композитов
металл—диэлектрик .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .
1.4. Морфология наногранулированных композитов . . . . . . . . . . . . .
3
5
5
6
10
18
21
25
30
30
41
55
58
61
1.4.1. Морфология композитов с кристаллическими гранулами 62
1.4.2. Морфология композитов с аморфной структурой гранул 65
1.4.3. Структурные изменения в аморфных гранулированных
композитах принагреве .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .
Литература к части 1 .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .
Часть 2. Электрические свойства наногранулированных композитов
металл—диэлектрик.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..
2.1. Концентрационные зависимости электрического сопротивления
2.1.1. Теорияпротекания . ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .
2.1.2. Экспериментальные зависимости удельного электрического
сопротивления некоторых нанокомпозитов
металл—диэлектрик отсостава. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .
2.1.3. Удельное электрическое сопротивление композитов,
полученных в атмосфере аргона с добавлением азота
в процессе осаждения .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..
2.1.4. Удельное электрическое сопротивление композитов,
полученных в атмосфере аргона с добавлением кислорода
в процессе осаждения .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..
76
77
77
81
84
89
68
71
Стр.350
350
Содержание
2.2. Температурные зависимости проводимости аморфных гранулированных
композитов . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . .
2.2.1. Проводимость в диэлектрическом режиме . . . . . . . . . . .
96
96
2.2.2. Проводимость в металлическом режиме . . . . . . . . . . . . 112
2.2.3. Электрическое сопротивление наногранулированных
композитов при высоких температурах . . . . . . . . . . . . . 116
Литература кчасти2 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . . 130
Часть 3. Магнитные свойства гранулированных композитов
ферромагнетик—диэлектрик.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . . 136
3.1. Свойства магнитных наночастиц. Суперпарамагнетизм . . . . . . . 136
3.2. Процессы намагничивания гранулированных композитов . . . . . 141
3.2.1. Процессы перемагничивания аморфных сплавов
Co41Fe39B20 иCo86Nb12Ta2 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... 141
3.2.2. Процессы перемагничивания аморфных гранулированных
композитов при комнатной температуре . . . . . . . . . 145
3.3. Магнитные свойства аморфных гранулированных композитов
(Co41Fe39B20)x(SiOn)100−x и(Co86Nb12Ta2)x(SiOn)100−x при низких
температурах . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . . 152
3.3.1. Магнитное последействие .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... 152
3.3.2. Термомагнитный гистерезис гранулированных
композитов.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... 156
3.3.3. Магнитный гистерезис при низких температурах . . . . . 160
3.3.4. Концентрационные зависимости константы анизотропии
и коэрцитивной силы нанокомпозитов. Влияние дипольдипольного
взаимодействия .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . . 169
3.3.5. Релаксация остаточной намагниченности в области
низкихтемператур . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . . 172
3.4. Механизмы формирования макроскопической магнитной анизотропии
в композитах ферромагнетик—диэлектрик . . . . . . . . . . . 182
3.4.1. Магнитная анизотропия парного упорядочения атомов
в аморфной ферромагнитной фазе композита . . . . . . . . 182
3.4.2. Магнитострикционная анизотропия . . . . . . . . . . . . . . . . 186
3.4.3. Магнитная анизотропия, обусловленная текстурой
композитов.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... 188
3.5. Высокочастотные магнитные свойства наногранулированных
композитов ферромагнетик—диэлектрик . .. .. .. .. .. .. .. .. . . 192
3.5.1. Концентрационная зависимость магнитной проницаемости
наногранулированных композитов ферромагнетик—диэлектрик
.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... 192
3.5.2. Влияние термической и термомагнитной обработки
на высокочастотные свойства наногранулированных
композитов.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... 198
3.5.3. Частотные зависимости комплексной магнитной
проницаемости.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . . 201
Литература кчасти3 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . . 204
Стр.351
Содержание
351
Часть 4. Гигантское магнитосопротивление гранулированных
композитов металл—диэлектрик .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 212
4.1. Природа магниторезистивного эффекта в наногранулированных
композитах металл—диэлектрик .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 213
4.1.1. Качественная модель туннельного магнитосопротивления
.. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 215
4.1.2. Количественные модели туннельного магнитосопротивления
.. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 217
4.2. Концентрационная зависимость магнитосопротивления . . . . . . . 220
4.3. Корреляция намагниченности и магнитосопротивления
композитов . .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 225
4.4. Влияние охлаждения наногранулированных композитов на величину
магнитосопротивления ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 227
4.5. Зависимость магнитосопротивления наногранулированных композитов
от элементного состава металлической фазы. . . . . . . . . 233
4.5.1. Корреляция магнитосопротивления и магнитострикции
металлической фазы композитов .. .. .. .. .. .. .. .. .. 234
4.5.2. Экваториальный эффект Керра в аморфных наногранулированных
композитах . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 236
4.5.3. Влияние магнитострикции насыщения металлической
фазы на магниторезистивные и магнитооптические свойства
композитов . .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 240
4.6. Роль диэлектрической матрицы и факторы, влияющие на величину
магниторезистивного эффекта . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 241
4.6.1. Влияние термического воздействия на величину
магнитосопротивления .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 242
4.6.2. Влияние условий получения на величину магнитосопротивления
.. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 251
4.7. Аномальное положительное магнитосопротивление наногранулированныхкомпозитовметалл—диэлектрик
.. .. .. .. .. .. .. . 254
4.7.1. Магнитосопротивление гранулированных нанокомпозитов
Co–Al2O3,Co–SiO2 иCo–CaF2 .. .. .. .. .. .. .. .. . 255
4.7.2. Влияние кислорода на положительное магнитосопротивление
.. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 258
4.7.3. Модель положительного магнитосопротивления в наногранулированных
нанокомпозитах металл—диэлектрик. . 260
4.7.4. Влияние температуры на положительное магнитосопротивление
.. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 267
4.7.5. Отсутствие положительного магнитосопротивления
всистеме Co–CaF2 . ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 269
Литература к части 4 .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 270
Стр.352
352
Содержание
Часть 5. Электрические и магнитные свойства многослойных
наноструктур [(Co45Fe45Zr10)35(Al2O3)65/α-Si:H]30 . ... 277
5.1. Концентрационная зависимость удельного электрического
сопротивления многослойных структур композит—полупроводник
.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . . 278
5.2. Низкотемпературные исследования электрической проводимости
многослойной структуры композит—полупроводник . . . . . . . . . 280
5.3. Магниторезистивный эффект в многослойной структуре композит—полупроводник
.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . . 283
5.4. Магнитные свойства многослойной структуры композит—полупроводник..
.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . . 285
Литература кчасти5 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . . 290
Часть 6. Магнитоэлектрические свойства нано- и микрокомпозитов
.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... 292
6.1. Тонкопленочные наногетерогенные магнитоэлектрические композиты
.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . . 298
6.1.1. Концентрационные зависимости электропроводности
идиэлектрической проницаемости.. .. .. .. .. .. .. ... 300
6.1.2. Механизмы электропроводности в композитах . . . . . . . 305
6.1.3. Кристаллизация аморфных материалов . . . . . . . . . . . . . 312
6.1.4. Структурная релаксация в аморфном состоянии . . . . . . 318
6.2. Слоистые магнитоэлектрические композиты . . . . . . . . . . . . . . . 324
6.2.1. Прямой магнитоэлектрический эффект .. .. .. .. .. ... 326
6.2.2. Обратный магнитоэлектрический эффект в двухслойных
композитах.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... 335
Литература кчасти6 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . . 340
Стр.353