РЕФЕРАТ

РЕФЕРАТ
Отчет о научно-исследовательсой работе состоит из 8 разделов, 9 подразделов, 22
рисунков, 17 формул и 16 источников. Общий объем 57 страниц.
Ключевые слова: пленки оксида алюминия с упорядоченной системой пор,
самоорганизованные структуры, металлические наноструктуры на основе Ni и Co,
малоугловая дифракция нейтронного и синхротронного излучений.
Наименование этапа: «Исследование структурных и магнитных характеристик
мезопористых пленой диоксида алюминия и нанокомпозитов на их основе методами
малоугловой дифракции нейтронного и синхротронного излучений».
Объекты исследования. В качестве объектов исследования в работе представлены
пористые матрицы с упорядоченным расположением каналов на основе пленок анодного
оксида алюминия и металлические наноструктуры Ni и Co на основе этих матриц.
Цель и задачи проекта. Исследовать структурные и магнитные свойства
наночастиц Ni и Co в матрицах пористого оксида алюминия и упорядоченных
полистирольных микросфер предлагаемыми методами.
Проанализировать 1) регулярность пространственного распределения пор в объеме
матрицы; 2) степень заполнения пор наночастицами; 3) размеры нанонитей внутри пор и
параметры анизотропии; 4) степень кристаллизации наночастиц; 5) состояние межфазной
границы матрица/наночастица; 6) магнитные свойства наночастиц в зависимости от
величины внешнего магнитного поля и температуры.
Разработать модели получения магнитных наносистем с контролируемыми
свойствами и способы их аттестации.
Методология проведения НИР. В работе используется согласованный набор
дифракционных методов, включающий в себя малоугловое рассеяние поляризованных
нейтронов и ультрамалоугловое рассеяние синхротронного излучения. Предложенные
методологические подходы универсальны и могут быть использованы для аттестации и
исследования топологии и магнитных свойств различных пористых матриц и
заполняющих их веществ.
Для нужд наноэлектроники современное материаловедение работает над созданием
массивов упорядоченных наночастиц с контролируемыми свойствами и размерностью.
Круг материалов, обладающих пространственным упорядочением пор в объеме вещества,
невелик. Он включает (по мере увеличения размеров пор): супрамолекулярные
материалы, цеолиты, мезопористые молекулярные сита, мезопористые структуры на
основе блоксополимеров и пленки пористого оксида алюминия. Одной из наиболее
перспективных матриц для формирования магнитных наноструктур контролируемой
анизотропии в пористых системах, на наш взгляд, является матрица пористого оксида
алюминия. Структура пленок пористого оксида алюминия может быть представлена как
система упорядоченных пор с плотнейшей гексагональной упаковкой. При этом поры
располагаются перпендикулярно поверхности подложки, а их диаметр, равно как и
расстояние между соседними порами, можно варьировать в широких пределах.
Технология получения пористого оксида алюминия и использование анодированного
алюминия в качестве защитных оксидных покрытий имеет долгую историю, однако
фундаментальные исследования процессов самоорганизации наноструктур в матрице
пористого оксида алюминия начались значительно позже – около 10 лет назад. Недавний
всплеск интереса к исследованию пористого оксида алюминия связан с открытием
профессоров Х. Масуда и К. Фукуда (H. Masuda, K. Fukuda). В 1995 году они
продемонстрировали
самоупорядоченной
возможность
пористой
получения
структурой
с
пленок
помощью
оксида
алюминия
двухстадийного
с
анодного
окисления. Уникальная пористая структура, параметры которой (диаметр, длина и
расстояние между соседними порами) можно варьировать в процессе синтеза позволяет
использовать пленки пористого оксида алюминия в качестве неорганических мембран,
темплатирующего материала для синтеза нанонитей или нанотрубок с контролируемым
диаметром и высокой геометрической анизотропией. Последние достижения наносборки с
использованием пористого оксида алюминия включают применение наноматериалов на
его основе в качестве магнитных устройств хранения информации с высокой плотностью
записи,
функциональных
наносистем,
демонстрирующих
эффекты
размерного
квантования, высокочувствительных химических сенсоров, электронных устройств
нанометровых размеров и биохимических мембран. Таким образом, использование
пористого оксида алюминия в качестве матрицы для синтеза наноматериалов открывает
широкие возможности использования последних в в различных отраслях науки и техники.
Тем
не
менее,
пока
остаются
нерешенными
такие
проблемы,
как
степень
пространственного упорядочения магнитных элементов (параметр разориентации не
должен превышать 10 % на площади 1см2), разработка методов аттестации структурных и
иных свойств нанокомпозитов физическими методами, способы контроля поверхности
наночастиц на границе поры, контролируемое заполнение пор матрицы веществом
внедрения и степень кристаллизации наночастиц.
Для анализа структуры пористых пленок анодированного оксида алюминия, а
также изучения процесса упорядочения в процессе их образования наиболее часто
используются методы сканирующей электронной или зондовой микроскопии. Однако
наряду с достоинствами (экспрессность и относительная доступность) данные методы
анализа обладают и существенными недостатками: 1) локальность получаемой
информации, 2) плохая статистика при необходимости анализа структуры по всему
объему материала, 3) деструктивные методы анализа - невозможность анализа пористой
структуры пленок по всей их толщине не разрушая образец. Все эти недостатки могут
быть преодолены используя дифракционные методы, которые позволяют получить
информацию о структуре усредненную по макроскопическому объему образца, а также
позволяющие исследовать не только локальное окружение пор, но и дальний порядок.
В результате выполненных работ
на втором этапе был осуществлен
прецизионный анализ металлических наноструктур на основе Ni и Co на мезо- и наномасштабах с использованием дифракции синхротронного излучения и малоуглового
рассеяния поляризованных нейтронов. Показано, что для двумерного массива магнитных
нанонитей наблюдается сложный характер их магнитной структуры, как для поля
приложенного параллельно, так и перпендикулярно оси нанонити. При приложении поля
перпендикулярно оси нанонити в полностью намагниченном образце вокруг каждой нити
появляются размагничивающие поля, которые образуют регулярную гексагональную
решетку
в
дополнение
к
системе
полностью
намагниченных
нанонитей
с
намагниченностью, коллинеарной внешнему магнитному полю. Сделано заключение о
том, что картина магнитного и интерференционного рассеяния нейтронов для магнитных
нанонитей не может быть описана без учёта регулярной в пространстве системы
размагничивающих полей.