Новые функциональные магнитные материалы и гибридные структуры. Поиск, синтез, исследование

Методом импедансной спектроскопии была исследована структура на основе кремния, легированная Ga с помощью ионной имплантации. Обнаружено, что в имплантированном образце уровень бора остается прежним (42мэВ), а уровень Ga имеет энергию 69,4мэВ, что близко к литературным данным. В образце, отожженном при 1000 °C, наблюдается два уровня, ни один из которых не соответствует литературным значениям для бора и галлия. Таким образом, показана возможность обнаружения примесных уровней в ионно-имплантированном кремнии методом импедансной спектроскопии даже при отсутствии последующего отжига. Более того, как уровень B, так и Ga показывает чувствительность к магнитному полю. В магнитном поле эти уровни увеличиваются на 3 мэВ для B и 2 мэВ для Ga, что вызывает эффект магнитосопротивления (МС). Было продемонстрировано, что эффект МС, обусловленный примесными и интерфейсными состояниями, можно регулировать с помощью ионной имплантации и выбора допирующей примеси. Предложен процесс и синтезированы тонкие пленки сплава Гейслера Fe1-xMnxSi, полученного с помощью напыления и последующего термического отжига. В ходе отработки технологии был использован метод градиентного осаждения для получения и настройки необходимой стехиометрии. Структурная характеризация показала хорошую точность, повторяемость и масштабируемость разработанного метода. Магнитометрия с помощью МОКЕ показала ферромагнитное упорядочение при комнатной температуре. Посредством исследования электронных транспортных свойств, установлена работоспособность изготовленных на основе пленок устройств. Приведены результаты исследований наведенной магнитной анизотропии пленок Со-Р толщиной ~30 nm, полученных химическим осаждением из водных растворов в постоянном магнитном поле напряжённостью 2.5 кЭ. Установлено, что в ряду рН от 7.2 до 9.3 можно выделить две особые области, характеризующиеся осаждением в них пленок с качественно различающимися параметрами. Были проведены магниторезонансные исследования трехслойных магнитных пленок. Обнаружено, что независимо от толщины немагнитного слоя межслоевое взаимодействие является ферромагнитным. На интерфейсе между слоями кобальта и никеля образуется перпендикулярная анизотропия. Есть основания считать, что межслоевое взаимодействие является дальнодействующим, что не характерно для систем с металлическими немагнитными прослойками. Экспериментально показано, что плазмохимический синтез наноструктур (фуллеренов и ЭМФ) в равновесной плазме дуговых разрядов как постоянного, так и ВЧ тока, в присутствии магниного поля приводит к их различному фазовому составу. Установлено, что диффузный характер разряда соответствует более высокому содержанию фуллеренов в фуллереносодержащей саже. Разработана эффективная методика обогащения фуллереновой смеси высшими и эндоэдральными фуллеренами методом механической экстракции с применением кислот Льюиса. Предложена методика синтеза частиц с двумя оболочками путем внесения термически нестабильного металлоорганического комплекса – ацетилацетоната металла. Синтезированы частицы (Mg@С)@Pd, имеющих две оболочки (углеродную и палладиевую). Синтезирован композитный материал на основе диэлектрических высококристаллических частиц алмаза поверхностно модифицированных кластерами никеля. Характерный размер частиц -150 нм, а толщина покрытия составляет 20-50 нм. Групповым методом из раствора-расплава на основе тримолибдата висмута был выращен скандоборат NdSc3(BO3)4. Впервые были исследованы его калорические свойства в диапазоне температур 2–300 K и магнитных полях до 9 T. Экспериментальная кривая была аппроксимирована комбинированной моделью Дебая–Эйнштейна, проведены первопринципные расчеты решеточного вклада. Раствор-расплавным методом были выращены монокристаллы Cu2Ga1-xMnxBO5. Были исследованы магнитные и калорические свойства. Показано, что природа и тип упорядочения для соединений с разным содержанием марганца различны: наблюдается комплексная трансформация магнитного состояния от частично упорядоченной антиферромагнитной структуры к комбинированной системе, включающей спиновое стекло и частичное упорядочение в Cu2Ga0.32Mn0.68BO5 с появлением магнитной анизотропии. Методом оптической зонной плавки выращены ортоферриты гольмия HoFeO3 c замещением части железа на хром, кобальт и марганец. Экспериментально установлены пределы растворимости замещающих элементов, которые оказались ниже 10%. Установлено, что даже такие небольшие добавки существенно (до 100 К) увеличивают температуру спин-переориентационного перехода в таких замещенных ортоферритах. Это открывает новые возможности по управлению магнитными свойствами таких систем. Методом твердофазного синтеза получено новое магнитное соединение NaNiFe2(VO4)3, охарактеризованное методами рентгеновской дифракции, гамма-резонанса и магнитометрии. Исследование температурных и полевых зависимостей намагниченности показало, что допирование ромбиче¬ского антиферромагнетика Pb2Fe2Ge2O9 сильноанизотропными ионами Mn3+ привело к тому, что вектор антиферромагнетизма в Pb2Fe1.6Mn0.4Ge2O9 переориентировался от оси с к оси b. В Mn-замещенном кристалле наблюдается магнитодиэлектрический отклик при ориентационном переходе в поле H||c в три раза сильнее, чем в чистом Pb2Fe2Ge2O9. Исследованы магнитные свойства наночастиц ε-Fe2O3 в матрице SiO2 (силикагель, ксерогель SiO2) размеров от 3-х до 8 nm, а также наночастиц кобальтового феррита CoFe2O4 со средним размером частиц ~ 6 nm. Для ε-Fe2O3 в окрестности температуры 50 K наблюдается аномалия, сопровождающаяся температурным гистерезисом намагниченности в области температур 50–90 K. Это указывает на существование ещё одного магнитного перехода в ε-Fe2O3 (помимо широко обсуждаемого перехода в области 80–150 K), проявляющегося только в достаточно большом внешнем магнитном поле. Для CoFe2O4 полученное значение константы эффективной магнитной анизотропии (K = 5.7 × 106erg/cm3) на порядок превышает величину K для объёмного кобальтового феррита, что указывает на яркий поверхностный эффект – значительный вклад поверхностной магнитной анизотропии.