Издателям
Вышедшие номера
Аномальный магнетизм поверхности нанокристаллических оксидов TiO2
Российский научный фонд, Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами, 16-12-10004
Ермаков А.Е. 1, Уймин М.А.1, Королев А.В.1, Волегов А.С.1, Бызов И.В.1, Щеголева Н.Н.1, Минин А.С.1
1Институт физики металлов им. М.Н. Михеева УрО РАН, Екатеринбург, Россия
Email: yermakov@imp.uran.ru
Поступила в редакцию: 8 августа 2016 г.
Выставление онлайн: 17 февраля 2017 г.

Выполнены исследования магнитных свойств кислород-дефицитного нанокристаллического недопированного диоксида титана, синтезированного газофазным, электровзрывным и химическим методами. Дефектное состояние контролировалось с помощью восстановительных обработок в вакууме или в среде водорода. Показано, что дефектное состояние поверхности нанокристаллических оксидов (например, наличие вакансий по анионной подрешетке и других дефектов) оказывает доминирующее влияние на формирование магнитных свойств исследуемых образцов. Основные вклады в магнетизм наночастиц TiO2 после восстановительных обработок --- это парамагнитный вклад матрицы, парамагнитный вклад Кюри-Вейсса и вклад спонтанного магнитного момента, обусловленного существованием областей с различным спиновым порядком. Установлено существование гетерогенного магнитного состояния в нанопорошках TiO2; так при низкой температуре обнаружены смещенные петли гистерезиса, как результат возможного набора магнитных состояний с различным спиновым порядком. Показано, что мягкое компактирование или растирание нанопорошков в агатовой ступке, при котором увеличивается только доля контактирующих поверхностей нанопорошков, приводит к существенному росту намагниченности, иногда более чем в 2 раза, независимо от метода синтеза нанопорошков и исходного фазового состояния TiO2 (структура анатаза или рутила). Этот экспериментальный факт доказывает ключевую роль поверхностных дефектов и носителей магнитного момента с различными спиновыми конфигурациями, локализованных в основном на поверхности наночастиц. Изменение намагниченности при компактировании наблюдается только в том случае, когда исходное магнитное состояние имеет нелинейный "квазисуперпарамагнитный" характер кривой намагничивания. В результате, преимущественно, обменного взаимодействия между наночастицами с фрустрированным характером спинового упорядочения на поверхности наночастиц усиливается ферромагнитный вклад при их контакте. Выражаем благодарность Российскому научному фонду за финансовую поддержку исследований (грант N 16-12-10004). Электронно-микроскопические исследования проводились в ЦКП ОЭМ ИФМ УрО РАН. DOI: 10.21883/FTT.2017.03.44154.324
  • M. Venkatesan, C.B. Fitzgerald, J.M.D. Coey. Nature 430, 630 (2004)
  • A. Sundaresan, C.N.R. Rao. Nano Today 4, 96 (2009)
  • P. Dutta, M.S. Seehra, Y. Zhang, I. Wender. J. Appl. Phys. 103, 07D104 (2008)
  • G. Han, S. Hu, S. Yan, L. Mei. Phys. Status Solidi (RRL) 3, 148 (2009)
  • M. Stoneham. J. Phys.: Condens. Matter 22, 074211 (2010)
  • C. Sudakar, P. Kharel, R. Suryanarayanan, J.S. Thakur, V.M. Naik, R. Naik, G. Lawes. J. Magn. Magn. Mater. 320, L31 (2008)
  • N.H. Hong, J. Sakai, N. Poirot, V. Brize. Phys. Rev. B 73, 132404 (2006)
  • А.Е. Ермаков, М.А. Уймин, А.В. Королев, К.Н. Михалев, А.Н. Пирогов, А.Е. Теплых, Н.Н. Щеголева, В.С. Гавико, И.В. Бызов, В.В. Майков. ФТТ 57, 283 (2015)
  • M. Gratzel. J. Photochem. Photobiol. A 164, 3 (2004)
  • K. Yang, Y. Dai, B. Huang, Y.P. Feng. Phys. Rev. B 81, 033202 (2010)
  • A.K. Rumaiz, B. Ali, A. Ceylan, M. Boggs, T. Beebe, S.I. Shah. Solid State Commun. 144, 334 (2007)
  • S. Zhou, E. vCivzmar, K. Potzger, M. Krause, G. Talut, M. Helm, J. Fassbender, S.A. Zvyagin, J. Wosnitza, H. Schmidt. Phys. Rev. B 79, 113201 (2009)
  • М.А. Коротин, Н.А. Скориков, В.М. Зайнуллина, Э.З. Курмаев, А.В. Лукоянов, В.И. Анисимов. Письма в ЖЭТФ 94, 884 (2011)
  • A.N. Morozovska, E.A. Eliseev, M.D. Glinchuk, R. Blinc. Physica B 406, 1673 (2011)
  • F. Wang, Z. Pang, L. Lin, S. Fang, Y. Dai, S. Han. Phys. Rev. B 80, 144424 (2009)
  • M.K. Nowotny, L.R. Sheppard, T. Bak, J. Nowotny. J. Phys. Chem. C 112, 5275 (2008)
  • D.J. Payne, E.A. Marquis. Chem. Mater. 23, 1085 (2011)
  • S. Ghosh, G.G. Khan, K. Mandal, A. Samanta, P.M.G. Nambissan. J. Phys. Chem. C 117, 8458 (2013)
  • B. Choudhury, A. Choudhury. J. Appl. Phys. 114, 203906 (2013)
  • A. Sundaresan, C.N.R. Rao. Nano Today 4, 96 (2009)
  • M. Wang, M. Feng, X. Zuo. Appl. Surf. Sci. 292, 475 (2014)
  • B.B. Straumal, A.A. Mazilkin, S.G. Protasova, A.A. Myatiev, P.B. Straumal, G. Schutz, P.A. van Aken, E. Goering, B. Baretzky. Phys. Rev. B 79, 205206 (2009)
  • R.H. Kodama, A.E. Berkowitz, E.J. McNiff, jr., S. Foner. Phys. Rev. Lett. 77, 394 (1996)
  • R.H. Kodama, A.E. Berkowitz, E.J. McNiff, jr., S. Foner. J. Appl. Phys. 81, 5552 (1997)
  • E. Tronc, A. Ezzir, R. Cherkaoui, C. Chaneac, M. Nogu\` es, H. Kachkachi, D. Fiorani, A.M. Testa, J.M. Gren\`eche, J.P. Jolivet. J. Magn. Magn. Mater. 221, 63 (2000)
  • H. Gleiter, Th. Schimmel, H. Hahn. Nano Today 9, 17 (2014)
  • P. Yu, Y.H. Chu, R. Ramesh. Mater. Today 15, 320 (2012)
  • J.M.D. Coey, Ariando, W.E. Pickett. MRS Bulletin 38, 1040 (2013)
  • J. Mannhart, D.G. Schlom. Sci. 327, 1607 (2010)
  • А.Е. Ермаков, М.А. Уймин, А.В. Королев, К.Н. Михалев, А.Н. Пирогов, А.Е. Теплых, Н.Н. Щеголева, В.С. Гавико, И.В. Бызов, В.В. Майков. ФТТ 157, 283 (2015)
  • В.А. Цурин, А.Е. Ермаков, М.А. Уймин, А.А. Мысик, Н.Н. Щеголева, В.С. Гавико, В.В. Майков. ФТТ 56, 287 (2014)
  • Ю.А. Котов, А.В. Багазеев, И.В. Бекетов, А.М. Мурзакаев, О.М. Саматов, А.И. Медведев, Н.И. Москаленко, О.Р. Тимошенкова, Т.М. Демина, А.К. Штольц. ЖТФ 75, 39 (2005)
  • В.Б. Выходец, Т.Е. Куренных, А.Е. Ермаков, И.В. Бекетов, А.В. Багазеев, В.С. Гавико, М.В. Кузнецов, А.И. Медведев, М.А. Уймин, К.И. Шабанова, Н.Н. Щеголева. Рос. нанотехнологии 8, 57 (2013)
  • X. Yu, Z. Zhan, J. Rong, Z. Liu, L. Li, J. Liu. Chem. Phys. Lett. 600, 43 (2014)
  • J. Bisquert, F. Fabregat-Santiago, I. Mora-Sero, G. Garcia-Belmonte, E.M. Barea, E. Palomares. Inorgan. Chimica Acta 361, 684 (2008)
  • I. Abayev, A. Zaban, V.G. Kytin, A.A. Danilin, G. Garcia-Belmonte, J. Bisquert. J. Solid State Electrochem. 11, 647 (2007)
  • M.K. Nowotny, L.R. Sheppard, T. Bak, J. Nowotny. J. Phys. Chem. C 112, 5275 (2008)
  • T. Bak, J. Nowotny, M.K. Nowotny. J. Phys. Chem. B 110, 21560 (2006)
  • S.H. Kang, J.Y. Kim, Y.E. Sung. Electrochimica Acta 52, 5242 (2007)
  • K. Zhu, N. Kopidakis, N.R. Neale, J. van de Lagemaat, A.J. Frank. J. Phys. Chem. B 110, 25174 (2006)
  • S. Lakkis, C. Schlenker, B.K. Chakraverty, R. Buder, M. Marezio. Phys. Rev. B 14, 1429 (1976)
  • M. Reece, R. Morrell. Proc. R. Soc. London A 384, 135 (1982)
  • L.A. Bursill, M.G. Blanchin, D.J. Smith. Proc. R. Soc. London A 391, 351 (1984)
  • M.G. Blanchin, L.A. Bursill, D.J. Smith. Proc. R. Soc. London A 391, 373 (1984)
  • L.A. Bursill, M.G. Blanchin, D.J. Smith. Acta Cryst. B 40, 237 (1984)
  • M.G. Blanchin, L.A. Bursill, D.J. Smith. Proc. R. Soc. London. Ser. A, Mathem. Phys. Sci. 391, 351 (1984)
  • S.G. Park, B. Magyari-Kope, Y. Nishi. IEEE Electron Dev. Lett. 32, 197 (2011)
  • D.H. Kwon, K.M. Kim, J.H. Jang, J.M. Jeon, M.H. Lee, G.H. Kim, X.S. Li, G.S. Park, B. Lee, S. Han, M. Kim, C.S. Hwang. Nature Nanotechnology 5, 148 (2010)
  • X. Zhong, I. Rungger, P. Zapol, O. Heinonen. Phys. Rev. B 91, 115143 (2015)
  • X. Wei, R. Zhou, B. Balamurugan, R. Skomski, X.C. Zeng, D.J. Sellmyer. Nanoscale 4, 7704 (2012)
  • A.P. Malozemoff. J. Appl. Phys. 63, 3874 (1988)
  • B. Marti nez, X. Obradors, Ll. Balcells, A. Rouanet, C. Monty. Phys. Rev. Lett. 80, 5 (1998)
  • W.H. Meiklejohn, C.P. Bean. Phys. Rev. 105, 904 (1957)
  • K. Zhang, D.R. Fredkin. J. Appl. Phys. 79, 5762 (1996)
  • L. Neel. Compt. Rend. 237, 1468 (1953)
  • U. Gradmann. J. Magn. Magn. Mater. 54--57, 733 (1986).
  • Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.

    Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.