Вышедшие номера
Home » Физика твердого тела » Год 2017, выпуск 3 » Статья стр. 458
<<<>>>
Аномальный магнетизм поверхности нанокристаллических оксидов TiO2
DOI: 10.21883/FTT.2017.03.44154.324
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 Уральского отделения Российской академии наук, Екатеринбург, Россия
Email: yermakov@imp.uran.ru
Поступила в редакцию: 8 августа 2016 г.
Выставление онлайн: 17 февраля 2017 г.
PDF версия
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
  1. M. Venkatesan, C.B. Fitzgerald, J.M.D. Coey. Nature 430, 630 (2004)
  2. A. Sundaresan, C.N.R. Rao. Nano Today 4, 96 (2009)
  3. P. Dutta, M.S. Seehra, Y. Zhang, I. Wender. J. Appl. Phys. 103, 07D104 (2008)
  4. G. Han, S. Hu, S. Yan, L. Mei. Phys. Status Solidi (RRL) 3, 148 (2009)
  5. M. Stoneham. J. Phys.: Condens. Matter 22, 074211 (2010)
  6. C. Sudakar, P. Kharel, R. Suryanarayanan, J.S. Thakur, V.M. Naik, R. Naik, G. Lawes. J. Magn. Magn. Mater. 320, L31 (2008)
  7. N.H. Hong, J. Sakai, N. Poirot, V. Brize. Phys. Rev. B 73, 132404 (2006)
  8. 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)
  9. M. Gratzel. J. Photochem. Photobiol. A 164, 3 (2004)
  10. K. Yang, Y. Dai, B. Huang, Y.P. Feng. Phys. Rev. B 81, 033202 (2010)
  11. A.K. Rumaiz, B. Ali, A. Ceylan, M. Boggs, T. Beebe, S.I. Shah. Solid State Commun. 144, 334 (2007)
  12. 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)
  13. М.А. Коротин, Н.А. Скориков, В.М. Зайнуллина, Э.З. Курмаев, А.В. Лукоянов, В.И. Анисимов. Письма в ЖЭТФ 94, 884 (2011)
  14. A.N. Morozovska, E.A. Eliseev, M.D. Glinchuk, R. Blinc. Physica B 406, 1673 (2011)
  15. F. Wang, Z. Pang, L. Lin, S. Fang, Y. Dai, S. Han. Phys. Rev. B 80, 144424 (2009)
  16. M.K. Nowotny, L.R. Sheppard, T. Bak, J. Nowotny. J. Phys. Chem. C 112, 5275 (2008)
  17. D.J. Payne, E.A. Marquis. Chem. Mater. 23, 1085 (2011)
  18. S. Ghosh, G.G. Khan, K. Mandal, A. Samanta, P.M.G. Nambissan. J. Phys. Chem. C 117, 8458 (2013)
  19. B. Choudhury, A. Choudhury. J. Appl. Phys. 114, 203906 (2013)
  20. A. Sundaresan, C.N.R. Rao. Nano Today 4, 96 (2009)
  21. M. Wang, M. Feng, X. Zuo. Appl. Surf. Sci. 292, 475 (2014)
  22. 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)
  23. R.H. Kodama, A.E. Berkowitz, E.J. McNiff, jr., S. Foner. Phys. Rev. Lett. 77, 394 (1996)
  24. R.H. Kodama, A.E. Berkowitz, E.J. McNiff, jr., S. Foner. J. Appl. Phys. 81, 5552 (1997)
  25. 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)
  26. H. Gleiter, Th. Schimmel, H. Hahn. Nano Today 9, 17 (2014)
  27. P. Yu, Y.H. Chu, R. Ramesh. Mater. Today 15, 320 (2012)
  28. J.M.D. Coey, Ariando, W.E. Pickett. MRS Bulletin 38, 1040 (2013)
  29. J. Mannhart, D.G. Schlom. Sci. 327, 1607 (2010)
  30. 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)
  31. 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)
  32. 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)
  33. 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)
  34. X. Yu, Z. Zhan, J. Rong, Z. Liu, L. Li, J. Liu. Chem. Phys. Lett. 600, 43 (2014)
  35. J. Bisquert, F. Fabregat-Santiago, I. Mora-Sero, G. Garcia-Belmonte, E.M. Barea, E. Palomares. Inorgan. Chimica Acta 361, 684 (2008)
  36. I. Abayev, A. Zaban, V.G. Kytin, A.A. Danilin, G. Garcia-Belmonte, J. Bisquert. J. Solid State Electrochem. 11, 647 (2007)
  37. M.K. Nowotny, L.R. Sheppard, T. Bak, J. Nowotny. J. Phys. Chem. C 112, 5275 (2008)
  38. T. Bak, J. Nowotny, M.K. Nowotny. J. Phys. Chem. B 110, 21560 (2006)
  39. S.H. Kang, J.Y. Kim, Y.E. Sung. Electrochimica Acta 52, 5242 (2007)
  40. K. Zhu, N. Kopidakis, N.R. Neale, J. van de Lagemaat, A.J. Frank. J. Phys. Chem. B 110, 25174 (2006)
  41. S. Lakkis, C. Schlenker, B.K. Chakraverty, R. Buder, M. Marezio. Phys. Rev. B 14, 1429 (1976)
  42. M. Reece, R. Morrell. Proc. R. Soc. London A 384, 135 (1982)
  43. L.A. Bursill, M.G. Blanchin, D.J. Smith. Proc. R. Soc. London A 391, 351 (1984)
  44. M.G. Blanchin, L.A. Bursill, D.J. Smith. Proc. R. Soc. London A 391, 373 (1984)
  45. L.A. Bursill, M.G. Blanchin, D.J. Smith. Acta Cryst. B 40, 237 (1984)
  46. M.G. Blanchin, L.A. Bursill, D.J. Smith. Proc. R. Soc. London. Ser. A, Mathem. Phys. Sci. 391, 351 (1984)
  47. S.G. Park, B. Magyari-Kope, Y. Nishi. IEEE Electron Dev. Lett. 32, 197 (2011)
  48. 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)
  49. X. Zhong, I. Rungger, P. Zapol, O. Heinonen. Phys. Rev. B 91, 115143 (2015)
  50. X. Wei, R. Zhou, B. Balamurugan, R. Skomski, X.C. Zeng, D.J. Sellmyer. Nanoscale 4, 7704 (2012)
  51. A.P. Malozemoff. J. Appl. Phys. 63, 3874 (1988)
  52. B. Marti nez, X. Obradors, Ll. Balcells, A. Rouanet, C. Monty. Phys. Rev. Lett. 80, 5 (1998)
  53. W.H. Meiklejohn, C.P. Bean. Phys. Rev. 105, 904 (1957)
  54. K. Zhang, D.R. Fredkin. J. Appl. Phys. 79, 5762 (1996)
  55. L. Neel. Compt. Rend. 237, 1468 (1953)
  56. 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.

Учредители

Издатель

© 2024 Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Powered by webapplicationthemes.com - High quality HTML Theme