«Влияние внешнего магнитного поля и тока на структуру магнитных неоднородностей в наностолбиках» - Курсовая работа

Содержание

ВВЕДЕНИЕ 3

Глава 1. МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА НАНОЧАСТИЦ 5

1.1. Статические магнитные измерения 5

1.2. Модельные представления о магнетизме наночастиц 5

Глава 2. ДЕЙСТВИЕ ВНЕШНЕГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ 10

2.1. Направление вдоль оси анизотропии 12

2.2. Направление перпендикулярно оси анизотропии частицы 12

Глава 3.ВОЗДЕЙСТВИЕ НА МАГНИТНУЮ СТРУКТУРУ НАНОМАТЕРИАЛА.13

3.2. Эффект переноса спина и генерация микроволновых колебаний

в спинвентильной наноструктуре 14

3.3. Физический механизм и математические модели спин-трансферных наноосцилляторов 15

Глава 4. ПРИМЕНЕНИЕ МАГНИТНЫХ НАНОЧАСТИЦ 21

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 24

Литература 25

Введение

Всем знакомо магнитное поле — силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения. Магнитное поле можно назвать особым видом материи, посредством которого осуществляется взаимодействие между движущимися заряженными частицами или телами, обладающими магнитным моментом. Всякое вещество является магнетиком, т.е. способно под воздействием магнитного поля намагничиваться - приобретать магнитный момент М. Этот магнитный момент складывается из элементарных магнитных моментов mo, связанных с отдельными частицами тела М. В настоящее время установлено, что молекулы многих веществ обладают собственным магнитным моментом, обусловленным внутренним движением зарядов. Каждому магнитному моменту соответствует элементарный круговой ток, создающий в окружающем пространстве магнитное поле. При отсутствии внешнего магнитного поля магнитные моменты молекул ориентированы беспорядочно, поэтому обусловленное ими результирующее магнитное поле равно нулю. Равен нулю и суммарный магнитный момент вещества. Последнее относится и к тем веществам, молекулы которых при отсутствии внешнего поля не имеют магнитных моментов. Если же вещество поместить во внешнее магнитное поле, то под действием этого поля магнитные моменты молекул приобретают преимущественную ориентацию в одном направлении, и вещество намагничивается - его суммарный магнитный момент становится отличным от нуля. При этом магнитные поля отдельных молекул уже не компенсируют друг друга, в результате возникает поле B. Иначе происходит намагничивание веществ, молекулы которых при отсутствии внешнего поля не имеют магнитного момента. Внесение таких веществ во внешнее поле индуцирует элементарные круговые токи в молекулах, и молекулы, а вместе с ними и все вещество, приобретают магнитный момент, что также приводит к возникновению поля В1.

Нам необходимо тщательно изучить данное влияние, чтобы в дальнейшем расширить спектр его применения. В этом и проявляется актуальность нашего исследования.

Объект исследования: структура магнитных неоднородностей в наностолбиках.

Предмет исследования: внешнее магнитное поле, ток.

Цель исследования: изучить и объяснить влияние внешнего магнитного поля и тока на структуру магнитных неоднородностей в наностолбиках

Задачи исследования:

• изучение научной литературы;

• объяснить влияние.

Курсовая работа состоит из введения, 4 глав, заключения и списка литературы.

Выдержка из текста работы

Глава 1. МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА НАНОЧАСТИЦ

1.1. Статические магнитные измерения

Стандартными методами, применяемыми в последние годы в большинстве работ при исследовании магнитных свойств образцов, содержащих наночастицы, является измерение кривой намагниченности вплоть до достижения намагниченности насыщения и кривые намагниченности в поле (FC) и без поля (ZFC) вплоть до гелиевых температур. Часто дополнительно измеряют кривую намагниченности в зависимости от приложенного поля при разных температурах. Кроме того, часто используют данные ферромагнитного резонанса и ЭПР, а также сведения о магнетизме, полученные при исследовании мессбауэровских спектров образцов. Вся эта совокупность данных служит основой для создания теоретических представлений об особенностях магнетизма наночастиц.

1.2. Модельные представления о магнетизме наночастиц

В конце 20 века были созданы методы, использующие различные электронные и силовые микроскопы и позволяющие получить “непосредственное” изображение наноразмерных объектов. Поэтому доказательства существования наночастиц долгое время основывались на результатах теоретического анализа необычного поведения физических характеристик различных материалов, таких, например, как ферромагнитные порошки железа, магнитные суспензии железа в ртути, коллоидные и твердые растворы (Cu-Co).

Не будет преувеличением сказать, что интенсивное изучение наночастиц как особого класса объектов началось именно с обнаружения их необычных магнитных свойств. В 1930 году Френкель и Дорфман, используя энергетические соображения, показали, что частицы достаточно малого размера должны быть однодоменными.

В середине 20 века теория однодоменных частиц стала активно разрабатываться, а связанные с ней явления изучаться экспериментально. Эти исследования выявили значительное увеличение коэрцитивной силы при переходе от многодоменной к однодоменной структуре ферромагнетика, что важно для создания постоянных магнитов. Следует уточнить, что термин “однодоменность” не требует обязательной однородной намагниченности по всему объему частицы, а всего лишь предполагает отсутствие доменных стенок. Кроме того, однодоменность еще не является критерием «малости» частицы, с точки зрения заметного проявления специфики ее магнитных характеристик.

Из общих соображений ясно, что свойства наночастиц могут отличаться от свойств массивного материала, причем, чем меньше частица, тем сильнее должно быть такое отличие, чем меньше частицы по размерам, тем на большую эффективную глубину простираются нарушения их регулярной структуры, и, следовательно, величину Dr (толщина в поверхностном слое) можно считать параметром дефектности для магнитных наночастиц. Еще одним замечательным свойством наночастиц, позволившим в середине 20 века обнаружить их в эксперименте, является “суперпарамагнетизм”. Как известно, зависимость магнитного момента парамагнетика от внешнего магнитного поля описывается функцией Бриллюэна

(1)

В аргумент входит эффективный магнитный момент рэфф. носителя магнетизма (атома, молекулы, частицы). Чем больше магнитный момент частицы, тем меньшее магнитное поле Hнас. требуется для наблюдения явления насыщения намагниченности. В грубом приближении поле Hнас. можно оценить по формуле рэффHнас » kБT.

(2)

Явление насыщения кривой намагниченности бриллюэновского типа в небольших (по меркам обычной лаборатории) полях » 0.1Т получило название “суперпарамагнетизма”, а материал, проявляющий такие свойства – “суперпарамагнетиком”. В простейшем варианте этой модели рассматривается система N невзаимодействующих идентичных частиц с магнитным моментом mэфф. Поскольку магнитный момент частицы предполагается большим, взаимодействие с магнитным полем H рассчитывается без учета квантовых эффектов. В случае изотропных частиц равновесная намагниченность системы описывается формулой Ланжевена:

(3)

В формуле (3) предполагается, что частицы магнитно изотропны, т.е. для магнитного момента частицы все направления энергетически эквивалентны. Практически всегда встречается обратный случай. Происхождение магнитной анизотропии может быть различным. Различают кристаллическую магнитную анизотропию, анизотропию формы, анизотропию, связанную с внутренними напряжениями и внешними воздействиями, обменную анизотропию. Для наночастиц особую роль играет поверхностная анизотропия.

Заключение

Изучив научную литературу, мы объяснили влияние внешнего магнитного поля и тока на структуру магнитных неоднородностей в наностолбиках и его применение. А так же в заключение, стоит отметить следующее. Не секрет, что сейчас модный ярлычок «нано-» приклеивается сейчас повсеместно, но само по себе наличие структуры с характерным размером 1-100 нм и менее еще не является нанотехнологией в подлинном смысле, поскольку отражает лишь количественную, а не качественную сторону явлений. Так 45-нм технология освоенная микроэлектроникой является лишь очередным шагом на пути масштабирования, физические же принципы, лежащие в основе их действия, остаются неизменными.

Список литературы

1. Барьяхтар, В.Г., Иванов, Б.А. В мире магнитных доменов: Учебное пособие для вузов – М.: В.Г. Барьяхтар, Б.А. Иванов «Наукова думка»- 1986. с.58.

2. Звездин, А.К., Хвальковский, А.В. Обобщенное уравнение Ландау Лифшица и процессы переноса спинового момента в магнитных наноструктурах - Высшая школа - M.:.К. Звездин, А.В. Хвальковский УФН- 2008. - Т. 178. - № 4, с 436…442.

3. Каганова, М.И., Цукерник, В.М., Природа магнетизма: Учебное пособие для вузов – М.: М.И. Каганова, В.М. Цукерник-1982.-с.84

4. Корнеев, В.И., Попков, А.Ф., Чиненков, М.Ю. Стационарные состояния намагниченности тонкого магнитного слоя наностолбчатой многослойной структуры при действии спин-поляризованного тока и магнитного поля – M.: В.И. Корнеев, А.Ф. Попков, М.Ю. Чиненков ФТТ.-2009.-Т. 51, с. 1…118.

5. Попков, А.Ф., Звездин, К.А., Чиненков, М.Ю. и др. Спиновый транспорт и проблемы магнитной оперативной памяти (MRAM) А.Ф. Попков, К.А. Звездин, М.Ю. Чиненков и др Инженерная физика.-2012.- № 9. с. 19…34.