отчет о научно-исследовательсой работе состоит из 8 разделов, 9 подразделов, 22 рисунков, 17 формул и 16 источников. Общий объем 57 страниц

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 професс

оров Х. Масуда и К. Фукуда (H. Masuda, K. Fukuda). В 1995 году они продемонстрировали возможность получения пленок оксида алюминия с самоупорядоченной пористой структурой с помощью двухстадийного 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 нано- масштабах 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.