В рамках решения задач проекта по исследованию свойств магнитных наночастиц, приготовленных различными методами, и влияния на них морфологии и кристаллической структуры нами было проведено изучение наночастиц Fe и Fe-Cu, изготовленных методом вакуумного термического испарения. Анализ экспериментальных результатов позволил выявить взаимосвязь кристаллической структуры, морфологии и магнитных свойств. Данные о величине намагниченности и магнитной анизотропии, полученные в температурном диапазоне от 77 до 350 К с помощью вибрационной магнитометрии, согласуются с параметрами кристаллической структуры, химическим составом и морфологией, полученными, соответственно, с помощью дифракции рентгеновских лучей, Оже-спектроскопии и сканирующей электронной микроскопии. С целью изучения влияния различных сред, в которые помещены наночастицы, на их поведение в магнитном поле и физические свойства, были проведены экспериментальные исследования различных композиционных материалов - феррожидкостей, магнитореологических эластомеров, а также металлических и биметаллических наночастиц со структурой 'ядро-оболочка' (оболочечные наночастицы).

Результаты исследований феррожидкостей на основе Fe₃O₄ в тяжелой воде показывают увеличение намагниченности с понижением температуры. На основе экспериментальных кривых намагничивания, измеренных при 300 К, нами были рассчитаны параметры и функция размерного распределения в модели Ланжевена в предположении о логнормальном распределении диаметров частиц. Данный подход был применен и для получения размерного распределения и при 80 К, где условия модели Ланжевена не выполняются. Сравнение двух распределений показывает увеличение среднего магнитного диаметра частиц и существенное сужение распределения при понижении температуры. Данный эффект может быть следствием увеличения среднего объема ферромагнитного ядра наночастиц с понижением температуры. Предложенная оболочечная модель подразумевает парамагнитное состояние поверхностного слоя при комнатной температуре, которое сменяется ферримагнитно упорядоченным при понижении температуры. Следствием такого перехода является увеличение среднего объема магнитного ядра частиц.

Нами было проведено исследование магнитореологических эластомеров на основе порошков Fe, FeNdB и Fe₃O₄ с различным размером частиц и концентрацией. Было установлено, что не только магнитная восприимчивость, но и диэлектрическая проницаемость в значительной мере меняется под действием внешнего магнитного поля - нами наблюдалось изменение величины проницаемости вплоть до 150% - гигантский магнитодиэлектрический эффект. Полевая зависимость динамической диэлектрической проницаемости имеет существенно нелинейный характер. Наблюдается значительная анизотропия динамической диэлектрической проницаемости по отношению к взаимной ориентации постоянного магнитного поля и переменного электрического поля.

Нами было показано, что важнейшими факторами, определяющими полевую зависимость проницаемости, являются намагниченность насыщения и коэрцитивная сила. Кроме того, существенное влияние на характер влияния поля оказывает размер частиц порошка-наполнителя, его концентрация, а также удельная проводимость материала. В рамках выполнения работы были рассмотрены механизмы, определяющие природу и характер влияния внешнего магнитного поля на изученные физические свойства. Показано, что магнитоэластики на основе различных магнитных материалов могут рассматриваться в качестве перспективных материалов с управляемыми магнитным полем свойствами.

Для исследования влияния различных сред на свойства наночастиц было осуществлено экспериментальное исследование биметаллических оболочечных наночастиц Fe_xRh_1-x (x=50, 80) методами спектроскопии ферромагнитного резонанса (ФМР) и рентгеновского магнитного кругового дихроизма (РМКД). Анализ температурной зависимости интенсивности сигнала ФМР позволил определить поле анизотропии исследуемых наночастиц. Полученные данные о сдвиге резонансного поля при понижении температуры хорошо согласуются с результатами измерений с помощью СКВИД. Спектры РМКД позволили выявить магнитную поляризацию 4d электронов в изначально магнитно неупорядоченном родии.

Кроме того, в рамках выполнения проекта нами было осуществлено исследование нанокомпозитных систем, состоящих из наночастиц кобальта в оболочке углерода. Было показано, что магнитное состояние исследованных металло-углеродных нанокомпозитов, главным образом, определяется наличием кластеров внедренного в графит кобальта, которые характеризуются сильной анизотропией и образованием суперпарамагнитного состояния. Кроме того, нами был выявлен переход в состояние спинового стекла при низких температурах для систем на основе разупорядоченного дисперсного графита.

Для решения задачи изучения особенностей состояния твердых тел нанометрических размеров и влияния на них различных сред было осуществлено экспериментальное исследование наночастиц Pt, полученных химическим методом. Высоко диспергированный порошок нанокластеров Pt был получен на поверхности пористых сферических наночастиц Al₂O₃. Согласно данным малоуглового рентгеновского рассеяния (SAXS) размерное распределение частиц платины является бимодальным, с R₁=20 Å и R₂=40 Å. Проведенные исследования выявили наличие ферромагнитного поведения в температурном диапазоне 80-400 К, было установлено, что температура Кюри существенно превышает 400 К, при этом величина коэрцитивной силы уменьшается от 130 Э до 80 Э с ростом температуры в указанном диапазоне. Нами было показано, что наблюдаемое ферромагнитное поведение может быть обусловлено зонной структурой наночастиц Pt/γ-Al₂O₃ и выполнением критерия Стонера.

Как ранее было установлено, магнитные наночастицы составляют значительную долю в промышленных загрязнениях и полученные при выполнении проекта результаты о пведении таких частиц легли в основу разрабатываемых магнитных методов контроля степени загрязнений окуржающей среды. В частности, в результате исследований магнитных свойств образцов почв с Кольского полуострова было установлено, что между магнитными свойствами образцов почв и расстоянием от медно-никелевого комбината, на котором были взяты образцы, существует корреляция. Результаты исследований дают основание предположить значительное загрязнение исследованных почв оксидами железа α-Fe₂O₃ и α-Fe₃O₄.

Для изучения, в соответствии с планами работ по проекту, влияния интерфейсов в нанокомпозите на его свойства, нами было проведено исследование магнитных и магнитооптических (МО) свойств многослойных структур на основе гранулированного композита (Co₄₅Fe₄₅Zr₁₀)_Z/(Al₂O₃)_100-Z и аморфного гидрированного кремния с различной толщиной как магнитных, так и полупроводниковых слоев. Исследования выявили нелинейную зависимость магнитных и МО характеристик от толщины слоев, также сильное влияние пограничного слоя, формируемого границами двух фаз (ферромагнитными и полупроводниковыми гранулами), на магнитные и МО свойства кремний-содержащих многослойных структур.

1.      Самсонова В.В., Копцик С.В., Перов Н.С., Родионова В.В. 'Магнитные свойства почв в зоне влияния горно-металлургического комбината "Печенганикель" на Кольском полуострове' в сб. Физические проблемы экологии (Экологическая физика) ?18, М.: МАКС Пресс, 2012, 428 с., стр.353-356.

2.      K.A. Bagdasarova, N.S. Perov, G.P. Karpacheva, S.E. Pile, E.L. Dzidziguri 'Magnetic Behavior of Carbon-Metal Nanocomposites' Solid State Phenomena Vols. 168-169 (2011) pp 349-352.

3.      Cristina STAN, Constantin P. CRISTESCU, Maria BALASOIU, N. PEROV, V. N. DUGINOV, T. N. MAMEDOV, L. FETISOV 'INVESTIGATIONS OF A Fe3O4-FERROFLUID AT DIFFERENT TEMPERATURES BY MEANS OF MAGNETIC MEASUREMENTS' U.P.B. Sci. Bull., Series A, Vol. 73, Iss. 3, 2011, p.117 -124.

4.      A. Smekhova, A. Semisalova, D. Ciuculescu, A. Trunova, F. Wilhelm, C. Amiens, A. Rogalev, N. Perov, M. Farle, 'Magnetic studies of bimetallic core/shell FeRh nanoparticles by local XMCD and macroscopic FMR methods', сборник тезисов XLV Школы ПИЯФ РАН, секция ФКС, 2011, Гатчина, Санкт-Петербург, с. 84.

5.      Antipov S.D., Gorunov G.E., Perov N.S., Pivkina M.N., Said-Galiyev E.E., Semisalova A.S., Stetsenko P.N. 'Ferromagnetic behavior of Pt nanoparticles', Abstracts of Moscow International Symposium on Magnetism, 2011, Moscow, p. 118.

6.      Vompe A., Perov N., Rodionova V., Zaichenko S., Chernavsky P., Zakharenko M., Kuznetsov A., Samsonova V., Safronova E. 'Dependence of magnetic nanoparticles properties on the morphology and environment', Abstracts of Moscow International Symposium on Magnetism, 2011, Moscow, p. 166.

7.      Samsonova V., Rodionova V., Koptsik S., Perov N. 'Relation of soil magnetic properties with industrial pollution', Abstracts of Moscow International Symposium on Magnetism, 2011, Moscow, p. 774.

8.      N.S. Perov, E.Yu. Kramarenko, G.V. Stepanov, A.S. Semisalova, T.A. Andrianov, Intelligent magnetic-field tunable Fe-based composite magetoelastic materials, book of abstract of Conference 'Soft Magnetic Materials' (SMM-20, Kos, Greece, September 18-22, 2011), p. 352.

9.      E.Yu. Kramarenko, A.R. Khokhlov, G.V. Stepanov, A.S. Semisalova, T.A. Andrianov and N.S. Perov "Giant magneto-permittivity in magnetorheological elastomers" Program and Abstracts of The Asia-Pacific Interdisciplinary research conference 2011, 17-18th November 2011, Toyohashi, Aichi, Japan.

10.      V. Buravtsova, E. Gan'shina, E. Lebedeva, N. Syr'ev, I. Trofimenko, S. Vyzulin , I. Shipkova, S. Phonghirun, Yu. Kalinin and A. Sitnikov 'The Features of TKE and FMR in Nanocomposite-Semiconductor Multilayers' Solid State Phenomena Vols. 168-169 (2011) pp 533-536.

11.      Matsui D., Matzuy L., Zakharenko M., Perov N., Le Normand F., Derory A. "Magnetic properties of Co particles embedded in graphite matrix" Book of abstracts of International Conference "Functional Materials" ICFM-2011 p. 334.