Учёт влияния распределения размера гранул в нанокомпозитах

В данной работе обсуждается влияние распределения размера гранул r в нанокомпозитах на физические свойства в рамках квазиклассического размерного эффекта. Обсуждены методы эффективной среды для описания нанокомпозитов. Отмечается и обсуждается вклад различных механизмов, влияющих на оптические и магнитооптические свойства подобных структур, особенно в ИК области спектра, где наиболее ярко проявляется квазиклассический рерный ект. В рамках модели Друде-Лоренца проведено описание вклада размерного эффекта в диагональные и недиагональные компоненты тензора диэлектрической проницаемости эффективной среды, при этом рассматривается характерное для многих наноструктур логнормальное распределение по размерам гранул. На основании данного подхода получены зависимости среднеквадратического отклонения от значения интеграла как функции среднего размера гранул. Исходя из условия нормировки, было аналитически определено численное значение среднеквадратического отклонения значений r и средний размер частиц. Также в работе обсуждается фундаментальная значимость полученных результатов – возможность применения данного подхода для всех возможных распределений. Найденное значение среднего размера гранул нанокомпозита позволяет с лучшей точностью проводить моделирование различных, и в первую очередь, оптических и магнитооптических свойств нанокомпозитных структур с помощью известных методов в рамках приближения эффективной среды, что особенно важно для описания перколяционного перехода в нанокомпозитах. Решаемая задача важна и актуальна, так как в подобных магнитных нанокомпозитах реализуется множество интересных и важных эффектов, таких как магнитооптический эффект Керра, аномальный эффекта Холла, гигантское магнетосопротивление и многие другие. Полученные результаты позволяют лучше описывать материалы, имеющие широкое применение в современной электронике и наноэлектронике.

1. Gracheva I.E., Olchowik G., Gareev K.G. et al. Investigations of nanocomposite magnetic materials based on the oxides of iron, nickel, cobalt and silicon dioxide. J. Phys. Chem. Sol. 2013;74(5):656-663. https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2012.12.021

2. Ганьшина Е.А., Вашук М.В., Виноградов А.Н., Грановский А.Б., Гущин В.С., Щербак П.Н., Калинин Ю.Е., Ситников А.В., Ким Ч.О., Ким Ч.Г. Эволюция оптических и магнитооптических свойств в нанокомпозитах аморфный металл – диэлектрик. Журнал экспериментальной и теоретической физики. 2004;125(5):1172–1183.

3. Шик А.Я., Бакуева Л.Г., Мусихин С.Ф., Рыков С.А. Физика низкоразмерных систем: учебное пособие. СПб.: Наука, 2001. 160 с. ISBN 5-02-024966-1

4. Nalwa H.S. Handbook of thin film materials: Nanomaterials and magnetic thin films. Academic Press, 2002. V. 5. 633 p. ISBN 978-0-12-512908-4.

5. Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. М.: Физматлит, 2009. 416 c. ISBN 978-5-9221-0582-8

6. Юрасов А.Н., Яшин М.М. Теория эффективной среды как инструмент анализа оптических свойств нанокомпозитов. Российский технологический журнал. 2018;6(2):56-66. https://doi.org/10.32362/2500-316X-2018-6-2-56-66

7. Ландау Л., Лифшиц Е. Курс теоретической физики. Т. 8. Электродинамика сплошных сред. М.: Наука. 2017. 661 с.

8. Granovsky A., Kuzmichev M., Clerc J.P. The symmetrised Maxwell-Garnett approximation for magneto-optical spectra of ferromagnetic composites. J. Magn. Soc. Japan. 1999;23:382-386. https://doi.org/10.3379/jmsjmag.23.382

9. Gan'shina E., Garshin V., Perova N., Zykov G., Aleshnikov A., Kalinin Yu., Sitnikov A. Magneto-optical properties of nanocomposites ferromagnetic-carbon. J. Magn. Magn. Mat. 2019;470:135-138. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2017.11.038

10. Вызулин С.А., Горобинский А.В., Калинин Ю.Е., Лебедева Е.В., Ситников А.В., Сырьев Н.Е., Трофименко И.Т., Чекрыгина Ю.И., Шипкова И.Г. ФМР, магнитные и резистивные свойства мультислойных наноструктур (CoFeZr) x (Al 2 O 3 ) 1–x /Si. Известия РАН, серия физическая. 2010;74(10):1441-1443.

11. Алешников А.А., Калинин Ю.Е., Ситников А.В., Федосов А.Г. Магнитные свойства многослойных структур на основе нанокомпозитов (Co 45 Fe 45 Zr 10 ) X (Al 2 O 3 ) 100-X. Перспективные материалы. 2012;5:68–75.

12. Buravtsova V., Gan’shina E., Lebedeva E., Syr’ev N., Trofimenko I., Vyzulin S., Shipkova I., Phonghirun S., Kalinin Yu., Sitnikov A. The features of TKE and FMR in nanocomposites-193 multilayers. Solid State Phenomena. 2011;168–169:533-536. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.168-169.533

13. Яшин М.М., Мирзокулов Х.Б. Симметризованное приближение Максвелла–Гарнетта как эффективный метод исследования нанокомпозитов. Российский технологический журнал. 2019;7(4):92-100. https://doi.org/10.32362/2500-316X-2019-7-4-92-100

14. Ханикаев А.Б., Грановский А.Б., Клерк Ж.П. Влияние распределения гранул по размерам и притяжения между гранулами на порог перколяции в гранулированных сплавах. Физика твердого тела. 2002;44(9):1537-1540.

15. Yashin M.M., Yurasov A.N., Ganshina E.A., Garshin V.V. Simulation of the spectra of the transverse Kerr effect of magnetic nanocomposites CoFeZr−Al 2 O 3 . Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Серия естественные науки. 2019;86(5):63-72. https://doi.org/10.18698/1812-3368-2019-5-63-72

16. Fadeev E., Blinov M., Garshin V., Tarasova O., Ganshina E., Prudnikova M., Prudnikov V., Lahderanta E., Ryl'kov V., and Granovsky A. Magnetic properties of (Со 40 Fe 40 B 20 ) x (SiO 2 ) 100-x nanocomposites near the percolation threshold. Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. 2019;83(7):835-837. https://doi.org/10.3103/S1062873819070153

17. Домашевская Э.П., Ивков С.А., Ситников А.В., Стогней О.В., Козаков А.Т., Никольский А.В. Влияние относительного содержания металлической компоненты в диэлектрической матрице на образование и размеры нанокристаллов кобальта в пленочных композитах Cox(MgF 2 ) 100–x . Физика твердого тела, 2019;61(2):211–219. https://doi.org/10.21883/FTT.2019.02.47115.211