Техника - молодёжи 2010-02, страница 14
Нанотехнологии I 2010 N QZ ТУ сводят на нет способность частицы хранить информацию, которая по физической сути и заключается в том, чтобы сохранять заданную намагниченность при отсутствии «перезаписывающего» магнитного поля. Температура блокировки Тв связанна с высотой потенциального барьера соотношением' TR - KV / 25кв, (1) где кв - постоянная Больцмана. Таким образом, температура блокировки линейно зависит от константы анизотропии и, что самое интересное, от размера самой наночастицы. Чем меньше частица, тем меньше температура ТВ, ниже которой она сможет хранить информацию. Большинство созданных на сегодняшний день МНЧ имеют температуру блокировки гораздо ииже комнатной. Поэтому работа дисковых ЗУ на их основе пока возможна при температурах ниже, чем -203"С (температура блокировки сферической частицы кобальта размером 7 нм). Представьте себе компьютер, который сможет работать только в ванне с жидким гелием. Как много будет желающих его приобрести? Но наука не стоит на месте, и в последние годы удалось повысить температуру блокировки некоторых наночастиц вплоть до комнатной. То, каким образом это было достигнуто, заслуживает отдельной публикации. Магнитные эффекты — ансамбль наночастиц Для того чтобы применять наночастицы в технике, следует не только изучать свойства отдельных частиц, но и свойства группы или ансамбля таких частиц. Предполагается, что именно множество МНЧ, расположенных равномерно на подложке, и будут заменять привычные тонкие плёнки с доменами. Проблема заключается в том, что частицы, будучи магнитными, станут взаимодей- Рис. S. Зависимость энергии магнитного диполь-дипольного взаимодействия от расстояния между частицами 1 2 3 4 5 Расстояние [нм] ствовать друг с другом. Из-за этого каждая частица в ансамбле будет обладать не совсем теми магнитными свойствами, какие характерны для свободной частицы, описанной выше. «Поведение» её намагниченности будет теперь обусловливаться не только её внутренними свойствами (магнитной анизотропией и размером), но и силой взаимодействия с другими частицами. Это взаимодействие носит название магнитного дшюль-дипольного. Его особенность заключается в том, что, чем ближе расположены друг к другу наночастицы, тем оно сильнее3. То есть зависимость от расстояния обратная, и энергия взаимодействия уменьшается пропорционально расстоянию в третьей степени (рис. 5). Таким образом, если частицы расположить достаточно далеко друг от друга, то они не будут «замечать» своих соседей, их магнитные свойства будут определяться только магнитной анизотропией и размером частиц. Возникает противоречие: с одной стороны, мы хотим увеличить плотность МНЧ на единицу поверхности, с другой - хотим избежать диполь-дипольных взаимодействий. А поскольку полностью избежать их невозможно, то необходимо, чтобы расстояние между всеми частицами было одинаково. В этом случае можно предположить, что влияние диполь-дипольных взаимодействий на магнитные свойства соседних частиц будет одинаковым. Если взаимодействия не удаётся исключить, то следует хотя бы их контролировать путём расположения МНЧ на подложке на одинаковом расстоянии друг от друга. Это довольно сложный технологический процесс. Не существует универсального метода, позволяющего это сделать, так как приходится учитывать целый ряд факторов: химический состав частиц, их размер, состав подложки и многое другое. Частицы будут сопротивляться равномерному расположению на подложке - под действием магнитных диполь-дипольных взаимодействий они будут стараться слипнуться друг с другом. Здесь уместна аналогия с обычными магнитами: все помнят, что, если положить их достаточно близко друг к дру[у, то они тут же слипнутся. Нечто похожее происходит и в наномире... Как мы уже писали («ТМ», №8 за 2009 г.), решение было найдено с помощью поверхностно-активных веществ (ПАВ), которыми «окутывают» 9 О 180 Рис. В. Энергетический барьер, разделяющий два состояния частицы, взаимодействующей с другими частицами в составе ансамбля частицу. Толщина покрытия будет определять минимальное расстояние между частицами на подложке, потому что, притягиваясь друг к другу, они будут наталкиваться на защитный слой. Таким образом, изменяя толщину покрытия, можно контролировать расстояния между частицами на подложке. Допустим, нам удалось расположить магнитные наночастицы на подложке достаточно близко друг к другу и избежать их слипания. Как же поменяются свойства отдельной наночастицы в ансамбле? Магнитные диполь-дипольные взаимодействия повысят её внутреннюю энергию. Раньше она определялась только размером и анизотропией (рис, 4), а теперь - ещё и энергией магнитных взаимодействий (рис. 6). Из-за такого увеличения энергетического барьера увеличится и температура блокировки - по сравнению с температурой блокировки отдельной частицы, определённой в выражении (I): TB~(KV + Edjp)/25kR. (2) Это один из способов увеличить температуру блокировки. А с другой стороны, измерение температуры блокировки позволяет экспериментально оценить силу взаимодействия между магнитными наночастицами на подложке. Уменьшая плотность размещения МНЧ на подложке и измеряя Тв, мы можем найти такое значение концентрации, при котором ТБ перестанет уменьшаться. То есть мы найдём ту критическую концентрацию частиц, ниже которой они не будут взаимодействовать, сохраняя свою «индивидуальность». Итак, ансамбль частиц, который будет идеален для технологий, должен состоять из «не слипающихся» частиц. 2 Формула подучена с использованием уравнения Аррениуса для невзаимодействующих частиц. 3 Оно также зависит и от магнитного момента самой наночастицы. 12 |
