Заключение
Магнитные наночастицы играют особую роль в быстро развивающихся отраслях науки, специализирующихся на изучении объектов (существующих в природе, а чаще искусственно приготовленных), для которых принципиально важно наличие наноразмерных структурных блоков. Следует отметить два главных обстоятельства.
Во-первых, такие объекты чрезвычайно востребованы технологиями современного общества. Благодаря магнитным наноматериалам за последние 20 лет на 4 порядка увеличились возможности хранения информации даже на бытовых персональных компьютерах, размер жестких дисков которых вырос от 10 Мбайт в середине 80-х годов, до 200-300 Гбайт в настоящее время. В других областях, например, в использовании магнитных частиц в биологии и медицине (прежде всего, для лечения рака), прогресс не настолько впечатляющий, однако, перспективы и здесь остаются весьма благоприятными [15]. Дальнейший прогресс электроники, по-видимому, тоже будет во многом обусловлен использованием магнитных свойств наночастиц, о чем свидетельствуют многочисленные работы по спинтронике – новой области, в которой магнитные и электронные свойства нанообъектов будут использоваться в тесной взаимосвязи. Весьма полезными могут оказаться магнитные свойства наночастиц для целей создания квантовых компьютеров.
Благодаря относительной простоте (и общим успехам теории и практики магнетизма в 20 веке) магнитные свойства наночастиц изучены более полно по сравнению с другими физическими характеристиками – электрофизическими, спектральными, взаимодействием с излучением различных типов и т.п. С другой стороны, магнитная наночастица может рассматриваться в первом приближении как большая молекула, свойства которой могут быть, в отдельных случаях, рассчитаны «из первых принципов», что потребует развития и применения ряда методов, таких как метод функционала плотности, молекулярной динамики, Монте-Карло и др. и позволит достигать приемлемого согласия с экспериментом, а возможно и предсказывать свойства новых магнитных наноструктур.
В то же время, как видно из изложенного выше, уже сейчас можно в определённых пределах влиять на магнитные характеристики синтезируемых наночастиц путём изменения их морфологии: размеров, формы и состава, соотношения ядро-оболочка, расположения частиц в матрице; температурную обработку (отжиг) можно использовать для изменения кристаллической структуры ядра и оболочки и т.п.
Выявлен ряд подходов, перспективных с точки зрения направленного изменения свойств наночастиц. Здесь отметим создание сложных частиц, с четко выраженными пространственно разделенными частями, отвечающими за различные свойства (например, магнитное ядро и биологически активная оболочка); а также получение частиц с экстремальными пространственными характеристиками (сверхплоские и сверхтонкие частицы - нанопровода). В ряде случаев полезные свойства получаются за счет удачного комбинирования свойств, как самих частиц, так и матрицы, в которой они расположены. Наиболее ярким примером последнего подхода служат «упруго-обменные» магнетики, в которых магнитожесткие наночастицы диспергированы в магнитомягкой матрице.
Однако, как с точки зрения теории, так и практических применений, магнитные наночастицы предоставляют исследователям широкий спектр нерешенных задач. Отметим лишь несколько из них.
Первая проблема относится к внутренней магнитной структуре наночастицы. Опыт применения простой теории однодоменных частиц, развитой в основных чертах в середине 20 века Неелем и Брауном, показывает, что представление об однородной (коллинеарной) намагниченности наночастицы, в которой отсутствует разбиение на домены, может быть далеко от реальности. Поскольку даже статическая задача о распределении магнитных моментов в наночастице вызывает большие сложности, неудивительно, что далека от своего решения близкая ей динамическая задача о перемагничивании наночастицы, описывающая картину поворотов магнитных моментов отдельных атомов при изменении направления внешнего магнитного поля.
Одним из нерешенных практических вопросов, сдерживающих продвижение к естественному пределу плотности магнитной памяти, является недостаточно большая (заметно меньшая теоретического предела) коэрцитивная сила наночастиц, пригодных (по технологическим соображениям) для использования в жестких дисках. Причина этого, кроется, по-видимому, в сложной внутренней магнитной структуре реальных наночастиц.
Потребуется также разработка эффективных методов организации наночастиц для создания новых высокоупорядоченных функциональных наноструктурированных композиционных материалов, обладающих улучшенными или уникальными свойствами. Сложной задачей будущих исследований станет разработка подходов к синтезу сложных по составу и композитных наночастиц, характеризующихся набором различных свойств (магнитных, электрических, оптических) в одной наночастице (core-shell nanoparticles).
Откроются новые области применения магнитных наночастиц (магнитные биомаркеры), из которых особенно важными будут – био- и медицинские применения (нанобиотехнология).
Хотя магнитные наночастицы, и содержащие их наноматериалы производятся, их практическое использование во многих случаях тормозится трудностями в получении наноматериалов с узким распределением частиц по размерам, со стабильно воспроизводимыми характеристиками, и получаемых в больших количествах с малыми затратами. Здесь открывается большой простор для работы химиков-синтетиков в тесном сотрудничестве с физиками, биологами, медиками.
И всё же, магнитные наночастицы уже сейчас доступны, некоторые фирмы производят и поставляют отдельные образцы. На наш взгляд настал тот момент, когда всё готово для широкого поиска путей использования магнитных наночастиц.