Diplom2

измеряют f при различных температурах, т.е. снимают кривую зависимости

кристалла.

В дебаевской модели твердого тела спектр частот колебания атомов имеет вид:

ρ(ω) = A ,

где А – нормировочных множитель, который находится из следующего условия:

∫

Подставляя выражение (4) в (2), получим:

и проведем частичное интегрирование:

11

Полученный в последнем выражении интеграл берётся численно и рассматривается как функция двух переменных:

1.2 Некоторые способы изучения поверхности твёрдых тел

Известно, что свойства поверхности тел различных веществ отличаются от свойств внутренних слоев, будь то жидкость или твердое тело. В твердом теле, в частности, фононный спектр атомов поверхностного слоя атомов будет значительно отличаться от спектра слоев внутренних. В частности,

существует несколько путей изучения поверхности [39,40]. Для непосредственного изучения поверхности монокристалла необходимо высокоинтенсивное излучение, которое может быть получено на синхротроне. В работе [39] излучение синхротронного источника было использовано для изучения фононных спектров поверхностных атомных слоёв монокристалла железа, вырезанного в направлении (110). Схема эксперимента приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема эксперимента для изучения поверхности с

использованиемсинхротронного источника излучения [39]

Авторами работы [39] были определены плотности фононных состояний

на поверхности (S), в приповерхностном слое (S-1) и в объеме (D) для

13

Fe(110) (Рисунок 3). Графическое пояснение обозначений S, S-1 и D

приведены на рисунке 2. Для внутренних слоев (случай D) наблюдается узкий бесфононныйпик в районе 35 мэВ, который, очевидно, соответствует атомам, находящимся в основном состоянии фононного спектра. При приближении к поверхности, случай S-1, наблюдается сдвиг этого пика без заметного, в пределах погрешности эксперимента, изменения амплитуды.

Такой подход для поверхностного слоя атомов, в случае S, позволяет обнаружить совершенно иную картину. Для атомов, находящихся в первом слое на поверхности, отсутствует сколько-нибудь значимая заселенность основного состояния фононного спектра.

Вторым возможным методом изучения поверхности твердых тел является низкотемпературная мёссбауэровская спектроскопия конверсионных электронов. В случае материала, имеющего один или несколько атомных слоев вещества, содержащего резонансные изотопы, на поверхности инертной матрицы, можно получить интересные результаты.

Рисунок 2 – Пояснение обозначений S, S-1 и D [39]

14

Рисунок 3 – Плотность фононных состояний на поверхности (S), в приповерхностном слое

(S-1) и в объеме (D) для Fe(110) [39]

Такой метод был реализован в работе [40]. Были изучены моно- и

мультиатомные слои железа созданные на поверхности золота (рисунок 4).

Последующее изучение этого образца методом низкотемпературной конверсионной мёссбауэровской спектроскопии позволило определить параметры сверхтонкого взаимодействия атомных слоёв поверхности.

Авторами были изучены три образца содержащие три (3 AL), два (2 AL)

и один (1 AL) атомные слои (Рисунок 4).

15

Из рисунка 5 видно, что спектры всех трех атомных слоев существенно отличаются от спектра объемного α-железа. в случаях 2 AL и 3 AL

наблюдаются две компоненты магниторасщепленной структуры (Cи I)

(таблица 1). В случае же монослоя (1 AL) появляются новые компоненты A и M, последняя из которых обладает большим квадрупольным расщеплением.

Рисунок 4 – Схематичное изображение мультиатомных слоёв железа на золоте [40]

Таблица 1 - Сверхтонкие магнитные поля монослоя, двойного и тройного слоя пленки

Fe(001), заключенной между Au(001) [40]

16

Рисунок 5 – Спектры конверсионных электронов 1, 2 и 3 монослоев железа на золоте полученные при 80 К [40]

17

ГЛАВА 3. Изучение наночастиц core-shell типа созданных в

макромолекулах жидкокристаллического дендримера

поли(пропилен имина) второй генерации

3.1 Исследованный образец и экспериментальная техника

Объектом исследования в данной работе являлся композит на базе наночастиц core-shell типа созданных в макромолекулах жидкокристаллического дендримера поли(пропилени мина) второй генерации. Первые результаты по исследованию этой системы опубликованы в работе [8]. Авторами обнаружена core(α-Fe), shell(γ- ) организация наночастиц с изотропными суперпарамагнитными свойствами в широком диапазоне температур. Схема макромолекулы композита приведена на рисунке 6.

Рисунок 6 – Структурная формула макромолекулы дендримера поли(пропилен имина)

второй генерации с инкапсулированными наночастицами core(α-Fe)-shell(γ- ) типа

[8]

18

Для изучения свойств нанокомпозита были проведены низкотемпературные мёссбауэровские измерения со сканированием по температуре. Спектры получены на мёссбауэровском спектрометре MS1104EM №40-12 с источником 57Co в матрице родия в геометрии пропускания с модуляцией поглотителя. В качестве детектора использовался сцинтилляционный счетчик с кристаллом NaJ(Tl). Калибровка скоростной шкалы спектрометра проводилась по спектру стандартного образца нитропрусида натрия с пересчетом на α-Fe. Все изомерные сдвиги отсчитывались от центра тяжести спектра этого стандартного поглотителя. Низкотемпературные мёссбауэровские измерения в диапазоне температур 79302 К проводились в проточном азотном криостате, зона набора спектра составляла ± 0.5 К.

Математическая обработка всех спектров проводилась посредством оригинальной программы, написанной с помощью пакета прикладных программ MATLAB.

3.2 Применение модельно-зависимого метода к моделированию

мёссбауэровских спектров магнитных наночастицcore-shell типа

Для анализа и математической обработки спектров был создан модельно-зависимый подход, в основе которого лежит пропорциональная зависимость площади соответствующей компоненты под спектром от объёма образца, содержащего резонансные изотопы [41]:

где

S – площадь под соответствующей компонентой в спектре,

K(Ca) – функция эффективной толщины поглотителя, f – фактор Мёссбауэра-Лэмба.

19

Поскольку все части наночастицы находятся в идентичных условиях в эксперименте данную формулу для i-ой части можно переписать в виде:

где

Vi – объём соответствующей части наночастицы,

а – неизвестный, но одинаковый для всех частей коэффициент.

Структурная организация наночастиц core-shell типа схематически представлена на рисунке 7. Обычно такие частицы состоят из ядра (core),

одной или нескольких оболочек (shell) существенно отличающихся по своим магнитным, оптическим и другим свойствам. Зная геометрию и размеры наночастиц используя вышеописанный подход можно получить следующие результаты:

1)Из отношения площадей соответствующих компонент можно провести сравнительный анализ f-факторов различных областей наночастиц и их зависимости от различных внешних факторов;

2)В приближении различных моделей твердого тела получать информацию о колебательных свойствах атомов различных областей наночастиц core-shell. Например, в модели Дебая из зависимости парциальной площади под компонентой в спектре от температуры можно оценить температуру Дебая;

3)Зная геометрию наночастиц, значения сверхтонких параметров и/или соотношения f-факторов можно решить обратную задачу – моделирование мёссбауэровского спектра.

20