Нанокристаллические материалы: методы получения и свойства

Скачать в djvu «Нанокристаллические материалы: методы получения и свойства»

3.4. МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА


Особенности магнитных свойств наночастиц связаны с дискретностью их электронных и фононных состояний. Одной из таких особенностей является осцилляционная зависимость восприимчивости наночастиц парамагнитных металлов от напряженности магнитного поля Я. Кроме того, по причине малых размеров парамагнетизм Кюри может заметно перекрывать парамагнетизм Паули. Теоретические вопросы и экспериментальные результаты по магнитным свойствам наночастиц парамагнетиков рас-смотрены в обзорах [196, 197].


Влияние дискретности электронных состояний на магнитную восприимчивость малых частиц парамагнитных металлов с учетом четного или нечетного числа электронов в них обсуждалось| в работах [287,288, 307]. В малых магнитных полях рЯ « А (р—3 магнитная проницаемость, А — расстояние между соседними электронными уровнями) электронный спиновый парамагнетизм металлических частиц с четным числом электронов при достаточно низкой температуре квТ/А. « 1 уменьшается почти до нуля, но не исчезает полностью благодаря имеющемуся слабому спин-орбитальному взаимодействию. У частиц с нечетным числом электронов при понижении температуры парамагнитная восприимчивость растет по закону Кюри [308]. При достаточно высокой температуре квТ/А > 1 парамагнетизм частиц с четным и нечетным числом электронов асимптотически стремится к паулиевскому парамагнетизму.


Изменение магнитной восприимчивости % наночастиц Li (,d ~ 1 нм), Pt (d ~ 2 нм) и A1 (d ~ 2 нм) в низкотемпературной области по закону Кюри обнаружено в работах [309, 310]. Согласно [311], магнитная восприимчивость наночастиц лития диаметром 3,2 нм в области высоких температур соответствует парамагнетизму Паули, а в области низких температур подчиняется закону Кюри. Размерная зависимость восприимчивости обнаружена на частицах селена Se и теллура Те размером от 1 до 1000 нм [312]: уменьшение частиц Se приводит к росту диамагнетизма, тогда как магнитная восприимчивость Те изменяется в противоположном направлении из-за увеличения орбитального парамагнетизма Ван-Флека.


Измерения магнитной восприимчивости кластеров Hgl3 и Ga,3 в магнитном поле с напряженностью до 15 кЭ показали, что они являются слабыми парамагнетиками независимо от температуры [313, 314]. Однако в поле сЯ> 20 кЭ при уменьшении температуры ниже 70—80 К восприимчивость кластеров Hgi3 возрастала по закону Кюри до больших (при Я = 40 кЭ % = 1 э. м. е./г) парамагнитных значений, хотя массивная ртуть является диамагнетиком. Согласно [315, 316], магнитная восприимчивость кластеров Na в цеолите также подчиняется закону Кюри даже в больших магнитных полях. Изменение магнитной восприимчивости кластеров Ag в цеолите по закону Кюри—Вейсса при Т = 4—300 К обнаружено в [317]. Рост парамагнитной восприимчивости наночастиц Mg (cl ~ 3 нм) по сравнению с массивным магнием и резкое падение восприимчивости наночастиц при Т —> 0 отмечены в [318]. По мнению авторов [198], отмеченные экспериментальные факты объясняются тем, что очень маленькие кластеры и наночастицы этих металлов не имеют металлических свойств, так как их внешние .^-электроны локализованы на атомах. Благодаря этому между атомами в кластерах становится возможно обычное обменное взаимодействие. Действительно, кластеры и наночастицы металлов с уменьшением размера теряют металлические свойства: так, изучение фотоэмиссии из кластеров Pt6 [319] и туннельных явлений в кластерах Fel3 объемом 0,15 нм3(d ~ 0,5 нм) [320] показали, что эти кластеры не являются металлами (хотя кластер Fe35 уже имеет металлические свойства). Согласно [321], в кластерах ртути, содержащих от 20 до 70 атомов, происходит переход от кристалла Ван-дер-Вааль-са к металлу.

Скачать в djvu «Нанокристаллические материалы: методы получения и свойства»