Struktura i właściwości magnetyczne - Instytut Fizyki PAN

Badania cząstek Fe-Cr, przy wykorzystaniu komplementarnych metod
doświadczalnych (takich jak: dyfrakcja rentgenowska, spektroskopia mössbauerowska,
konwencjonalne, statyczne pomiary magnetyczne oraz mikroskopia transmisyjna wysokiej
rozdzielczości), pozwoliły wnioskować, Ŝe nanocząstki mają strukturę typu
rdzeń – zewnętrzna powłoka tlenkowa. Ponadto, obserwowane (w pomiarach
mössbauerowskich) efekty fluktuacji superparamagnetycznych w powłoce tlenkowej cząstek
bogatych w Ŝelazo sugerowały nieciągłość tych warstw powierzchniowych, a w powiązaniu z
badaniami dyfrakcji rentgenowskiej wskazywały na obecność drobnych krystalitów
tlenkowych o róŜnych orientacjach w stosunku do rdzeni cząstek. Tym samym, w niniejszej
pracy potwierdzono przewidywaną wcześniej w literaturze strukturę nanocząstek Fe-Cr.
Warto podkreślić jednak, Ŝe po raz pierwszy zmodyfikowano model strukturalny tych cząstek,
uwzględniając moŜliwość występowania w warstwach tlenkowych tzw. granic antyfazowych,
osłabiających znacznie sprzęŜenie wymienne w obrębie samych cząstek (pomiędzy klasterami
tlenkowymi oraz na granicy klaster tlenkowy – rdzeń cząstki) jak równieŜ – pomiędzy nimi.
Przyjęty model pozwolił jednocześnie na wytłumaczenie niekolinearnej struktury spinowej
na powierzchni cząstek oraz pojawienie się efektów fluktuacji termicznych w silnie
skorelowanych magnetycznie układach.
Niniejsza praca doktorska stanowi takŜe cenne uzupełnienie wiedzy literaturowej
o właściwościach magnetycznych nanocząstek Fe-Cr bogatych w Ŝelazo. Przeprowadzone
w zakresie temperatur 5 – 300 K badania magnetyczne takich układów pozwoliły
wnioskować o dominującej roli oddziaływań dipolowych pomiędzy cząstkami. Dodatkowo,
pomiary te ujawniły efekty zamraŜania typu szkła spinowego w niskich temperaturach.
Związane są one z wielofazową naturą cząstek Fe-Cr, a ich źródłem jest, z jednej strony,
nieporządek topologiczny i konkurencja oddziaływań magnetycznych w warstwach
tlenkowych, z drugiej zaś anizotropowy charakter oddziaływań dipolowych przypadkowo
połoŜonych i przypadkowo zorientowanych cząstek.
Bardzo interesujące okazały się takŜe badania nanocząstek Fe-Cr o największej
zawartości chromu: x = 83.03 at.%. Zaskakująco duŜa zawartość tlenu w tych cząstkach -
widoczna zarówno w wynikach EDXA, jak i dyfrakcji rentgenowskiej – wskazywała na silną
segregację faz zachodzącą w procesie otrzymywania cząstek. Na przykładzie nanocząstek
Fe-Cr (83.03 at.% Cr) pokazano, Ŝe w procesie ich wytwarzania powstały następujące fazy
krystaliczne: σ-FeCr (< 10 vol.%), α 1 -FeCr (bogata w Fe), α 2 -FeCr (bogata w Cr) oraz Cr 2 O 3 .
Z uwagi na dominującą w układzie cząstek fazę α 2 -FeCr o właściwościach
129