Фізичні властивості магнітних наночастинок упровідній матриці

Abstract

Дисертацію присвячено комплексному дослідженню магніторезистивних і оптичних властивостей та газової чутливості приладових систем на основі масивів магнітних наночастинок (НЧ) NiFe2O4, СоFe2O4, Fe3O4 у провідній немагнітній матриці Ag або мультишарового графену. У роботі проаналізовано зв'язок між структурним станом НЧ і магніторезистивними, магнітооптичними та оптичними властивостями наноприладових систем. Встановлено механізми формування масивів спін-вентильних переходів при збільшенні товщини провідної матриці Ag від 5 до 20 нм і умов її температурної обробки (Тв = 600 К) та їх внесок у величину магнітоопору. Експериментально вивчено характер зміни електричного опору наноструктурованих шарів від умов температурної обробки (Тв = 1100 К) та досліджено вплив декорування поверхні мультишарового графену масивами НЧ NiFe2O4 для покращення чутливості до шкідливого газу NO2 на 40 %. Результати досліджень можуть бути використані як практичні рекомендації при побудові наноструктурованих чутливих елементів датчиків різного функціонального призначення.

Диссертация посвящена комплексному исследованию магниторезистивных и оптических свойств, газовой чувствительности приборных систем на основе массивов магнитных наночастиц (НЧ) NiFe2O4, СоFe2O4, Fe3O4 в проводящей немагнитной матрице Ag или мультислойного графена (МСГ). В работе изучены особенности и условия формирования двухмерных наноструктур из наночастиц и мультислойного графена на подложках SiO2 (500 нм) / Si (001) с использованием методик спин-коатинга и Ленгмюра – Блоджетт. Проанализирована связь между структурным состоянием НЧ и магниторезистивными, магнитооптическими и оптическими свойствами наноприборных систем. Установлены зависимости оптических параметров от характера распределения массивов наночастиц или фрагментов МСГ на подложке. Установлены механизмы формирования массивов спин-вентильных переходов при увеличении толщины проводящей матрицы Ag от 5 до 20 нм и условий ее температурной обработки (То = 600 К) и их вклад в величину магнитосопротивления. Разработана теоретическая модель, позволяющая оценить величину вклада рассеивания электронов на ферромагнитных частицах в электрическое сопротивление массивов магнитных наночастиц в проводящей матрице Ag до и после еѐ термообработки (То = 600 К). Экспериментально изучен характер изменения электрического сопротивления наноструктурированных слоев от условий температурной обработки (То = 1100 К) и исследовано влияние декорирования поверхности мультислойного графена массивами наночастиц NiFe2O4 для улучшения чувствительности к вредному газу NO2 на 40 %, а также предложен механизм взаимодействия чувствительного материала приборных структур и газа NO2. Исследовано влияние температуры (То = 1100 К) на величину газовой чувствительности МСГ и установлены оптимальные условия термообработки для получения наиболее эффективных чувствительных элементов с минимальным уровнем шума. Изучено влияние размеров фрагментов МСГ на газовую чувствительность датчиков на их основе. Результаты исследований могут быть использованы как практические рекомендации при построении наноструктурированных чувствительных элементов датчиков разного функционального назначения.

The thesis is devoted to the complex investigation of magnetoresistive and optical properties and sensitivity to gases of instrumentation systems based on arrays of nanoparticles (NP) NiFe2O4, СоFe2O4, Fe3O4 in Ag conductive matrix or multilayered graphene. In this work an interconnection between the structural features of the NP and magnetoresistive, magnetooptical and optical properties of instrumentation systems was analyzed. The mechanisms of formation of arrays of spin-valve junctions while increasing the thickness of Ag conductive matrix from 5 to 20 nm, conditions of it temperature treatment and their influence on the value of magnetoresistance were established. Electrical resistance changes of nanostructured layers depends on conditions of thermal treatment (Tt = 1100 K) were experimentally studied and an effect of decoration of multilayered graphene by arrays of NiFe2O4 NPs for increasing of sensitivity to NO2 gas by 40% was investigated. The results of research can be utilized as practical recommendation while develop the nanostructured sensitive elements of the sensors with different functional purposes.