ИСТИНА

Методом химического сгорания синтезированы монокристаллические наночастицы (NP) никель-хромового феррита NiFe0.75Cr1.25O4 с кубической структурой шпинели. Размер NP может варьироваться от 5 до 50 нм путем окончательного отжига прекурсора при температурах между 600 и 900°C. Из магнитных и мессбауэровских измерений установлено распределение катионов по тетраэдрическим (A) и октаэдрическим [B] узлам (Fe0.75 Ni0.25) [Ni0.75 Cr1.25] O4. Установлено, что малые NPs с размером d < 11 нм проявляют суперпарамагнитное поведение в мессбауэровских спектрах, однако температура перехода в парамагнитное состояние (около TN = 240 K) необычно велика для малых частиц 5 нм. С другой стороны, большие NP с d = 50 нм не обладают суперпарамагнитными свойствами, но полученное значение TN = 490 К значительно ниже, чем у массивного феррита с аналогичным составом (около 570 К) [1]. Намагниченность насыщения МS, полученная при 5 К, уменьшается от 0.98 до 0.70 μВ (на формульную единицу) при уменьшении размера частиц от 50 до 5 нм. В наиболее крупных частицах магнитная структура при низких температурах близка к коллинеарной антиферромагнитной (АФМ) структуре типа Нееля; и полный магнитный момент Mtot феррита совпадает с направлением момента B-подрешетки. Наличие трех типов магнитных ионов в этих ферритах приводит к нескольким типам обменных взаимодействий между и внутри А- и В-подрешеток, которые отличаются по знаку и силе. Конкуренция между АФМ и ФМ взаимодействиями приводит к сильно фрустрированному магнитному упорядочению в октаэдрических Вузлах, что приводит к угловой магнитной структуре в В-подрешетке [2-4]. Фрустрированная структура очень лабильна и подвержена значительному воздействию температуры и приложенного магнитного поля. Это приводит к появлению нескольких магнитных аномалий. В частности, возникновение магнитной компенсации объясняется увеличением с повышением температуры угла φ между магнитными моментами ионов Cr и Ni в B-подрешетке (от 20 до 80 град.) до тех пор, когда результирующий момент B-подрешетки станет равным моменту А-подрешетки [4]. Новые магнитные материалы... 58 Устные доклады Рис. 1. Полевые зависимости намагниченности наночастиц NiFe0.75Cr1.25O4 с разным размером при низких и высоких температурах. Вставки показывают в увеличенном масштабе магнитную аномалию в слабом поле, приложенном в обратном направлении. Рис. 2. Температурные зависимости намагниченности наночастиц NiFe0.75Cr1.25O4 с разным размером в слабом магнитном поле H = 100 Э. Аномальное поведение кривых FC и ZFC показано в (b) для крупных НЧ, в то время как для малых НЧ (a) это поведение «нормально». Вставки в (b) показывают поведение намагниченности в окрестности точки компенсации в увеличенном масштабе. Новые магнитные материалы... 59 Устные доклады Обнаружено аномальное поведение петель гистерезиса (Рис.1) с резким изменением намагниченности в слабых полях при перемагничивании, которое может быть объяснено в терминах обменной связи между «мягкой» и «жесткой» магнитными В- и А-подрешетками. Этот эффект в наночастицах (Fe0.75 Ni0.25) [Ni0.75Cr1.25] O4 можно рассматривать как аналог атомного масштаба похожего эффекта, наблюдаемого в нанокомпозитах двухфазных обменно-связанных сплавов FePt-Fe3Pt, состоящих из “твердой” (FePt) и “мягкой” (Fe3Pt) магнитных фаз [1,2]. Теория этого эффекта разработана для постоянных магнитов [5]. Дополнительная интересная аномалия наблюдалась в поведении намагниченности в режимах ZFC и FC в наночастицах NiFexCr2-xO4 с точкой компенсации (Рис.2). При определенных условиях кривые ZFC могут лежать выше кривых FC. Это можно объяснить температурным гистерезисом намагниченности в образце, предварительно нагретом выше точки компенсации, но не переведенным в парамагнитное состояние. Этот эффект зависит от особенностей обменного взаимодействия ионов в «мягкой» и «жесткой» подрешетках выше и ниже точки компенсации. При этом пиннинг доменных стенок может отвечать за температурное поведение FC и ZFC намагниченности в наночастицах с точкой компенсации [1]. Работа поддерживается Российским научным фондом, проект № 14-12-00848-П. Частично работа выполнена при поддержке Федерального агентства научных организаций (соглашение № 007-ГЗ/Ч3363/26). [1] I. S. Lyubutin, S.S. Starchikov, A.O. Baskakov, N.E.Gervits, Chun-Rong Lin, Yaw-Teng Tseng, Wen-Jen Lee and Kun-Yauh Shih, “Exchange-coupling of hard and soft magnetic sublattices and magnetic anomalies in mixed spinel NiFe0.75Cr1.25O4 nanoparticles”, Journal of Magn. Magn. Materials, 451, 336 (2018). DOI: //doi.org/10.1016/j.jmmm.2017.11.067 [2] L. G. Antoshina, A. N. Goryaga, and V. V. San’kov, Phys. Solid State 42, 1488 (2000) [3] L. G. Antoshina, A. N. Goryaga, and D. A. Chursin, Phys. Solid State 44, 747 (2002). [4] L. G. Antoshina, E. N. Evstaf’eva, A. I. Kokorev, Phys. Solid State 49, 1476 (2007). [5] H. Zeng et al., Nature 420, 395 (2002).