-
-
Рис. 1. Вычисленное распределение намагниченности в элементарной ячейке ИОПС (слева) и в структурном элементе ИОПС квазикубе (справа). Размер ячейки составляет примерно 800 нм.
-
Рис. 2. Результаты вычисления картины малоуглового рассеяния нейтронов, обусловленной магнитным форм-фактором, при приложении внешнего магнитного поля вдоль направления [121] мезоструктуры ИОПС. Состояние насыщения (слева) и остаточной намагниченности (справа).
Вычислен магнитный форм-фактор инвертированных опалоподобных структур
Пятница, 01 декабря 2017В ноябре 2017 года младший научный сотрудник Отдела исследований конденсированного состояния Отделения нейтронных исследований НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ Илья Семенович Дубицкий завершил цикл микромагнитных расчетов, позволивших вычислить магнитный форм-фактор инвертированных опалоподобных структур (ИОПС) на основе кобальта.
Инвертированные опалы могут быть получены из коллоидных кристаллов посредством заполнения пустот между сферами каким-либо ферромагнитным материалом с последующим удалением самих сфер. В результате образуется пространственно-упорядоченная трехмерная сеть наноузлов, соединенных между собой удлиненными контактами. Сложная топология сети приводит к появлению неожиданных свойств и интересных явлений. Так, в 2013 году сотрудники НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ выдвинули гипотезу о принадлежности ИОПС к классу трехмерных искусственных спиновых льдов. Однако большой период трехмерной структуры ИОПС (800 нм) не позволяет непосредственно восстановить все детали ее магнитного строения даже с помощью самых современных экспериментальных методик, что затрудняет явную проверку гипотезы.
Понимание магнитных свойств инвертированных опалов может быть достигнуто только с помощью совместного применения экспериментальных техник и численного моделирования. В качестве метода моделирования была выбрана модель микромагнетизма, позволяющая проводить расчеты фактически «из первых принципов», используя только хорошо известные параметры материала и геометрические характеристики изучаемой наноструктуры. Основное ограничение подхода состоит в использовании модели непрерывной среды. Тем не менее, микромагнитные расчеты позволяют удивительно точно описывать магнитное поведение наносистем, размер которых превышает несколько десятков нанометров.
Микромагнитное моделирование поведения локальной намагниченности в ИОПС позволило подтвердить гипотезу спинового льда. Были предсказаны значения геометрических параметров инвертированных опалов (толщины контактов), при которых следствия модели спинового льда должны проявиться наиболее ярко.
Вычислен магнитный форм-фактор ИОПС и его изменение во внешнем магнитном поле. Результаты моделирования находятся в согласии с данными малоуглового рассеяния нейтронов, полученными в нейтронном центре имени Хайнца Майера-Лейбница, Гархинг, Германия, на установке SANS-1.
Более подробная информация доступна по адресу: https://oiks.pnpi.spb.ru/news/mikromagnitnoe-modelirovanie-povedeniya-namagniche
