Материалы и методы нанотехнологий : учебное пособие

глава 2. Получение компактных двумерных и трехмерных наноматериалов
Si-B в температурном интервале от 700 до 900 K позволила получить 
сплав с однородной нанокристаллической структурой. В этом спла-
ве в аморфной матрице равномерно распределены зерна ОЦК фазы 
α
-Fe (Si) размером около 10 нм и кластеры меди размером менее 1 нм. 
Предварительная (перед кристаллизационным отжигом) деформация 
прокаткой аморфных сплавов Fe-Cu-Nb-Si-B или их низкотемператур-
ный отжиг позволяют уменьшить размер зерна до 5 нм.
Исследования методами аннигиляции позитронов показали, что 
температурная стабильность сплавов (Fe
3
Si) 
95
Nb
5
обусловлена сегре-
гацией атомов Nb в интерфейсах. Благодаря своей тугоплавкости ни-
обий препятствует полной рекристаллизации сплава.
В результате кристаллизации быстротвердеющих аморфных алю-
миниевых сплавов Al-Cr-Ce-M (где M = Fe, Co, Ni, Cu) с содержанием 
более 92 ат. % Al образуется структура, содержащая аморфную фазу 
и выделившиеся в аморфной фазе икосаэдрические наночастицы (ди-
аметр частиц варьируется от 5 до12 нм), богатые Al.
2.6. Магнитные наноматериалы
Интересны магнитные наноструктуры, в которых проявляется ги-
гантское магнетосопротивление. Они представляют собой многослой-
ные пленки из чередующихся слоев ферромагнитного и немагнитного 
металлов, например, в наноструктуре Co-Ni-Cu/Cu чередуются ферро-
магнитный слой Co-Ni-Cu и немагнитный слой Cu. Слои имеют тол-
щину порядка длины свободного пробега электрона, т. е. несколько 
нанометров. Меняя напряженность внешнего магнитного поля от 0 
до некоторого значения 
H
, можно так изменять магнитную конфигу-
рацию многослойной наноструктуры, что электросопротивление бу-
дет меняться в очень широких пределах. Это позволяет использовать 
магнитные наноструктуры как сверхчувствительные детекторы маг-
нитного поля. В наноструктуре Co-Ni-Cu/Cu наибольшее значение 
гиганского магнетосопротивления получено для очень тонких сло-
ев Cu — около 0.7 нм.
В современных микросхемах массового производства для вклю-
чения-выключения транзистора необходимо около 1000 электронов. 
Благодаря миниатюризации количество необходимых электронов 

---

117
2.6. Магнитные наноматериалы
должно уменьшиться до десяти. Кроме того, уже ведутся работы по соз-
данию одноэлектронного транзистора.
В физике известно устройство из двух пластин конденсатора и под-
вешенного между ними металлизированного шара. Приложение к пла-
стинам постоянного напряжения заставляет шар качаться и перено-
сить заряд. В нановарианте такой наномаятник или электронный 
челнок может работать на частотах около100 МГц и переносить оди-
ночные электроны. Предполагается, что подобное устройство может 
служить элементом квантового компьютера или прерывателем тока.
Магнитные наноматериалы применяют для получения магнито-
твердых материалов, которые отличаются большой удельной энер-
гией, тем большей, чем больше остаточная индукция 
Br
и коэрци-
тивная сила 
Нс
материала. К магнитотвердым относят материалы 
с 
Нс
> 4 кА/м. Магнитотвердые материалы используются главным 
образом для постоянных магнитов. В области магнитной записи на-
номатериалы используются для повышения плотности хранения ин-
формации путем уменьшения площади бита — очень малой области 
магнитного носителя, намагниченного в определенном направлении. 
Эффект гигантского магнетосопротивления наноматериалов при-
меняется в различных датчиках и считывающих устройствах. Также 
магнитные частицы находят широкое применение в медицине. Так, 
например, магнитные частицы применяются в качестве магнитных 
контрастных веществ при магнитно-резонансной томографии, гипер-
термических веществ, в которых магнитные частицы селективно на-
греваются за счет использования высокочастотного магнитного поля 
(например, при термической гипертермии опухолей).
Магнитные наноматериалы получают путем создания нанокомпо-
зитов с использованием магнитных наночастиц и путем напыления 
магнитных пленок из наночастиц на подложку. Наноматериалы, об-
ладающие гигантским магнетосопротивлением, получают путем рас-
творения магнитных нанокластеров одного металла в матрице друго-
го металла, который обладает хорошей проводимостью.
При получении сильных магнитотвердых наноматериалов исполь-
зуется то свойство, что при уменьшении частицы и достижении не-
которого критического размера она становится однодоменной, что 
сопровождается увеличением коэрцитивной силы 
Нс
до максимума. 
Механизмом перемагничивания однодоменной частицы становит-

---

118