Материалы и методы нанотехнологий : учебное пособие

глава 2. Получение компактных двумерных и трехмерных наноматериалов
ся когерентное вращение магнитных моментов в частице, в отличие 
от простого роста доменов с направлениями магнитного момента, 
совпадающими с направлением магнитного поля в макровеществе. 
В то же время тепловые флуктуации магнитного момента минималь-
ны по сравнению с флуктуациями при меньших диаметрах молекулы. 
Эти два условия и обусловливают максимум коэрцитивной силы. Для 
достижения большей плотности записи данных на магнитные носите-
ли уменьшают размер самого бита. Это приводит (при переходе к на-
норазмерным битам) к тепловым флуктуациям магнитного момента 
и к вероятности изменения направления магнитного момента и по-
тери данных. Для предотвращения этого используют частицы с боль-
шими значениями намагниченности насыщения. В таких частицах 
потенциальный барьер, который необходимо преодолеть для измене-
ния магнитного момента, 
E
пот
= 
KV
намного выше тепловой энергии 
E
теп
= 
k
B
T
. В результате вероятность изменения направления магнит-
ного момента (преодоление им потенциального барьера) снижается 
до приемлемого уровня. Также при этом имеет место взаимное вли-
яние магнитных моментов между битами, что приводит к взаимной 
переориентации магнитных моментов. Поэтому наноразмерные кла-
стеры размещают на расстояние, обеспечивающее минимально допу-
стимое магнитное взаимодействие, не приводящее к ощутимой вза-
имной ориентации магнитных моментов частиц.
Эффект гигантского магнетосопротивления основан на том, что от-
носительная ориентация магнитных моментов магнитных кластеров 
влияет на скорость рассеяния электронов проводимости с определен-
ной ориентацией спина (вверх или вниз) и соответственно на сопро-
тивление, при этом электроны проводимости должны рассеиваться 
магнитными кластерами прежде, чем поменяют направление спина, 
т. е. произойдет релаксация спина. Таким образом, если разделить 
электронный ток на составляющие с разной поляризацией спина, то 
рассеяние (и соответственно сопротивление) на магнитной частице, 
соответствующим образом ориентированной магнитным полем, для 
каждой составляющей будет различно (большее рассеяние происходит 
при противоположной ориентации). Эффект возрастает с понижени-
ем температуры. В результате при воздействии на материал магнит-
ным полем направления магнитных моментов кластеров изменяются 
и изменяется сопротивление. Эффект гигантского магнетосопротив-

---

119
2.6. Магнитные наноматериалы
ления имеет место и в керамике, в температурной области перехода 
из ферромагнитного или полупроводникового в парамагнитное или 
металлическое состояние.
В магнитно-резонансной томографии применяются магнитные на-
ночастицы, которые легко поглощаются определенными живыми био-
логическими тканями. Впоследствии томограф настраивают на часто-
ту резонанса этих частиц. В таком случае наночастицы играют роль 
маркеров, поскольку содержатся лишь в этих определенных тканях. 
Использование магнитных наночастиц в лечении раковых заболева-
ний происходит из-за того, что переориентация магнитных частиц 
в магнитном поле приводит к истиранию, т. е. повреждению клеточ-
ных мембран раковых клеток. Избирательность наночастиц обеспе-
чивают обособленные пептидные группы, имитирующие гормоны.
Ферромагнитные жидкости находят применение в изготовлении 
качественно новых дисплеев, создании кратковременного сцепле-
ния между ферромагнитными деталями, герметизации вращающих-
ся деталей, создании дифракционных решеток с регулируемым пе-
риодом и т. д.
Ферромагнитные жидкости представляют собой коллоидный рас-
твор, состоящий из наноразмерных магнитных частиц нанометро-
вого размера, покрытых ПАВ для предотвращения их агрегации. 
При наложении магнитного поля частицы начинают выстраиваться
в цепочки, параллельные полю. Чем больше прикладывается поле, 
тем более упорядоченную структуру образуют частицы. В итоге та-
кую систему можно использовать в качестве ультратонких каче-
ственно новых дисплеев.
При образовании упорядоченной структуры происходит переход 
вещества из жидкого в твердое состояние, так как магнитные силы 
начинают преобладать над тепловым движением. Это свойство ис-
пользуется для создания временного сцепления между ферромагнит-
ными двигающимися деталями, для герметизации люфта между вра-
щающейся деталью и корпусом. При помещении тонкой пленки такой 
жидкости в сильное постоянное магнитное поле, направленное пер-
пендикулярно пленке, частицы, связанные в цепочки образуют дву-
мерную гексагональную решетку. Если незначительно менять поле, 
то будет меняться период решетки. В результате образуется дифрак-
ционная решетка с управляемым периодом.

---

120