Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Работа посвящена магнитным нанопроволокам (НП) различных типов: гомогенным и гетерогенным (слоевым). Рассмотрены вопросы получения массивов НП, манипуляции с ними. Была исследована структура НП и их магнитные свойства. Решалась основная задача- научится управлять ростом НП для направленного изменения их структуры и магнитных свойств. 1. Отработаны способы и режимы получения матриц различных типов для решения задач темплатного (матричного) синтеза. В дополнение к коммерчески доступным матрицам, производимым для задач фильтрации, добавлены матрицы с расширенными параметрами. Получены матрицы с набором плотностей 10**8, 5*10**8, 1.2*10**9 пор на кв.с.м, с набором диаметров пор от 30 нм до 500 нм (с учётом геометрических ограничений). 2. Исследованы различные типы электролитов. Предложены оптимальные составы для получения НП из сплавов NiCu CoCu. Получены поляризационные кривые и тестовые хронамперограммы для осаждения этих сплавов. Направленный подбор параметров позволит получить наноструктуры с нужной геометрией. 3. Отработаны способы получения гетероструктурных-слоевых НП. При рассмотрении роста в т.н. однованновом режиме важен выбор соотношения концентраций ионов металлов в электролите, длительность импульсов напряжения и величина напряжения. 4. Получаемые структуры могут применяться для различных целей и поэтому конечный вид образца может быть совершенно различным. Изучены различные способы «манипуляции» с получаемыми образцами НП. Подобраны составы для эффективного удаления медного (ростового) слоя с поверхности мембраны -Наилучшие результаты показал состав на основе азотнокислого аммония). Изучены различные способы преодоления агломерации (слипания) НП, которое происходит после их отделения от матрицы и от подложки. Наилучший результат дало воздействие вращающегося внешнего магнитного поля. Рассмотрены также способы нанесения контактов на поверхность –оптимальным для ряда задач оказалось формирование тонких параллельных полос чередующихся с промежутками. Для изучения массива НП в матрице (методом СЭМ) отработан способ приготовления скола для различных типов образцов. 5. Структура получаемых образцов НП была исследована комплексом стандартных методов . Рентгеновская дифрактометия -например было показано изменение положения линии железа при уменьшении диаметра НП. Сканирующая электронная микроскопия позволила установить предел, до которого можно осаждать металл в поры без риска возникновения т.н. «переростов»- приерно 5-6 мкм. Просвечивающая электронная микроскопия позволила определить, что при получении тонких слоёв в слоевой НП возможно уменьшать толщину только до определённого предела. Показано, что переход на трёхэлектродную схему электроосаждения позволяет уменьшить толщину до 9 нм . При осаждении по двухэлектродной схеме при тех же условиях были получены минимальные слои 20 нм . 6. Изучение магнитных свойств. Магнитометрия была основным способом оценки свойств получаемых образцов. Так, было показано, что применение приёма «скачков» напряжения не дало ожидаемого эффекта-увеличения коэрцитивной силы. Добавление небольших количеств меди (3-5%) в железо-кобальтовый сплав привело к заметному увеличению коэрцитивной силы- до 350-500 Э. Увеличение количества меди наоборот уменьшило коэрцитивную силу. Для слоевых НП Cu/Ni обнаружен слабый эффект магнетосопротивления, не превышающий 1%; Показано, что свойства FeCo НП зависят от их длины. Увеличение длины приводит к увеличению коэрцитивной силы. Исследование слоевых НП Cu/Ni показало, что их магнитные свойства зависят от соотношения толщин слоёв. Сделан вывод о том, что в случае массива необходимо учитывать не только взаимодействие магнитных слоёв, но и взаимодействие между соседними НП. 7. Для железных НП Методом Мёссбауэровской спектроскопии показано, что при увеличении ростового напряжения (от 0,8 до 1,2 В) уменьшается коэрцитивная сила (с 450Э до 330 Э) и увеличивается разориентировка угла направления намагниченности. 8. Методом просвечивающей микроскопии определены толщины слоёв и вид границы между ними (интерфейса). Минимально достижимая толщина оказалась равной 9 нм. Интерфейсы при этом достаточно чёткие, но не плоские. 9. Исследования Ядерного магнитного резонанса по кобальту проведены для НП Co/Cu . Показано, что наличие меди приводит к появлению новых линий в спектре. Их интенсивность увеличивается с уменьшением толщины кобальтовых слоёв. Причина этого- в изменении координации атомов кобальта. При уменьшении толщины слоёв уменьшается время спин-решёточной релаксации, что связано с увеличением разупорядоченности системы. 10. Исследования Ядерного магнитного резонанса по железу проведены для НП из чистого железа. Сравнение с данными для объёмного железа показали, что центр лини ЯМР смещён в сторону больших частот, что соответствует увеличению среднего значения поля на 0,2 Тл. Для НП наблюдалось существенное ускорение спин-решёточной релаксации, свидетельствующей о возросшей степени беспорядка. 11. Методом Магнитно-силовой микроскопии проведены исследования намагниченности единичных НП-как гомогенных, так и слоевых. Оценены размеры доменов -0,2- 0,4 мкм. Показан характер изменения доменной структуры и оценены величины коэрцитивной силы. Для единичной НП эта величина составила 5 мТл. Для сдвоенных НП эта величина возрастала до 10-14 мТл. Эти данные отличаются от данных Магнитометрии, полученных для массивов НП. Возможная причина различия- взаимодействие НП в массиве. 12. Усовершенствована установка для роста образцов во внешнем магнитном поле. Разработана программа, позволяющая поворачивать ростовую ячейку во внешнем поле во время роста немагнитного слоя.

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
В работе методом матричного синтеза были получены одномерные нанообъекты- металлические нанопроволоки (НП) на основе металлов группы железа. Отработаны способы получения НП различных типов–гомогенных из одного металла, гомогенных из нескольких металлов (сплавы) и гетерогенных–из чередующихся слоёв различного состава. Изучение структуры полученных НП проведено методами рентгеновской дифрактометрии и электронной микроскопии.Магнитные свойства НП изучены четырьмя способами- Магнитометрия, Мёссбауэровская спектроскопия, ЯМР и МСМ. Изучены однокомпонентные НП из железа. Для трёх типов образцов- с плотностью 1∙10**8, 5∙10**8 и 1.2∙10**9 НП на см2 площади-были изучены магнитные характеристики и их угловые зависимости. Кривые намагничивания зависят от ориентации внешнего. Характер изменения формы петель гистерезиса при изменении угла  зависит от плотности НП. Определены зависимости коэрцитивной силы (КС) от угла . Для образца с наибольшей плотностью НП зависимость КС() является монотонной возрастающей функцией. Построены кривые FORC:их анализ позволил оценить магнитное взаимодействие отдельных НП. Для одного из образцов было исследовано изменение магнитных параметров в температурном интервале 77-440К. Показано,что форма петель гистерезиса изменяется слабо. Намагниченность при нагревании несколько уменьшается. КС изменяется сильнее: при нагреве 77-300 К–более чем в полтора раза. НП в полимерной матрице стабильны-это дополнительно подтверждено методом термоциклирования в интервале 300 К-440 К. Для массивов НП из железа проведено изучение влияния диаметра НП (шире- размерности образца ) на магнитные свойства. Получены образцы НП с диаметром от 30 до 600 нм, а также контрольные - плоская плёнка и объёмный образец. Их сравнительное исследование методом Мёссбауэровской спектроскопии показало, что поле на ядре практически не зависит от размерности. Уширение Мёссбауэровских линий имеет тенденцию уменьшения с увеличением диаметра НП и переходе к «плёночного» и объёмному образцам. Причиной уширения может быть разориентация НП или изменение ориентации доменов и их размер. НП с теми же диаметрами изучены методом ЯМР.Спектры представляют собой уширенные линии, смещенные в сторону увеличения частот относительно порошкового α-Fe. Определены закономерные зависимости положения центра спектральной линии и ширины спектральной линии от диаметра НП.Измерения спин-решёточной и спин-спиновой релаксации свидетельствуют о ускорении релаксационных процессов при переходе от «объёмного» α-Fe к «плёночному» и затем к НП. Это объясняется искажением решётки, уменьшением размеров структурных единиц, вкладом границ. Отработано получение НП различных типов из двухкомпонентных сплавов- FeCo и FeNi. Исследована возможность получения трёхкомпонентных сплавов FeCoCu и FeNiCu за счёт добавления меди в электролит. Обнаружен эффект значительного изменения концентраций магнитных металлов при добавлении меди- проблема была решена путём снижения концентрации как железа, так и меди. Магнитные измерения показали увеличение КС в кобальтовом сплаве за счёт введения меди. Мёссбауэровские измерения образца показали значительное увеличение поля на ядре. Добавление меди в части образцов привело к образованию второй фазы: в кобальтовых НП это чистое Fe, в никелевых НП–это FeCu. Взаимное влияние НП в матрице было изучено для массивов НП из сплава FeNi методом магнитно-силовой микроскопии (МСМ). МСМ позволила проследить изменение намагниченности отдельных НП при приложении внешнего поля «на локальнм уровне». Образцы перемагничивались по-разному из-за взаимного влияния НП друг на друга. Отдельные НП перемагничиваются примерно в одинаковых полях –от 7-9 мТл до 13-14 мТл. Очевидно, это связано с отсутствием влияния соседей на эти НП. НП находящиеся на близком расстоянии друг от друга перемагничиваются через ряд промежуточных состояний. Таким образом, перемагнитить всю группу целиком сложнее, процесс происходит поэтапно. Методом ПЭМ изучена возможность получения слоевых НП с тонкими слоями, чётким границами и с контролируемым составом. Описано получение слоевых НП Co/Cu в порах трёх различных диаметров- 100 нм,65 нм и 30 нм, при этом сравнивались способы роста по двухэлектродной и по трёхэлектродной схемам. Длительность ростовых импульсов последовательно снижалась с тем, чтобы получать более тонкие слои. Ожидаемые толщины слоев металлов составляли 50, 25, 12, 6 и 3 нм. Минимальная толщина слоя, который виден в НП с диаметром 100 нм как для двух-, так и для трехэлектродных схем составляет 12 нм. В НП с диаметром 65 нм минимальная толщина слоя составляет около 20 нм. Различия между образцами, полученными по двухэлектродной схеме и по трёхэлектродной схеме, не выявлено. В порах 30 нм получить слоевые НП Co/Cu не удалось. Для слоевых НП Ni/Cu с различными толщинами медных слоёв методом магнитометрии было определено взаимное влияние слоёв на магнитные свойства. Анализ петель гистерезиса, КС и квадратичности показали, что при толщине немагнитного слоя меди больше 100 нм существенно снижается межслойное взаимодействие слоёв Ni и возрастает взаимодействие между слоями Ni в соседних НП, находящихся на расстоянии порядка 100-150 нм. Изучение единичных слоевых НП Ni/Cu методом МСМ показало их разбиение на домены, размер которых соответствовал размеру отдельного слоя (около 400 нм). Перемагничивание таких НП показало, что их КС порядка 4-5 мТл. В тоже время для двойных НП КС значительно больше–до 12-15 мТл. Перемагничивание агломератов из нескольких НП в магнитном поле происходит постепенно, по стадиям. Используемого диапазона полей (от +160 до –160 Э) недостаточно для полного перемагничивания всего агломерата. Слоевые НП Co/Cu с различной длиной слоя Co были получены двумя методами -однованновым и двухванновым. ЯМР спектры образцов.показали: в НП синтезированных двухванновым методом, наблюдаются пик на частоте 226 МГц, который соответствует гексагональному Co и пик на частоте 218 МГц, который соответствует гранецентрированной структуре Co, показывая, что в исследуемых слоевых НП присутствует и ГЦК и ГПУ-модификации Co. В образцах синтезированных однованным методом,обнаружен пик на частоте 218 МГц (соответствует гранецентрированной структуре Co) и уменьшающиеся по интенсивности резонансные линии на частотах 200, 182 и 164 МГц. Последние свидетельствуют о присутствии атомов Co,координированных атомами Cu. Причиной различия может быть то, что в «двухванновом» образце атомы Cu практически не попадают в слой Co и то, что толщина переходной границы между слоями Co и Cu меньше. Для образцов синтезированных однованновым методом, присутствие линий с меньшими частотами говорит о заметной доле атомов Co, окружённых атомами Cu. В контрольном эксперименте были синтезированы НП только из Co-из «однованнового» и «двухваннового» электролитов. Показано, что гексагональный кобальт образуется лишь во втором случае. Причиной этого может быть то, что присутствие меди препятствует образованию структуры ГПУ. Проведены эксперименты по росту в магнитном поле и по измерению эффекта ГМС на слоевых НП.