ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Намагниченность и квантовое магнитное туннелирование из "Физико-химия нанокластеров наноструктур и наноматериалов" Перспективным направлением здесь являются квантовые вычислительные устройства. В таких компьютерах квантовые эффекты, например магнитного квантового туннелирования или гигантского магнитного резонанса, не ограничивают, а расширяют возможности вычислений и увеличивают быстродействие. Следует пояснить, что в обычных, цифровых ЭВМ, информация сохраняется в виде последовательности символов О и 1 (бит информации соответствует набору одной из этих цифр). Информация в квантовых битах записывается суперпозицией состояний О и 1 , точное значение которых одновременно определяется в момент измерения. Последовательность из N цифровых битов может представлять любое число в интервале от О до 2 - 1, в то время как N квантовых битов могут представить все эти 2 чисел одновременно. К примеру, квантовый компьютер с 300 такими битами может описывать систему с числом элементов 2 ° 10 , что превышает число атомов Вселенной. При поиске данных в массиве из N элементов скорость квантовых компьютеров в раз превосходит скорость цифровых ЭВМ [1]. Таким образом, именно нанотехнология может решить проблему изготовления большого числа квантовых битов и вывести вычислительную технику к пределам действия закона Мура. [c.523] Уменьшение размеров магнитных нанокластеров при сохранении в них самопроизвольной намагниченности (при температуре ниже точки Кюри или Нееля) увеличивает вероятность тепловых флуктуаций в направлении магнитного момента М нанокластера. Это можно уподобить броуновскому вращению или движению магнитного момента кластера как целого, которое было впервые отмечено Неелем [2], а подобное состояние названо термином суперпарамагнетизм Бином [3]. [c.523] На рис. 16.2 в качестве примера приведены температурные зависимости намагниченности охлаждаемого суперпарамагнетика — раствора нанокластеров кобальта в пиридине и кластеров кобальта на поверхности графита, причем охлаждение осушествляется в отсутствие магнитного поля и при наложении магнитного поля 0,07 Тл [6]. [c.526] Тогда неопределенность энергии электрона за счет квантового ограничения будет Де (АрУ/ 2т) h / 2mdlr), и если эту энергию приравнять энергии обменного взаимодействия, которая, главным образом, ответственна за возникновение магнитного упорядочения, т.е. Де кТс, где Тс — температура Кюри массивного материала 500 -f 1 ООО К, то величина критического размера будет der 1 нм. [c.527] Суперпарамагнитная релаксация наблюдается в мессбауэровских спектрах при повышении температуры или уменьшении размера кластера в уширении линий магнитной сверхтонкой структуры — СТС, уменьшении магнитного поля на ядре, что характеризуется смещением линий СТС к центру спектра, и появлении в центре спектра немагнитной компоненты. На рис. 16.3 приведены расчетные мессбауэровские спектры для суперпарамагнитного кластера при разной частоте релаксации и разной симметрии кристаллической решетки — одноосной (число возможных положений магнитного момента N = 2) п кубической (ЛГ = 6). [c.528] Таким образом, мессбауэровские спектры позволяют определить размеры нанокластеров в области 1 10 нм при известной константе анизотропии вешества или определить данные магнитной анизотропии, которая может характеризовать также и межкластерное взаимодействие, если из данных микроскопических измерений известно распределение кластеров по размерам. В качестве примера приведем суперпарамагнитные мессбауэровские спектры нанокластеров оксида железа при различных температурах измерения (рис. 16.4). Нанокластеры были получены путем твердотельной химической реакции разложения оксалата железа [8] при температуре разложения Гд = 215° С. [c.529] Это наглядно демонстрирует значительно более резкое изменение эффективной энергии анизотропии для кластеров с кубической симметрией по сравнению с изменением магнитного момента. [c.533] Экспериментально эти выводы были проверены с помощью исследования нанокластеров железа и сплава Ре(37 %)М1, полученных с помощью испарения массивных заготовок в гелиевую атмосферу [10,11]. [c.533] На рис. 16.7 приведены мессбауэровские спектры кластеров железа с размерами 10,5 11,5 14 и 16,5 нм. Исследовалась наносистема, состоящая из полимера и 10 % кластеров железа. [c.533] Для такой разбавленной системы магнитным дипольным взаимодействием между кластерами пренебрегалось 0). Время релаксации определялось по формуле т = /г/ДГ при то = 3 Ю с, где ДГ — уширение линии магнитной СТС, после этого вычислялась константа анизотропии. Данные по сравнению расчетов с экспериментом приведены на рис. 16.8. [c.534] Сравнение результатов опыта с расчетом показывает, что с увеличением диаметра однородно намагниченного кластера величина и быстро растет К = 6-10 Дж/м ). [c.534] Однако, начиная с некоторого размера кр, возникает аномалия поведения и. Энергия анизотропии и уменьшается, меняя знак, что приводит к У-образной зависимости Л от размера кластера. Этот эффект характеризуется отклонением от однородной намагниченности для однодоменного кластера за счет поворота магнитных моментов отдельных атомов при начале доменообразования. На рис. 16.8 приведены также экспериментальные данные К 2 = и/У. Значение Е уменьшается с увеличением размера кластера и отклонения состояния кластера от состояния однородной намагниченности. Для неразбавленной системы с нанокластерами железа подобная аномалия в значениях энергии анизотропии и времени суперпарамагнитной релаксации наблюдается при более высокой температуре. [c.534] Вернуться к основной статье