Реферат: отчет о научно-исследовательской работе состоит из 33 рисунков, 8 разделов, 12 подразделов, 9 формул, 31 источника. Общий объем 48 страниц

РЕФЕРАТ

Отчет о научно-исследовательской работе состоит из 33 рисунков, 8 разделов, 12 подразделов, 9 формул, 31 источника. Общий объем 48 страниц.

Ключевые слова: пространственно-упорядоченные субмикрокомпозиты, фотонные кристаллы, инвертированные опалоподобные структуры на основе Ni и Co, малоугловое рассеяние поляризованных нейтронов, ультрамалоугловое рассеяние синхротронного излучения.

Наименование этапа: Структурные и магнитные свойства прямых и инвертированных фотонных кристаллов методами дифракции нейтронного и синхротронного излучений.

Объекты исследования. В работе исследованы матрицы упорядоченных полистирольных микросфер и металлические наноструктуры Ni и Co на основе данных матриц.

Цель работы на данном этапе. Получение структурных и магнитных характеристик прямых и инвертированных фотонных кристаллов на основе ферромагнитных материалов.

Методология проведения НИР. В работе используется комплексная методика исследования прямых и инвертированных фотонных кристаллов, позволяющая делать заключение о корреляции структурных и магнитных свойствах исследуемых объектов на каждом этапе синтеза. Полученные результаты позволяют корректировать условия получения материалов, согласно требованиям, предъявляемым к конечному продукту в рамках его промышленного применения. Предложенные методологические подходы универсальны и могут быть использованы для аттестации и исследования различных пористых матриц и заполняющих их веществ.

В результате выполненных работ на втором этапе были исследованы параметры прямых и инвертированных фотонных кристаллов. Прямые фотонные кристаллы были синтезированы методом вертикального осаждения полистирольных микросфер на проводящие и полупроводящие подложки в комбинации с электрофорезом. Данная модификация метода вертикального осаждения предотвращает «стекание» заряда с поверхности микросфер, что способствует равномерному осаждению пористых пленок. Преимуществами предложенного метода синтеза пленок фотонных кристаллов на проводящих подложках являются: а) равномерность осаждения микросфер на большой площади (более 1 см2 ); б) высокая скорость роста пленки (около 1-2 см за 24 часа).

В работе было установлено, что методом стандартного вертикального осаждения получаются кристаллы лишь с небольшими упорядоченными областями с площадью пленки в несколько квадратных миллиметров. Также, для данного метода отмечена низкая воспроизводимость результатов. Эти недостатки были устранены при использовании комбинированного метода получения фотонных кристаллов.

По данным сканирующей электронной микроскопии структура изучаемых пленок представляет собой плотнейшую шаровую упаковку микросфер, причем плоскость с гексагональным упорядочением микросфер оказывается параллельна подложке. Наблюдается чрезвычайно узкое распределение сферических частиц по размерам: дисперсия по диаметру не превышает 5 %. Отчетливо видны упорядоченные области с линейным размером более 100 микрон, состоящие из плотноупакованных сферических частиц. Исследуемые образцы состоят из множества слоев плотноупакованных микросфер. Количество слоев, оцененное из микрофотографий, варьируется от нескольких единиц, до нескольких десятков, в зависимости от длительности процесса осаждения. Периодичность структур варьируется от 450 нм до 750 нм в зависимости от условий синтеза полистирольных микросфер.

Полученные пленки фотонных кристаллов на проводящих подложках были использованы в качестве матрицы для синтеза инвертированных структур методом электроосаждения металла в пустоты матрицы в трехэлектродной электрохимической ячейке в потенциостатическом режиме. При элекрохимическом осаждении, помимо состава электролита, наиболее важным параметром является потенциал осаждения. Инвертированные фотонные кристаллы характеризуются полным и равномерным заполнением пустот трехмерной матрицы фотонного кристалла металлическим никелем или кобальтом. Поперечное сечение инвертированных фотонных кристаллов на основе никеля и кобальта, исследованное методом электронной микроскопии подтверждает образование гранецентрированной кубической упаковки микросфер.

В результате проведенных экспериментов разработана комплексная методика аттестации структурных и магнитных свойств прямых и инвертированных опалоподобный фотонных кристаллов методом ультрамалоуглового рассеяния синхротронного излучения и малоуглового рассеяния поляризованных нейтронов.

Для определения типа и степени дефектности фотонных кристаллов предложен универсальный алгоритм их аттестации, основанный на анализе дифракционных картин исследуемых образцов и угловой зависимости интенсивности дифракционных рефлексов.

Исследованы структурные свойства опалоподобных фотонных кристаллов на основе самоупорядоченных полистирольных микросфер, осажденных на подложки различного типа проводимости с приложением разности потенциалов от -5В до +5В. Показано, что наиболее упорядоченные структуры получаются на полупроводящей подложке ITO с приложенным к ней отрицательным потенциалом U = –1 В. При этом фотонный кристалл имеет гранецентрированную кубическую структуру с точечными дефектами, связанными с незначительной дисперсией полистирольных микросфер по диаметру (менее 5%), или с плоскостями двойниквания вдоль кристаллографического направления [111].

Исследования структуры инвертированных фотонных кристаллов методом малоугловой синхротронной дифракции показали, что метод электрохимического осаждения требуемого вещества в поры опалоподобной матрицы позволяет повторить структуру искусственных опалов и получить ИФК, упорядоченные в двойниковую ГЦК структуру с практически не изменяющейся величиной постоянной решетки, но с тенденцией к образованию случайной гексагональной плотной упаковки вдоль оси [111], особенно в случае осаждения кобальта. При этом осаждение никеля является более выгодным для создания инвертированных опалоподобных фотонных кристаллов с точки зрения структурного порядка. Видимо это объясняется более сильной кристаллической анизотропией кобальта, по сравнению с никелем.

В работе впервые проведены исследования магнитных инвертированных фотонный кристалл на основе Ni и Со методом малоуглового рассеяния поляризованных нейтронов. Проанализированы несколько вкладов в рассеяние: немагнитный (ядерный); магнитный вклад, зависящий от внешнего магнитного поля, и ядерно-магнитная интерференция, показывающая корреляцию магнитной и ядерной структур. Получена картина процесса намагничения и показано, что рассеяние поляризованных нейтронов дает информацию недоступную стандартным методам магнитометрии. Полученные особенности магнитного поведения ИФК интерпретированы в терминах вероятности распределения намагниченности в единичном элементе магнитной структуры, представляющем собой чередование псевдотетраэдр‑псевдокуб‑псевдотетраэдр вдоль оси [111] матрицы фотонного кристалла. Показано, что анизотропный фактор заметно влияет на направление вектора намагниченности в семействе плоскостей {022} в ИФК на основе кобальта и не влияет на вектор намагниченности в ИФК на основе никеля.