Магнітні та магнітотранспортні властивості низькорозмірних форм каробону, модифікованих металами

Шпилька Д.О. Магнітні та магнітотранспортні властивості низькорозмірних форм карбону, модифікованих металами : дис. … доктора філософії : 104 Фізика та астрономія / Шпилька Денис Олесандрович ; наук. кер. Л. Ю. Мацуй. Київ, 2025. 177 с.

У дисертаційній роботі представлено дослідження магнітних та магнітотранспортних властивостей низькорозмірних форм карбону, модифікованих металами. Досліджено вплив структури та морфологічного складу карбонових наноструктур та магнітної фази на магнітні на магнітотранспортні характеристики. Для визначення закономірностей прояву особливостей магнітоопору було обрано широкий ряд вуглецевих наноструктур, одностінних та багатостінних вуглецевих нанотрубок (ВНТ) та графітових нанопластинок (ГНП), модифікованих магнітними металами Fe, Co, Ni різної концентрації та фазового складу.
У роботі досліджувалась структура, багатостінних вуглецевих нанотрубок (БВНТ) різної структурної досконалості. Результати дослідження рентгенострукторного аналізу та інфрачервоної спектроскопії вказують на наявність у зразку БВНТ низької структурної досконалості значної кількості дефектів, у зразку БВНТ високої структурної досконалості спостерігається певне впорядкування між графітовими шарами та відсутність металу каталізатора. Експериментально визначено, що для даних БВНТ проявляються ефекти слабкої локалізації та взаємодії носіїв заряду.
З аналізу рентгенограми БВНТ, модифікованих залізом низької концентрації, визначено, що високоінтесивна 002 графітова лінія відповідає міжплощинній відстані d002 = 0.344 нм карбону, також виявлено ряд ліній, що відповідають Fe3C, -Fe, Fe3O4. Методами електронної мікроскопії та термомагнітометрії, визначено присутність у внутрішній порожнині БВНТ, частинок заліза розміром 10-15 нм та довжиною 120-140 нм. Дослідження залежностей магнітоопору від магнітного поля, вказують на наявність гігантського та анізотропного магнітоопорів при кімнатних температурах, в той же час, зниження температури до 77 К призводить до зникнення даних ефектів та прояву ефекту слабкої локалізації носів заряду.
У роботі досліджено структуру одностінних ВНТ, модифікованих нікелем. Аналіз даних рентгеноструктурного аналізу, електронної мікроскопії та термомагнітометрії вказує на вісутність багатошарової вуглецевої фази та пристуність у внутрішній порожнині частинок нікелю діаметром до 1,5 нм. Проведені дослідження магнітоопору, обємного зразка одностінних ВНТ синтезованих з використанням нікелю як каталізатора, показали присутність ефекту асиметричного магнітоопру у наведеній структрурі.
Дослідження структурно-морфологічного складу БВНТ, модифікованих залізом та кобальтом високої концентрації, проводилися методами рентгеноструктурного аналізу, електронної мікроскопії та термомагнітометрії. ВНТ, модифіковані залізом масової концентрації 29% та 20%, являють собою багатостінні ВНТ, міжплощинна відстань між шарами графіту яких складає 0.342 нм, ВНТ містять частинки оксидів заліза FeO і Fe2O3, карбіду заліза Fe3C та α-Fe у внутрішній порожнині, на кінцях трубок 8 нм та 6 нм, відповідно. ВНТ, модифіковані кобальтом масової концентрації 30%, являють собою БВНТ, міжплощинна відстань між шарами графіту яких складає 0.34 нм, у внутрішній порожнині, на кінцях трубок, містить частинки кобальту та оксиду кобальту, розміром 10 нм. Дослідження залежностей магнітопору від магнітного поля зразків БВНТ, модифікованих залізом мас. концентрації 29% та БВНТ, модифікованих кобальтом мас. концентрації 30%, проводилося в діапазоні температур від 4.2 К до кімнатних температур. Аналіз результатів магнітоопору, БВНТ, модифікованих кобальтом мас. концентрації 30%, вказує на наявність комбінації ефектів ГМО та анізотропного магнітоопорів. Для зразків БВНТ, модифікованих залізом, мас. концентрації 20%, експериментальними дослідженнями магнітоопору встановлено, наявність ефектів асиметричного та анізотропного магнітоопорів.
Структура зразків БВНТ та ГНП, декорованих одночасно двома металами досліджувались методами рентгеноструктурного аналізу, скануючої електронної мікроскопії та енергодисперсної спетроскопії. Загальною рисою для даних зразків є рівномірне розміщення металевої фази по поверхні та по краях вуглецевої фази. Зразок БВНТ, декорованих залізом та нікелем містить фазу FeNi3, розміром 20-40 нм, зразок БВНТ, декорованих кобальтом та залізом, містить фази Co, α-Fe, FeO розміром 20-30 нм, зpазок БВНТ, декорованих кобальтом та нікелем, містить частинки магнітної фази розміром 10-40 нм. Зразок ГНП, декорованих нікелем та залізом, для яких міжплощинна відстань вуглецевої фази складає 0,355 нм, структура добре впорядкована та має послідовність укладання АВАВ, містить частинки фази Ni та α-Fe розміром 40-60 нм. Для БВНТ та ГНП, декорованих Fe80Ni20, наявний прояв ефекту гігантського магнітоопору. Для БВНТ, декорованих Co93Fe07 та Ni20Co80, магнітні частинки яких знаходяться в суперпарамагнітному стані, реалізується анізотропний ефект.
У роботі досліджувалась структура та магнітотранспорт масиву орієнтованих БВНТ. Результати рентгеноструктурного аналізу, електронної мікроскопії та термомагнітометрії показали масив, що БВНТ містить у внутрішній порожнині наночастинки -Fe, Fe3C, Fe2O3 розміром близько 15 нм. Для даних БВНТ при повздовжній орієнтації вимірювання магнітоопору спостерігається прояв ефекту гігантського магнітоопору.