Исследование магнитных жидкостей и ультрадисперсных порошков магниотоптическими и оптическими методами тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.11 ВАК РФ

о

0:1

Московский Ордена Ленина, Ордена Трудового Красного Знамени и Ордена Октябрьской революции государственный университет имени М.В.Ломоносова

ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

На правах рукописи УДК 537.632

ТУЛИНОВ Алексей Анатольевич

ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНЫХ ЖИДКОСТЕЙ И УЛЬТРАДИСПЕРСНЫХ ПОРОШКОВ МАГНИТООПТИЧЕСКИМИ И ОПТИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ

Специальность 01.04.11 - физика магнитных явлений

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико- математических наук

Москва - 1994

Работа выполнена на кафедре магнетизма физического факуль1 МГУ им. М.В.Ломоносова

Научный руководитель: кандидат физ.-мат. наук, с.н.с.

Ведущая организация: Московский Государственный Университе

путей сообщения.

в "<5 " час. "50" мин. на заседании специализированного совета » 3 ОМТ (К.053.05.77) в МГУ им. Ы.В.Ломоносова по адресу:

119899 Москва, Воробьевы горы, МГУ, физический факультет, аудитория ^^

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физичес кого факультета МГУ им. М.В.Ломоносова.

Л.В.НИКИТИН

Официальные оппоненты: доктор физ.-мат. наук

П.Н.СТЕЦЕНКО

кандидат физ.-мат. наук В.В.СОКОЛОВ

Защита диссертации состоится

Автореферат разослан

Ученый секретарь

специализированного совета

К.053.05.77 в МГУ им. М.В.Ломоносова

кандидат физ.-мат. наук

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Исследование ансамблей ультрадисперсных частиц размером от ста до тысячи ангстрем представляет собой одно из наиболее быстро развивающихся направлений, имеющих большое значение для решения ряда фундаментальных проблем физики твердого тела. Эти системы занимают промежуточное положение между ансамблями кластеров размером менее ста ангстрем и массивными образцами и по своим свойствам отличаются как от тех, так и от других. Повышенный интерес привлекает также и практическое использование этих материалов в различных областях современной техники, например, в химии катализа, микроэлектронике, технологии композитных материалов и носителей магнитной записи информации.

Для экспериментального изучения свойств магнитных ультрадисперсных систем весьма информативным оказался магнитооптический метод, основанный на регистрации вызванных намагничиванием образца изменений характеристик света, взаимодействующего с магнитным материалом. С помощью этого метода были исследоват никелевые и никель- хромовые катализаторы, неоднородные поверх ностные структуры никеля, кобальта и железа, островковые металлические пленки и др. В частности, было показано, что важным параметром системы, определяющим характер магнитооптических спектров отражения, является коэффициент объемного заполнения среды магнитным материалом. Эти результаты находились в согласии с выводами теории магнитооптических свойств ультрадисперсных сред, построенной на основе введения тензора эффективной диэлектрической проницаемости. Вместе с тем, вопрос о влиянии на магнитооптические свойства ультрадисперсной среды размера структурных и магнитных неоднородностей недостаточно изучен. С целью рассмотрения этой проблемы в диссертационной работе были проведены магнитооптические и оптические исследования специально изготовленных порошков калиброванных по размеру ультрадисперсных сферических частиц ферромагнитных металлов.

В диссертационной работе на ансамблях аэрозольных частип никеля исследуется экваториальный эффект Керра на б - компоненте падающего света, величина которого на образцах ультра-

дисперсного никеля возрастала на два порядка по сравнение с величиной этого эффекта на массивном никеле.

В работе были такке исследованы различные магнитные жидкости. Магнитные жидкости является одной из разновидностей ультрадисперсных систем и представляет собой коллоиды, в коте рых суперпарамагнитные частицы сферической формы со средним размером от нескольких десятков до ста ангстрем находятся в немагнитных жидкостях- носителях. Уникальной особенностью эти систем является сочетание характерной для жидкости высокой те кучести с появлением сильного отклика на приложенное внешнее магнитное поле.

Особое внимание в работе уделено исследованию приповерхностного слоя магнитной жидкости, граничащего с немагнитным материалом. Это связано с тем, что свойства магнитных жидкостей вблизи поверхности и в объеме могут существенно отличатьс Приложение внешнего магнитного или электрического поля приводит к возникновению новых физических явлений, происходящих в приповерхностной области магнитной жидкости. Изучение явлений происходящих на границе раздела магнитная жидкость - твердое тело, представляет также и практический интерес, так как их необходимо принимать во внимание при конструировании различны технических устройств, например, магнитожидкостных герметизаторов, узлов смазки механизмов и др.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы являлось экспериментальное и теоретическое исследование магни тооптических и оптических свойств различных ультрадисперсных систем. 6 качестве таких систем были рассмотрены ансамбли калиброванных по размеру ультрадисперсных сферических частиц ни келя и кобальта, а также магнитные жидкости на основе ультрадисперсных частиц магнетита и железа.

В задачу работы входило:

- исследование экваториального эффекта Керра и оптических свойств ансамблей калиброванных по размеру ультрадисперсных частиц никеля и кобальта;

- экспериментальное определение и теоретический расчет в рамках модели Максвелла- Гарнетта компонент тензора эффективной диэлектрической проницаемости ансамблей ультрадисперсных частиц никеля и кобальта;

- экспериментальное изучение экваториального эффекта Керра на

компоненте падающего света на ансамблях ультрадисперсных частиц никеля;

- исследование свойств приповерхностной области магнитных жидкостей, приготовленных на основе ультрадисперсных частиц магнетита и железа, магнитооптическими и оптическими методами;

Научная новизна и практическая ценность работы. Представлены результаты экспериментального исследования экваториального эффекта Керра и эффективных оптических констант на ансамблях калиброванных по размеру сферических частиц никеля и кобальта в диапазоне размеров частиц от ста до тысячи ангстрем. Экспериментально определены компоненты тензора эффективной диэлектрической проницаемости этих систем. Проведено сравнение экспериментальных результатов с данными теоретических расчетов в рамках модели Максвелла- Гарнетта, распространенной на случай магнитной среды. На ансамблях ультрадисперсных частиц никеля обнаружено резкое возрастание (на два порядка) величины экваториального эффекта Керра на 3 - компоненте падающего линейно- поляризованного света по сравнению с величиной этого эффекта на массивном никеле.

Впервые магнитооптическим и оптическим методами исследованы процессы, протекающие в приповерхностной области различных магнитных жидкостей при приложении внешних магнитного и электрического полей. Экспериментально обнаружено, что в однородном магнитном поле, параллельном поверхности магнитной жидкости, имеет место уменьшение концентрации магнитных частиц в приповерхностной области жидкости.

Впервые обнаружены и исследованы временные осцилляции коэффициента отражения поверхности магнитной жидкости во внешнем однородном магнитном поле, параллельном поверхности жидкости. Предложена теоретическая модель, описывающая это явление, в которой рассмотрена интерференция световых лучей, отраженных от границ тонкого приповерхностного слоя магнитной жидкости с пониженной концентрацией магнитных частиц.

Обнаружено, что для некоторых слабоконцентрированных магнитных жидкостей направление вектора намагниченности в приповерхностной области противоположно направлению намагниченности

в объеме жидкости.

Магнитооптическим и оптическим методами изучено вли электрического поля на процесс поверхностного перераспре ния магнитных частиц. Экспериментально установлено, что чение напряженности электрического поля приводит к воэра концентрации частиц вблизи поверхности магнитной жидкост появлению поверхностных концентрационных течений.

Показано, что экспериментальные методы, основанные мерении нечетных по намагниченности магнитооптических эф позволяют получать новую информацию о влиянии поверхност тивных веществ и жидкостей- носителей как на свойства от, ных частиц магнитной жидкости, так и на их поведение в а ле. Обнаруженные физические явления, происходящие в прип ностной области магнитных жидкостей должны приниматься в* мание при рассмотрении вопросов взаимодействия магнитных лоидов с поверхностью твердого тела.

Аппробация работы.

Основные результаты диссертационной работы докладов) на IX Всесоюзной школе- семинаре "Новые магнитные матери! для микроэлектроники" (Саранск, 1984), на 1У и У Всесоюз! конференциях по магнитным жидкостям (Плес, 1985; Плес, на 1У Всесоюзном симпозиуме "Свойства малых частиц и ост| вых металлических пленок" (Сумы, 1985), на Ш, 1У и У Всес ных совещаниях по физике магнитных жидкостей (Ставрополь, Душанбе, 1988; Пермь, 1990), на ХУШ Всесоюзной конференци физике магнитных явлений (Калинин, 1988), на II Всесоюзнс ференции "Фиэикохимия ультрадисперсных систем" (Юрмала, I на Ш Всесоюзной конференции "Магнитные жидкости в биологи медицине" (Сухуми, 1989), на Меадународной конференции пс зике магнитных явлений " (Вашингтон, 1989),

У и У1 Международных конференциях по магнитным жидкостям 1990; Париж, 1992), на 38 Международной конференции по ма тизму и магнитным материалам (Минеаполис, 1993).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано I1 чатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит и дения, четырех глав, заключения и списка литературы. Она ■

жит 140 страниц машинописного текста, 75 рисунков, 2. таблиц и 153 наименований цитированной литературы.

II. КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении раскрывается актуальность темы, сформулированы основные задачи работы, описывается структура диссертации.

Первая глава диссертации представляет собой литературный обзор.

В § 1.1 обсуздаются магнитные свойства ансамблей ультрадисперсных ферромагнитных частиц. Описаны основные эффекты, характерные для этих систем, такие как однодоменность и суперпарамагнетизм частиц. Рассмотрены особенности магнитных свойст магнитных жидкостей.

В § 1.2 рассмотрены оптические свойства ансамблей малых частиц. Обсуждаются основные теоретические методы,описывающие взаимодействие света с ультрадисперсными системами. Сформулированы условия их применимости, дается сравнение теоретических расчетов с экспериментальными данными. Представлены результаты исследования оптических свойств магнитных жидкостей.

В § 1.3 рассмотрены методы теоретического описания магнитооптических свойств ультрадисперсных магнитных систем, а также экспериментальные данные измерения величин нечетных магнитооптических эффектов, таких как эффекты Фарадея и Керра. Особое внимание уделено рассмотрению магнитооптических свойств магнитных жидкостей.

Во второй главе диссертации рассмотрены магнитооптический и оптический методы, использованные в работе для изучения ультрадисперсных магнитных систем, описаны способы приготовления экспериментальных образцов. Проведен анализ возможных погрешностей эксперимента.

В § 2.1 описан магнитооптический метод исследования поверхности ферромагнетика, основанный на измерении величины экваториального эффекта Керра.

В § 2.2 описан метод Эвери для определения оптических констант материалов, рассмотрена экспериментальная установка.

Рис. 2

В § 2.3 рассмотрены способы приготовления образцов ансамблей калиброванных по размеру ультрадисперсных сферических частиц никеля и кобальта, а также магнитных жидкостей на основе ультрадисперсных частиц магнетита и железа в воде, керосине и различных кремнийорганических жидкостях. В заключительной части этого параграфа рассмотрены систематические и случайные ошибки, возникающие при проведении магнитооптических и оптических измерений.

Третья глава диссертационной работы посвящена изучению магнитооптических и оптических свойств ансамблей калиброванных по размеру ультрадисперсных сферических частиц никеля и кобальта.

В § 3.1 рассмотрены результаты исследования ансамблей аэрозольных частиц никеля с различными средними диаметрами в диапазоне от 100 до 950 А, находящихся в воздухе или в твердой диэлектрической среде. Были измерены спектральные и угловые зависимости величины экваториального эффекта Керра. Показано, что характер спектральных и угловых зависимостей эффекта существенно изменяется при переходе никеля из массивного в ультрадисперсное состояние, при этом помещение частиц в твердую диэлектрическую матрицу амилацетата не приводило к заметному изменению магнитооптических свойств ансамблей аэрозольных частиц никеля. Для примера на рис. I представлены спектральные зависимости величины экваториального эффекта Керра £>р (1ю> ), измеренные при угле падения света = 60° на ансамблях аэрозольных частиц никеля диаметром £) = 400 А (кривая I) и 950 .А (кривая 2)

© о

в воздухе и О = 100 А (кривая 3) и 830 А (кривая 4) в амилаце-татетате, а также для массивного никеля (кривая 5).

В работе было проведено сравнение полученных экспериментальных зависимостей &р (Кю ) и ( 4* ) с аналогичными кривыми, рассчитанными в рамках теоретической модели Максвелла -Гарнетта, распространенной на случай магнитных сред. Расчет спектральных зависимостей величины экваториального эффекта Керра ), проведенный для ансамблей ультрадисперсных частиц никеля, находящихся как в воздухе, так и в амилацетате, показал, что характер этих кривых существенно зависит от величины объемной концентрации частиц си в ансамбле. Для примера, на

... ~itr~— '------

: \ -y^-:

■ к

о. . '___о

0fil10 гоУ— 25 ^

'/I

г л / // 8

11F/ "

. AV/ Д.

5 4 W ■

f

Рис. 3

Рис.4

рис. 2 представлены зависимости 8>р (t\tó ), рассчитанные при угле падения света * 60° для ультрадисперсных ансамблей никеля с с^ я 0,05 (кривая I), 0,1 (кривая 2), 0,15 (кривая 3) и 0,2 (кривая 4). В рамках модели Максвелла- Гарнетта были также рассчитаны угловые зависимости величины эффекта )•

Теоретические зависимости cú ) и Оь рассчитанные

при значениях с^ = 0,05...0,15, хорошо описывают экспериментальные результаты, полученные на образцах аэрозольных частиц никеля. В частности, это можно видеть, сопоставляя приведенные на рис. I и рис. 2 экспериментальные и теоретические спектраль ные зависимости величины экваториального эффекта Керра. Проведенные электронно- микроскопические исследования ансамблей аэрозольных частиц никеля показали, что объемная концентрация частиц в ансамблях лежит в пределах указанного выше интервала значений с^ .

На основании экспериментального и теоретического рассмотрения ансамблей ультрадисперсных частиц никеля в работе делается вывод о том, что изменение среднего диаметра частиц практически не влияет на магнитооптические свойства указанных ультрадисперсных ансамблей. При этом определяющее значение в формировании магнитооптических свойств этих сред имеет величина объ емной концентрации магнитных частиц.

В работе были также измерены спектральные зависимости эффективных оптических параметров II и К ансамблей аэрозольных частиц никеля. На основе экспериментальных магнитооптических и оптических данных были рассчитаны значения компонент тензора эффективной диэлектрической проницаемости этих систем.

Сопоставление спектральных зависимостей действительной и мнимой частей диагональной и недиагональной компонент тензора с аналогичными зависимостями, полученными в рамках модели Максвелла- Гарнетта, показало, что эта теоретическая модель качественно описывает полученные экспериментальные результаты.

В § 3.2 рассмотрены результаты магнитооптического и оптического исследования ансамблей ультрадисперсных калиброванных по размеру сферических частиц кобальта, находящихся в амилацетате. Были измерены спектральные и угловые зависимости величины экваториального эффекта Керра. Обнаружено, что эти заЕиеи-

/ \„

\

/

5 2,0 Ws* 3Р

/ /

0,5 / 1,0 „ ,

./л

V

Рис. 5

г,о is 10 0,5

О -

v< ',2

tМин

Ю СО 30 C|0 SO №

Рис. 6

у

£ <i 6 8 10 (2 ^ Рис. 7

мости 6р (1ги1) иЬр(4>). измеренные на различных образцах аэрозольных порошков кобальта, существенно отличаются как от зависимостей для массивного кобальта, так и между собой. В качестве примера, на рис. 3 представлены кривые ), измеренные при = 60° на образцах аэрозольного кобальта со средним диаметром частиц 1) =» 160 А (кривая I), 350 А (кривая 2), 650 А (кривая 3) в амилацетате, а также для массивного кобальта (кривая 4).

В работе проведен соответствующий расчет спектральных и угловых зависимостей величины экваториального эффекта Керра в рамках модели Максвелла- Гарнетта. Было показано, что поведение теоретических кривых 8>р^(1т.со ) существенно зависит от величины параметра с^ . При этом в диапазоне значений су = 0,05...0,2 наиболее резкие изменения характера кривых ) наблюда-

ются при значении угла падения света 4? * 60°, что можно видеть на рис. 4, где представлении зависимости (Ки> ), рассчитанные при с^ * 0,05 (кривая I), 0,1 (кривая 2), 0,15 (кривая 3) и 0,2 (кривая 4).

Сравнение экспериментальных результатов с расчетными свидетельствовало о том, что теория Максвелла- Гарнетта хорошо описывает магнитооптические свойства ансамблей ультрадисперсных сферических частиц кобальта. При этом было показано, что существенное отличие магнитооптических свойств, экспериментально обнаруженное на ансамблях аэрозольных частиц кобальта разного размера, в первую очередь, связано с различными величинами объемной концентрации частиц в этих ансамблях.

В работе представлены результаты измерения эффективных оптических констант ансамблей ультрадисперсных сферических частиц кобальта в амилацетате и расчета значений компонент тензора эффективной диэлектрической проницаемости этих сред. Сравнение спектральных зависимостей компонент тензора с аналогичными зависимостями, рассчитанными в рамках модели Максвелла- Гарнетта показало качественное согласие экспериментальных и теоретических результатов.

В § 3.3 представлены результаты исследования экваториального эффекта Керра на Э-компоненте падающего света.

В работе было обнаружено, что на ансамблях частиц н со средним диаметром ■ 400 А, 830 1 и 950 А в воздухе тиц никеля с 1) « 950 А в амилацетате наблюдалось возрас величины этого эффекта на два порядка по сравнению логичной величиной для массивного никеля. При этом на вс раэцах с меньший диаметрами частиц никеля, а также на п ках кобальта такое возрастание величины 85 не наблюдалос: ким образом, полученные результаты свидетельствуют о том значительное возрастание величины эффекта происходит при тижении некоторого критического размера частиц, зависяще! диэлектрической проницаемости окружающей среды. В работе дованы зависимости величины эффекта от энергии кванто; и угла падения 4? света. Показано, что величина эффекта \ рактер его спектральных и угловых зависимостей слабо меш при изменении среднего диаметра частиц в ансамбле. Иссле; ние полевых зависимостей величины эффекта (И ) не выя1 каких- либо особенностей по сравнению с аналогичными зав* мостями экваториального эффекта Керра на р- компоненте.

На основе полученных экспериментальных данных рассад спектральная зависимость недиагональной компоненты тензор фективной магнитной проницаемости ансамбля ультрадисперс* частиц никеля.

Четвертая глава диссертационной работы посвящена из} магнитооптических и оптических свойств приповерхностной с магнитных жидкостей в магнитном и электрическом полях.

В § 4.1 представлены результаты магнитооптического и дования магнитных жидкостей на основе ультрадисперсных с<| ческих частиц магнетита и железа в различных жидкостях но лях. В работе измерялась величина экваториального аффекта при отражении светового луча от плоской границы раздела с магнитная жидкость.

Показано, что характер спектральных зависимостей вел экваториального эффекта Керра (1яс0 ) при угле падения та ^ и 70° сохраняется для всех магнитных жидкостей на о частиц магнетита вне зависимости от химического состава п ностно- активного вещества и жидкости- носителя. Анализ р льтатов, полученных при изучении магнитных жидкостей на 01

частиц железа и их осадков показал, что поверхностно- активное вещество и жидкость- носитель значительно сильнее влияют на свойства ультрадисперсных частиц железа, чем в случае магне-титовых магнитных жидкостей. Для примера, на рис. 5 для угла падения света ^ * 70° представлены зависимости Sp СКсо ) для магнитной жидкости на основе частиц магнетита (кривая I) и пленки массивного магнетита (кривая 2), а также для осадков двух различных магнитных жидкостей на основе частиц железа (кривая 3, 4) и образца массивного железа (кривая 5).

Представлены результаты исследования магнитооптических свойств приповерхностной области магнетитовых магнитных жидкостей на основе керосина. Обнаружено, что на слабоконцентрированных магнитных жидкостях (с^=0,03) знак экваториального эффекта Керра отличается от знака эффекта на высококонцентрированных магнитных жидкостях того же состава (<^=0,1 ). Анализ спектральных и угловых зависимостей экваториального эффекта Керра показал, что изменение знака эффекта при переходе от слабоконцентрированной к высококонцентрированной магнитной жидкости связано с тем, что в слабоконцентрированных магнитных жидкостях ориентация намагниченности приповерхностного слоя жидкости противоположна направлению внешнего магнитного поля 11 Аналогичный результат был получен и на магнитной жидкости на основе частиц железа в кремнийорганической жидкости. При этом, как показали дополнительные магнитометрические измерения, намагниченность в объеме этих жидкостей совпадала с направлением поля Н. Образование приповерхностного слоя магнитной жидкости с отрицательной намагниченностью объяснено минимизацией полей рассеяния за счет замыкания магнитного потока через приповерх-ностный слой образца с магнитной жидкостью.

В § 4.2 представлены результаты исследования процессов перераспределения магнитных частиц в приповерхностной области магнитной жидкости при приложении внешнего магнитного поля.

Исследованы зависимости величины экваториального эффекта Керра от времени "t после включения внешнего однородного магнитного поля, параллельного поверхности магнитной жидкости. При этом были выполнены условия, при которых величина этого эффекта на ультрадисперсной среде была прямо пропорциональна

концентрации частиц в приповерхностной области магнитной жидкости. Обнаружено, что при включении магнитного поля величина экваториального эффекта Керра постепенно уменьшается, достига через некоторое время насыщения, что можно видеть на рис. 6 (кривая I) для магнетитовой магнитной жидкости. Полученный ре зультат свидетельствует об уменьшении поверхностной концентра ции магнитных частиц во внешнем магнитном поле.

На этих магнитных жидкостях были измерены зависимости от носительного коэффициента отражения света R0TH ■ ^н/^аО от ВР мени t , отсчитываемого от момента включения внешнего магнит ного поля Н. Здесь 1ц и IjjsO " интвнсивн00"1,11 света, отраженно го от поверхности раздела стекло - магнитная жидкость при наличии и осутствии магнитного поля, соответственно. Полученные экспериментальные зависимости имели характерный вид, представ ленный для угла падения света = 70° и длине волны света \ я 0,62 мкм на рис. 6 (кривая 2).

На некоторых магнитных жидкостях при соответствующих условиях были получены зависимости R0TH(Ь ), имеющие ярко выраже! ный осцилляционный характер. В качестве примера, на рис. 7 представлена одна из таких кривых R0TH("Ь ), полученная на магнетитовой магнитной жидкости в кремнийорганике при угле падения света на образец ^р = 70°, длине волны света X = 0,62 мга и величине напряженности магнитного поля Н = I кЭ.

В работе предложена теоретическая модель, описывающая прс цессы, приводящие к возникновению временных осцилляций R0-jH ("t-Она основана на том, что на границе раздела стекло- магнитная жидкость возникает градиент магнитного поля, обусловленный намагничиванием магнитной жидкости. При этом под действием возникающей градиентной силы магнитные частицы перемещаются от границы раздела. В результате этого вблизи поверхности магнитной жидкости образуется прозрачный слой с пониженной концентрацией магнитных частиц. Движение частиц от границы раздела стекло- магнитная жидкость приводит к образованию перемещающегося слоя магнитной жидкости с повышенной концентраидей частиц Получено уравнение движения этого слоя. При этом образуется пе ремещающаяся граница двух областей магнитной жидкости с резким перепадом концентрации магнитных частиц. Пучок света, отражен-

ный от этой границы, интерферирует с пучком, отраженным от границы раздела стекло- магнитная жидкость, что приводит к появлению осцилляционной зависимости Яотн("Ь ). В рассмотренной модели были сформулированны требования, предъявляемые к магнитным жидкостям и условия оптического эксперимента для наблюдения оецилляционных зависимостей Иотн (1 ).

Для оценки адекватности предложенной модели были выполнены измерения оецилляционных зависимостей Нотн (^) при различных значениях концентрации частиц с^- , длины волны X и величины поля Н. В этих экспериментах наблюдалось хорошее согласие теоретических и экспериментальных результатов, что свидетельствовало о справедливости основных положений теоретической модели.

В § 4.3 магнитооптическим и оптическим методами рассмотрены свойства приповерхностной области магнитной жидкости при приложении внешнего электрического поля, перпендикулярного поверхности магнитной жидкости. В эксперименте магнетитовая магнитная жидкость помещалась мелду двумя плоскими электродами из £>п Оа • Находящийся в контакте с магнитной жидкостью электрод был изготовлен в виде тонкого прозрачного покрытия, напыленного на поверхность стеклянной пластинки. Присутствие пленки БпО^ приводило к интерференции световых лучей, отраженных от поверхности магнитной жидкости и границы раздела 8п - стекло.

Наличие ненулевого экваториального эффекта Керра только у одного из интерферирующих лучей, отраженного от поверхности магнитной жидкости, приводило к появлению магнитооптической интерференции, при этом условиям возникновения максимумов интенсивности отраженного света соответствовали минимумы величины экваториального эффекта Керра и наоборот.

Магнитооптическим и оптическим методами установлено, что увеличение напряженности электрического поля приводит к возрастанию концентрации частиц вблизи поверхности магнитной жидкости и появлению поверхностных концентрационных течений. Увеличение в электрическом поле поверхностной концентрации частиц объяснено формированием в приэлектродной области магнитной жидкости двойного электрического слоя плотно упакованных частиц магнетита. Появление в магнитной жидкости поверхностных концентрационных течений приводило к временной нестабильности коэффи-

циента отражения рассмотренной оптической системы. Иссле характер изменения этих процессов в зависимости от вели напряженности электрического поля.

В заключении сформулированы основные выводы и реэу^ диссертационной работы, которые сводились к следующему:

1. Экспериментально исследованы магнитооптические и опт* свойства ансамблей калиброванных по размеру ультрадаспер сферических частиц никеля и кобальта. Показано, что для лей частиц кобальта спектральные зависимости экваториал! эффекта Керра отличаются существенно. Для ансамблей част келя эти отличия выражены значительно слабее.

2. Для ансамблей ультрадисперсных частиц никеля и кобаль считаны компоненты тензора эффективной диэлектрической п цаемости. Показано, что величина действительной и мнимой той недиагональной компоненты тензора на три порядка мен аналогичных значений для массивного металла.

3. В рамках теоретической модели Максвелла- Гарнетта для самблей ультрадисперсных частиц никеля и кобальта провед расчеты спектральных зависимостей компонент тензора эффе диэлектрической проницаемости, а также спектральных и уг зависимостей экваториального эффекта Керра. Показано, чт ретические зависимости значений компонент тензора качест совпадают с экспериментальными данными, а расчеты спектр и угловых зависимостей экваториального эффекта Керра хор ласуются с аналогичными зависимостями, экспериментально ценными на ансамблях ультрадисперсных частиц никеля и ко

4. На ансамблях ультрадисперсных частиц никеля обнаружен следован экваториальный эффект Керра на Б - компоненте, нимый по величине с экваториальным эффектом Керра на р-ненте. Показано, что эффект на 3 - компоненте появляетс превышении некоторого размера частиц, зависящего от диэл! ческой проницаемости среды, в которой находятся частицы, новлено, что при дальнейшем увеличении размера частиц ха] и величина спектральных и угловых зависимостей эффекта и: ютея слабо. На основе экспериментальных данных рассчитан; ральнал зависимость недиагональной компоненты тензора эф< ной магнитной проницаемости.

I у- 'л »4 , I- :н. \\ т - . ' )• V I ч

- 19 -

5. Разработана методика исследования магнитооптических и оптических свойств тонкого приповерхностного слоя магнитной жидкости.

6. Исследованы магнитооптические и оптические свойства магнитных жидкостей и их осадков на основе ультрадисперсных частиц магнетита и железа. Показано, что при определенных углах падения света характер спектральных зависимостей экваториального эффекта Керра для магнетитовых магнитных жидкостей и массивного магнетита совпадает. Однако эти зависимости для магнитных жидкостей на основе частиц железа существенно отличаются от аналогичных зависимостей для массивного железа.

7. Впервые экспериментально обнаружено, что на некоторых слабоконцентрированных магнитных жидкостях в однородном магнитном поле, параллельном поверхности магнитной жидкости, намагниченность приповерхностного слоя противоположна намагниченности объема.

8. Впервые обнаружено уменьшение концентрации магнитных частиц вблизи поверхности магнитной жидкости в однородном магнитном поле и появление тонкого приповерхностного слоя, обедненного магнитными частицами. Исследованы временные осцилляции ко эффициента отражения поверхности магнитной жидкости, обусловленные увеличением толщины этого слоя.

9. Предложена теоретическая модель, описывающая процессы, приводящие к возникновению временных осцилляций коэффициента отражения поверхности магнитной жидкости.

10. Проведено исследование влияния электрического поля на концентрацию магнитных частиц вблизи поверхности электрода при электрофорезе. Показано, что увеличение напряженности электрического поля приводит к возрастанию поверхностной концентрации частиц и появлению поверхностных концентрационных течений.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

I. Кринчик Г.С., Никитин Л.В., Тулинов А.А., Ген М.Я., Стоен-ко Н.И. Магнитооптические свойства аэрозольных частиц никеля./ В сб.: IX Всесоюзная школа- семинар "Новые магнитные материал!., для микроэлектроники."- Саранск, 1984.- С. 132...133.

2. Кринчик Г.С., Никитин Л.В., Тулинов A.A., Ген М.Я., Стоен-ко Н.И. Магнитооптические свойства аэрозольных частиц кобалм // В кн.: Свойства малых частиц и островковых металлических пленок.- Киев: Наукова думка, 1985.- С.117...118.

3. Никитин Д.В., Тулинов A.A. Исследование ферромагнитной жи^ кости магнитооптическим методом // В сб.: Тезисы 1У Всесоюзно конференции по магнитным жидкостям.- М., 1985.- Т.2.- С.10.

4. Никитин Л.В., Тулинов A.A. Исследование магнитооптических и оптических свойств приповерхностной области магнитной жидке ти // В сб.: Тезисы докладов Ш Всесоюзного совещания по физик магнитных жидкостей.- Ставрополь, 1986.- С.81...82.

5. Никитин Л.В., Тулинов A.A. Магнитооптические свойства приповерхностного слоя феррожидкости // В кн.: Статические и дин мические свойства магнитных жидкостей.- Свердловск, 1987.- С. 9.. .11.

6. Никитин Л.В., Тулинов A.A. Нечетные магнитооптические эффе ты в магнитной жидкости // В сб.: Тезисы ХУШ Всесоюзной конфе ренции по физике магнитных явлений.- Калинин. 1988.- С. 872.

7. Никитин Л.В., Тулинов A.A., Силаев В.А. Влияние состава ма нитной жидкости на стабильность свойств ферромагнитной фазы / В сб.: Тезисы докладов 1У Всесоюзного совещания по физике маг нитных жидкостей.- Душанбе, 1988.- С.64...65.

Ь. Никитин Л.В., Тулинов A.A., Довченко Е.Ю. Исследование поверхностных и объемных свойств магнитной жидкости // В сб.: Тезисы докладов У Всесоюзной конференции по магнитным жидкост - М., 1988.- Т.2.- С.34...35.

9. Никитин Л.В., Тулинов A.A. Магнитооптическое исследование электронной структуры, магнитных свойств, адсорбционной спосо ности и стабильности феррофазы в магнитных жидкостях // В сб. Тезисы докладов Ш Всесоюзной конференции "Магнитные жидкости биологии и медицине. Сухуми, 1989.- С.87...88.

10. Никитин Л.В., Тулинов A.A. Исследование нечетных магнитооптических эффектов в магнитной жидкости // В кн.: Приборы и методы измерения физических параметров ферроколлоидов. - Свер, ловск, 1990.- C.I8...26.

-Zi-

11. N;Ub\Lv.,Tu?inou-A.A.The 0aa magneto-opticaX el-fects in ma^netlc i'uids//IEEE T4ansacAtor\s on. Hacjrve-t[es.-ß83-V.52.-W 5. - P.3863...3865.

12. Никитин JI.В., Тулинов A.A., Чеканов В.В., Бутенко A.A. Исследование электроуправляемой границы раздела тонкая прово-' дящая пленка- магнитная жидкость // В сб.: Тезисы докладов У Всесоюзного совещания по физике магнитных жидкостей.- Пермь, 1990.- С.97...98.

13. Бутенко A.A., Володихина И.И., Никитин Л.В., Тулинов A.A. Электроотражение света от тонкой пленки, грничащей с магнитной жидкостью // В сб.: Тезисы докладов У Всесоюзного совещания по физике магнитных жидкостей.- Пермь, 1990.- С.36...38. •

14. Nikitin L.V.,Tufinoir A.A. Mo. j.nefo-optica?, ^«t optica? InvesV^a-■Ыоп o| t|\e -Suxface xe^ion o| magneiit |iuicls /'Jou'mat of Mag,netiSm ar\d Hac^e'Uc Maievials.- B90.-V.85,-P.89.. 92

15. Никитин Л.В., Тулинов A.A. Нечетные магнитооптические эффекты и исследование свойств тонкого приповерхностного слоя магнитной жидкости // Изв. АН СССР, сер. физич.- 1991.- Т.55, № 6.- C.II20...1126.

16. Бутенко A.A., Ларионов Ю.А., Никитин Л.В., Тулинов A.A., Чеканов В.В. Оптическая и магнитооптическая интерференция в тонком прозрачном электроде, граничащем с магнитной жидкостью // Изв. АН СССР, сер. физич.- 1991.- Т.55, № 6.- C.II4I...1148.

17. Nikvim L.V., Tuimoir A.A. OscilWums о? -tefUiorv ?acW 'in. ma^ne-lic ^uids // AbsKacts o| iKe Sixtk InWwdiona?.

Conference or*. Ma^ne-tic. Feuids.- Paiis. 1992,- P. 380...^.