Магнетизм нано- и микрочастиц: получение, свойства и применения

Аннотация

В настоящее время исследования в области нано- и микроразмерного магнетизма являются одним из наиболее актуальных направлений физики конденсированного состояния. Более того, магнетизм становится неотъемлемым свойством наноразмерных систем. В связи с этим, получение базисных знаний об особенностях магнитных свойств и характере поведения нано- и микроразмерных магнитных материалов, а также особенностях их изготовления и применения на практике является важным не только для физики в целом, но и для таких областей как энергетика, автомобилестроение, медицина, электроника и т. д. Так, например, 90% современных электромобилей имеют электроприводы на основе редкоземельных постоянных магнитов, состоящих из спеченного текстурированного порошка микронного размера. Курс дает знания о методах получения и магнитных свойствах таких объектов как: наночастицы, нанокомпозитные и наноструктурированные материалы, а также микрочастицы, микрозерна и др. Особое внимание уделяется свойствам объемных материалов, содержащих нано- и микроразмерные структурные элементы, определяющие магнитные и эксплуатационные свойства данных веществ (магнитные среды для записи информации, постоянные магниты, магнитные жидкости, магнитные гели и пены и др.).

Программа курса

Тема 1. Введение

Типы нано- и микроразмерных магнитных структур. Нано- и микрочастицы, нано и микрокомпозиты и структуры на их основе. Классификация. Основные параметры и свойства.

Тема 2. Методы получения микрочастиц

Синтез структур. Морфология. Методы изготовления. Механохимия.

Тема 3. Методы получения наночастиц

Тема 4. Методы экспериментального исследования

Электронные микроскопы (СЭМ и ТЭМ). Электронный парамагнитный резонанс. Эффект Мессбауэра. Исследования в сверхвысоком вакууме. Мегагауссные магнитные поля для исследования наноразмерных материалов.

Тема 5. Магнитная анизотропия

Фазовые диаграммы. Взаимосвязь структуры и магнитного поведения

Тема 6. Магнитные свойства

Основные типы магнитного упорядочения. Доменные структуры. Влияние характерных пространственных размеров.

Тема 7. Магнитокалорический эффект в наноразмерных объектах

Тема 8. Молекулярный магнетизм

Органические ферромагнетики. Магнетизм наночастиц, кластеров и молекул (Mn12Ac, Fe8, Fe10, V15, Fe30 и другие). Основы теории. Структурные, электронные и магнитные свойства кластеров. Кластеры переходных металлов в органических и других матрицах

Тема 9. Перспективы технического применения

Постоянные магниты

Тема 10. Поглощающие покрытия

Покрытия антенн.

Тема 11. Магнитная запись информации

Коэрцитивная сила и плотность записи. Продольная и перпендикулярная запись. Магнитные сенсоры и головки.

Тема 12. Магнитные жидкости

Тема 13. Локальная доставка лекарств

Тема 14. Нейроинтерфейсы на основе магнитных наночастиц

Тема 15. Магнитная гипертермия

Тема 16. Магнитные пены, гели, аэрозоли и т.д. и их применение

Литература

Основная

«Magnetic Materials and Technologies for Medical Applications. Ed. Alexander M. Tishin». Elsevier, Oxford, UK. 2021.
А. М. Тишин, Ю. И. Спичкин. «Наноразмерный магнетизм. Часть 1». М.: Физический факультет МГУ, 2012, 184 с.
A. M. Tishin, Y. I. Spichkin, V. I. Zverev, P. W. Egolf, A review and new perspectives for the magnetocaloric effect: new materials and local heating and cooling inside the human body // Int. J. Refrig. 68, 177 (2016).
С. А. Гудошников, Л. В. Матвеец, В. В. Мигулин, О. В. Снигирев, А. М. Тишин, Сканирующая магнитометрия высокого разрешения на основе сверхпроводящего квантового интерферометра // Радиотехника и электроника 46, 793 (2001).
И. В. Яминский, А. М. Тишин, Магнитно-силовая микроскопия поверхности // Успехи химии 68, 187 (1999).
Yu. I. Spichkin, A. K. Zvezdin, S. P. Gubin, A. S. Mischenko and A. M. Tishin, Magnetic molecular clusters as promising materials for refrigeration in low-temperature regions // J. Phys. D: Appl. Phys. 34, 1162 (2001).

Дополнительная

A. M. Tishin, A. A. Shtil, A. P. Pyatakov, V. I. Zverev, Developing Antitumor Magnetic Hyperthermia: Principles, Materials and Devices // Recent Pat. Anticancer Drug Discov. 11, 360 (2016).
A. M. Tishin, Preparation for use in a method of magnetic therapy of malignant neoplasms // Европейский патент EP 1 897 590 B1 (2016).
A. M. Tishin, Yu. A. Rochev, A. V. Gorelov, Magnetic carrier and medical preparation for controllable delivery and release of active substances, a method of production and method of treatment using thereof // USA patent N 9 017 713 B2 (2015).
T. M. Elkhova, A. K. Yakushechkina, A. S. Semisalova, Y. K. Gun’ko, Yu. I. Spichkin, A. P. Pyatakov, K. I. Kamilov, N. S. Perov, A. M. Tishin, Heating of Zn-substituted manganese ferrite magnetic nanoparticles in alternating magnetic field // Solid State Phenom. 233, 761 (2015).
А. К. Звездин, В. В. Костюченко, В. В. Платонов, В. И. Плис, А. И. Попов, В. Д. Селемир, О. М. Таценко // УФН 172, 1303 (2002).
S. P. Gubin, Y. I. Spichkin, G. Yu. Yurkov, and A. M. Tishin Nanomaterial for High-Density Magnetic Data Storage // Russian Journal of Inorganic Chemistry 47, 32 (2002)
А. М. Тишин, Ю. А. Рочев, А. В. Горелов, Носитель для лекарственных средств и биологически активных веществ // Патент RU 2006 136 148 A (2008).
А. М. Тишин, Способ проведения магнитной терапии злокачественных образований // Патент RU 2295933 С3 (2007).
A. M. Tishin, Y. A. Koksharov, J. Bohr, G. B. Khomutov, Evidence for magnetic ordering in ultrathin gadolinium Langmuir-Blodgett film // Phys. Rev. B 55, 11064 (1997).
O. V. Snigirev, K. E. Andreev, A. M. Tishin, S. A. Gudoshnikov and J.Bohr, Magnetic properties of thin Ni films measured by a dc SQUID-based magnetic microscope // Phys. Rev. B 55, 14429 (1997).
G. B. Khomutov, A. M. Tishin, S. N. Polyakov, J. Bohr Effect of anion type on monolayers and Langmuir-Blodgett films of gadolinium stearate // Colloids and Surfaces 166, 33 (2000).
Yu. A. Koksharov, S. P. Gubin, I. D. Kosobudsky, M. Beltran, Y. Khodorkovsky and A.M. Tishin, Low temperature electron paramagnetic resonance anomalies in Fe-based nanoparticles // J. Appl. Phys. 88, 1587 (2000).
A. M. Tishin, O. V. Snigirev, G. B. Khomutov, S. A. Gudoshnikov, J. Bohr, Magnetic volcanos in gadolinium Langmuir — Blodgett films // J. Magn. Magn. Mater. 234, 499 (2001).

Другие спецкурсы программы

Спецкурсы