بخشی از مقاله
چکیده
آرایه هاي نانوسیم FeCo با قطر 120 نانومتر به روش الکتروانباشت پالس متناوب درون قالب اکسید آلومیناي حفره دار تهیه شده به روش آندایز سخت، رشد داده شد. اندازه گیري هاي حلقه پسماند نمونه ها بیان کننده تاثیر جریان نهشت بر خواص مغناطیسی نانوسیم ها می باشد به طوري که با افزایش جریان، وادارندگی و نسبت مربعی کاهش می یابد که می توان آن را به افزایش برهم کنش هاي مغناطواستاتیک بین نانوسیم ها نسبت داد. هم چنین تحلیل پراش اشعه ایکس نشان داد نانوسیم ها داراي ساختار بلوري مکعبی مرکز حجمی می باشند.
مقدمه
نانوسیم ها یکی از انواع نانوساختارهاي تک بعدي هستندکه در سالیان اخیر به دلیل کاربردهاي متعددي که در الکترونیک، اپتیک و اسپینترونیک دارند، توجه بسیاري را به خود جلب کرده اند 1]از.[ میان روش هاي ساخت این آرایه ها روش الکتروانباشت پالس تناوبی نانوسیم هاي فلزي مغناطیسی درون قالب آلومیناي حفره دار - AAO - ، روش ساده و مقرون به صرفه می باشد که می توان با استفاده از این قالب طول، قطر سیم و فاصله بین سیمی را کنترل نمود
بررسی خواص مغناطیسی نانوسیم ها تاثیر بسزایی در جهت استفاده بهینه و مناسب در زمینهاین هاي مختلف دارد که در میان ناهمسانگردي شکلی، ناهمسانگردي بلوري و برهمهايکنش مغناطواستاتیکی بین نانوسیم ها سهم مهمی در تعیین رفتار مغناطیسی را به خود اختصاص می دهند
یکی از روشهاي بررسی خواص مغناطیسی استفاده از حلقه پسماند است که می توان از آن اطلاعات کلی از ماده مغناطیسی از جمله وادارندگی، نسبت مربعی، میدان اشباع و جهت محور آسان مغناطیسی به دست آورد . وادارندگی مقدار میدان خارجی مورد نیاز براي صفر کردن مغناطش نمونه و نسبت مربعی به صورت Mr/Ms - مغناطش پسماند به مغناطش اشباع - تعریف می شودو معیاري از پایداري سیستم است. داشتن نسبت مربعی در حدود یک و مقادیر بالایی از وادارندگی است از ویژگی هاي یک محیط ثبت مغناطیسی مناسب به شمار می روند 1]و.[2 با کاهش قطر نانوسیم تا جایی که نانوسیم به عنوان یک ذره تک حوزه اي عمل کند و کاهش برهم کنش هاي مغناطواستاتیک با تنظیم فاصله بین نانوسیم ها می توان به نسبت مربعی حدود یک و در نتجه آرایه
مناسب جهت ذخیره اطلاعات دست یافت
در این تحقیق نانوسیم هاي FeCo درون نانوحفره هاي قالب آلومیناي آندایز شده به روش سخت با استفاده از روش الکترونهشت پالس تناوبی ساخته شدند و تاثیر جریان نهشت بر خواص مغناطیسی نانوسیم ها با استفاده از مغناطومتر نمونه مرتعش - VSM - مورد مطالعه قرار گرفت.
تجربی
براي ساخت قالب آلومیناي حفره دار با استفاده از آندایز سخت ابتدا فویل آلومینیم خالص با درصد ضخامتخلوص% 99/999 و 0/3 میلی متر در دایره هایی به قطر 10 میلی متر بریده شد و براي از بین بردن چربی ها و آلودگی هاي سطحیدربه مدت 3 دقیقه آلتراسونیک توسط استون شسته شد. به منظور داشتن سطحی
صاف و یکنواخت نمونه در محلول اتانول و اسید پرکلریک با نسبت حجمی 4 به 1 در دانسیته جریان 100 mA cm2 به مدت 3 دقیقه الکتروپولیش گردید و با آب دو بار تقطیر شسته شد. سپس نمونه در ولتاژ ثابت 40 ولت به مدت 5 دقیقه با استفادهاسید از دماي اکسالیک 0/3 مولار در 0°C آندایز گردید.
در طول آندایز نرم یک لایه اکسید آلومینیم در سطح نمونه تشکیل می شود که مانند یک لایه حفاظتی عمل کرده و از سوختن نمونه در اوللحظه شروع آندایز سخت که جریان الکتریکی زیادي از نمونه می گذرد، جلوگیري می کند. سپس ولتاژ آندایز با آهنگ 0/5 ولت بر ثانیه تا 130 ولت افزایش داده شد و براي مدت 40 د قیقه در این ولتاژ نگه داشته شد. در ادامه به منظور نازك سازي لایه سدي ضخیم موجود ولتاژ از 130 ولت تا 110 ولت به صورت نمایی در دماي 10°C کاهش داده شد. در شکل 1 نمودار تغییجریانات ولتاژ- در طول این فرآیند نشان داده شده است.
در ادامه براي دست یابی به نانوحفره هایی با قطر بزرگ تر نمونه را برايدرمدت 50 دقیقه دماي 17°C در مجاورت اسید فسفریک 0/3 مولار قرار دادیم. بعد از گشادسازيمجدداً نمونه به مدت 5 دقیقه در دمايتحت10°C
آندایز 80 ولت قرار گرفت و نازك سازي تا 10 ولت انجام شد. براي نهشت یون ها در درون حفرات از یک حمام شامل 0/15 مولار سولفات کبالت، 0/15 مولار سولفاتلیتر آهن، یک گرم بر اسید آسکوربیک و 45 گرم بر لیتر اسید بوریک استفاده شد.
اسیدیته محلول با استفاده از NaHCO3 بر روي 5 تنظیم گردید و نهشت در ولتاژ اکسایش/کاهش:12/13ولت، زمان اکسایش وکاهش: 2/4 ms ، زمان خاموشی 48 ms و دماي 30°C انجام شد. . در همه نمونه ها 5 کولن بار نهشت داده شد. به منظور بررسی تاثیر جریان نهشت بر خواص مغناطیسی سه نمونه با شرایط مختلف آماده شد. در هر سه نمونه جریان در لحظه شروع آندایز بر روي 20 میلی آمپر قرار داده شد، سپس برنامه به گونه اي تنظیم گردید که در طول نهشت جریان با آهنگ هاي مختلف افزایش پیدا کند.
در این مطالعه سه آهنگ 0/125، 0/25 و 0/5 کولن بر میلی آمپر مورد استفاده قرار گرفت. به طور مثال در نمونه با آهنگ نهشت 0/5 کولن بر میلی آمپر بهکولنازاي هر 0/5 نهشت یون در حفرات یک میلی آمپر جریان افزایش می یابد و بعد از نهشت 5 کولن جریان نهشت به 30 میلی آمپر خواهد رسید و جریان نهایی نهشت در نمونه هاي با آهنگ 0/125 و 0/25 کولن بر میلی آمپر به ترتیب 60 و 40 میلی آمپر خواهدنمودار بود.
مربوط جریان عبوري از نمونه در شروع و انتهاي مرحله الکتروانباشت براي آهنگ هاي نهشت 0/5، 25کولن0/و 0/125 بر میلی آمپر به ترتیب در شکل 2 - الف - ، 2 - ب - و 2 - ج - نشان داده شده است.
شکل:1 نمودار جریان و ولتاژ بر حسب زمان در آندایز نرم، سخت و نازكسازي لایه سدي.
بعد از ساخت نمونه ها ریخت شناسی، خواص مغناطیسی و ساختار بلوري به ترتیب توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی - - SEM، مغناطومتر نمونه مرتعش - VSM - و تحلیل پراش اشعه ایکس مورد - - XRD مطالعه و بررسی قرار گرفت.
شکل :3 تصویر SEM از سطح مقطع نانوحفره هاي قالب آلومینا.
در شکل 4 - الف - حلقه پسماند مغناطیسی نمونه هاي ساخته شده
با آهنگ هاي نهشت مختلف نشان داده شده است. دیده می شود که با کاهش جریان نهشت - افزایش آهنگ نهشت - ، وادارندگی و نسبت مربعی نانوسیم ها افزایش می یابد - شکل این - 4 ب - - ، که افزایش را می توان به کاهش برهم کنش هاي مغناطواستاتیک بین آرایه هاي نانوسیم نسبت داد.
شکل:2 نمودار جریان عبوري در مراحل ابتدایی و انتهایی فرآیند الکتروانباشت براي آهنگ هاي نهشت مختلف - الف - 0/5 ، - ب - 0/25 و - ج - 0/125 کولن بر میلی آمپر.
نتایج و بحث
شکل 3 تصویر SEM از سطح مقطع حفرات نانوحفرات قالب آلومینا قبل از فرآیند گشادسازي را نشان می دهد. دیده می شود که قطر و فاصله بین حفره اي به ترتیب 60 و 275 نانومتر می باشند.
شکل : 4
- الف - حلقه پسماند نانوسیم هاي FeCo با آهنگ هاي نهشت مختلف
- ب - تغییرات وادارندگی و نسبت مربعی با آهنگ نهشت.
