В КФУ разработан новый метод исследования магнитных свойств наночастиц

Одним из авторов нового метода является магистрант Института физики Казанского федерального университета Глеб Долгоруков, получивший недавно стипендию Правительства РФ. Впервые эффективность нового метода, была показана в его дипломной работе, посвященной исследованию магнитных свойств наноалмазов.

Сейчас молодой физик изучает процессы ядерной магнитной релаксации гелия-3 в контакте с кристаллическими нанопорошками при низких температурах.

«Наша научная группа, которой руководит заведующий кафедрой квантовой электроники и радиоспектроскопии Мурат Салихович Тагиров, разработала метод измерения среднего расстояния от поверхности наночастицы до парамагнитных центров, содержащихся в приповерхностном слое этой наночастицы”, – сказал Глеб.

Теоретическая модель и методика эксперимента, позволяющие определить это расстояние, были предложены сотрудником научно-исследовательской лаборатории магнитной радиоспектроскопии и квантовой электроники КФУ Вячеславом Кузьминым.

«По зависимости скорости продольной релаксации ядерных спинов изотопа гелия (гелия-3), измеренной методом ядерного магнитного резонанса, от температуры в диапазоне 1,5 – 4,2 К, используя модель, описывающую эксперимент, удалось определить расположение парамагнитных центров внутри образца. Согласно модели релаксации и полученным экспериментальным результатам, среднее расстояние между парамагнитными центрами и поверхностью наноалмазов составляет 0,5±0,1 нм. Это значение согласуется с информацией о структуре наноалмаза, полученной при характеризации образца», – сообщил молодой исследователь.

Кроме того, магистрант объяснил, почему гелий-3 прекрасно подходит на роль магнитного зонд: его молекулы имеют самый маленький размер , а значит, обладают высокой проникающей способностью.

«Существуют другие методы определения локализации парамагнитных центров в наночастицах, но наш для таких размеров частиц (3-10 нм) является очень точным (точность – один ангстрем). Информация о расположении парамагнитных центров очень важна, поскольку область применения наночастиц, в частности, зависит от локализации парамагнитных центров, – рассказал Вячеслав Кузьмин. Парамагнитными центрами могут быть атомы и ионы, обладающие неспаренным электроном, а также различные дефекты в кристаллической структуре».

Сейчас во всем мире, в том числе в КФУ, исследуются свойства наноалмазов, это обусловлено тем, что сфера их применения довольно широкая . Они могут быть использованы для создания элементов наноэлектроники, нано-композиционных материалов, селективных адсорбентов, а также материалов медицинского назначения.

Некоторые типы парамагнитных центров в наноалмазах, например, NV-центры, изучаются сегодня очень активно. NV-центры – это азото-замещённая вакансия в алмазе, один из многочисленных точечных дефектов алмаза. Уникальность дефекта в том, что его свойства почти аналогичны свойствам атома, «замороженного» в кристаллической решётке алмаза. NV-центры могут быть использованы в качестве наноразмерных датчиков для измерения физических параметров окружающей среды, как элемент для увеличения контрастности МРТ и даже как базовый элемент будущего квантового процессора, необходимого для создания квантового компьютера