THE ORIGIN OF G ≈ 4 EPR LINE IN MAGNETIC NANOCOMPOSITES: MANIFESTATION OF DOUBLE QUANTUM TRANSITIONS IN FERROMAGNETIC GRANULES

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Films of metal-insulator nanogranular composites MxD100–x with different compositions and atomic percentage of metal and dielectric phases (M = Fe, Co, Ni, CoFeB; D = Al2O3, SiO2, ZrO2; x ≈ 15–60 at.%) are investigated by electron magnetic resonance in a wide range of frequencies (f = 7–37 GHz) and temperatures (T = 4.2–360 K). At concentrations of the metallic ferromagnetic phase below the percolation threshold, the experimental spectra, besides the conventional ferromagnetic resonance signal, demonstrate an additional absorption peak characterized by a double effective g-factor g ≈ 4. The appearance of such a peak in the resonance spectra and its unusual properties are explained in the framework of the quantum mechanical “giant spin” model by the excitation of “forbidden” (“double quantum”) transitions in magnetic nanogranules with a change in the spin projection Δm = ±2.

About the authors

A. B. Drovosekov

Kapitza Institute for Physical Problems, Russian Academy of Sciences

Email: drovosekov@kapitza.ras.ru
Russian Federation, Moscow, 119334

M. Yu. Dmitrieva

Kapitza Institute for Physical Problems, Russian Academy of Sciences; National Research University Higher School of Economics

Email: drovosekov@kapitza.ras.ru
Russian Federation, Moscow, 119334; Moscow, 101000

A. V. Sitnikov

Voronezh State Technical University; National Research Centre Kurchatov Institute

Email: drovosekov@kapitza.ras.ru
Russian Federation, Voronezh, 394026; Moscow, 123182

S. N. Nikolaev

National Research Centre Kurchatov Institute

Email: drovosekov@kapitza.ras.ru
Russian Federation, Moscow, 123182

V. V. Ryl'kov

National Research Centre Kurchatov Institute; Institute of Theoretical and Applied Electrodynamics, Russian Academy of Sciences; Kotelnikov Institute of Radioengineering and Electronics, Fryazino Branch, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: drovosekov@kapitza.ras.ru
Russian Federation, Moscow, 123182; Moscow, 125412; Fryazino, Moscow oblast, 141190

References

  1. J. L. Dormann and D. Fiorani, Magnetic Properties of Fine Particles, Elsevier, Amsterdam (1992).
  2. S. P. Gubin, ed., Magnetic Nanoparticles, John Wiley & Sons, Hoboken, NJ (2009).
  3. S. Bedanta, A. Barman, W. Kleemann, O. Petracic, and T. Seki, J. Nanomater. 2013, 952540 (2013).
  4. N. Noginova, F. Chen, T. Weaver, E. P. Giannelis, A. B. Bourlinos, and V. A. Atsarkin, J. Phys.: Con-dens. Matter 19, 246208 (2007).
  5. V. A. Atsarkin and N. Noginova, Appl. Magn. Reson. 51, 1467 (2020).
  6. A. B. Drovosekov, N. M. Kreines, A. S. Barkalova, S. N. Nikolaev, V. V. Rylkov, and A. V. Sitnikov, J. Magn. Magn. Mater. 495, 165875 (2020).
  7. А. Б. Дровосеков, Н. М. Крейнес, А. С. Баркалова, С. Н. Николаев, А. В. Ситников, В. В. Рыльков, Письма в ЖЭТФ 112, 88 (2020).
  8. А. Б. Дровосеков, Н.М. Крейнес, О. А. Ковалев, А. В. Ситников, С. Н. Николаев, В. В. Рыльков, ЖЭТФ 161, 853 (2022).
  9. А. Б. Дровосеков, Н. М. Крейнес, О. А. Ковалев, А. В. Ситников, С. Н. Николаев, В. В. Рыльков, ЖЭТФ 162, 426 (2022).
  10. А. Б. Дровосеков, Н.М. Крейнес, Д. А. Зигануров, А. В. Ситников, С. Н. Николаев, В. В. Рыльков, ЖЭТФ 164, 650 (2023).
  11. V. Rylkov, A. Sitnikov, S. Nikolaev, A. Emelyanov, K. Chernohlazov, K. Nikiruy, A. Drovosekov, M. Blinov, E. Fadeev, A. Taldenkov, V. Demin, A. Vedeneev, A. Bugaev, and A. Granovsky, IEEE Magn. Lett. 10, 2509504 (2019).
  12. В. В. Рыльков, А. В. Емельянов, С. Н. Николаев, К. Э. Никируй, А. В. Ситников, Е. А. Фадеев, В. А. Демин, А. Б. Грановский, ЖЭТФ 158, 164 (2020).
  13. Yu. A. Koksharov, D. A. Pankratov, S. P. Gubin, I. D. Kosobudsky, M. Beltran, Y. Khodorkovsky, and A. M. Tishin, J. Appl. Phys. 89, 2293 (2001).
  14. A. Jitianu, M. Crisan, A. Meghea, I. Rau, and M. Zaharescu, J. Mater. Chem. 12, 1401 (2002).
  15. I. Edelman, O. Ivanova, R. Ivantsov, D. Velikanov, V. Zabluda, Y. Zubavichus, A. Veligzhanin, V. Zai-kovskiy, S. Stepanov, A. Artemenko, J. Curely, and J. Kliava, J. Appl. Phys. 112, 084331 (2012).
  16. T. Castner, G. S. Newell, W. C. Holton, and C. P. Sli-chter, J. Chem. Phys. 32, 668 (1960).
  17. H. H. Wickman, M. P. Klein, and D. A. Shirley, J. Chem. Phys. 42, 2113 (1965).
  18. Я. Г. Клява, ЭПР-спектроскопия неупорядоченных твердых тел, Зинатне, Рига (1988).
  19. А. Абрагам, Б. Блини, Электронный парамагнитный резонанс переходных ионов, Мир, Москва (1972).
  20. C. Legein, J. Y. Buzare, and C. Jacoboni, J. Non-Cryst.Sol. 161, 112 (1993).
  21. O. Raita, A. Popa, D. Toloman, M. Stan, A. Da-rabont, and L. Giurgiu, Appl. Magn. Res. 40, 245 (2011).
  22. W. Wang, Z. Jiang, and Y. Du, J. Appl. Phys. 78, 6679 (1995).
  23. N. A. Lesnik, R. Gontarz, G.N. Kakazei, A. F. Kra-vets, P. E. Wigen, and J. Dubowik, Phys. St. Sol. (a) 196, 157 (2003).
  24. J. Gomez, A. Butera, and J. A. Barnard, Phys. Rev. B 70, 054428 (2004).
  25. G.N. Kakazei, Yu.G. Pogorelov, M.D. Costa, V.O. Golub, J. B. Sousa, P. P. Freitas, S. Cardoso, and P. E. Wigen, J. Appl. Phys. 97, 10A723 (2005).
  26. M. J. M. Pires, J. C. Denardin, E.C. daSilva, and M. Knobel, J. Appl. Phys. 99, 063908 (2006).
  27. С. А. Вызулин, Ю.Е. Калинин, Г. Ф. Копытов, Е. В. Лебедева, А. В. Ситников, Н. Е. Сырьев, Изв. вузов, Физика 49, 47 (2006).
  28. G. N. Kakazei, X. M. Liu, J. Ding, V. O. Golub, O. Y. Salyuk, R. V. Verba, S. A. Bunyaev, and A. O. Adeyeye, Appl. Phys. Lett. 107, 232402 (2015).
  29. O. N. Martyanov, D. A. Balaev, O. V. Pylypenko, L. V. Odnodvorets, S.V. Chernov, S.A. Nepijko, H. J. Elmers, C. M. Schneider, and G. Schonhense, J. Supercond. Nov. Magn. 28, 3587 (2015).
  30. Е. Н. Каблов, О. Г. Оспенникова, В. П. Пискорский, Д. В. Королев, Ю.Е. Калинин, А. В. Ситников, Е. И. Куницына, А. Д. Таланцев, В. Л. Бер-динский, Р. Б. Моргунов, ФТТ 58, 1086 (2016).
  31. N. Neugebauer, A. Fabian, M.T. Elm, D.M. Hofmann, M. Czerner, C. Heiliger, and P. J. Klar, Phys. Rev. B 101, 104409 (2020).
  32. Л. Н. Котов, М. П. Ласёк, В. К. Турков, Д. М. Холопов, В. С. Власов, Ю. Е. Калинин, А. В. Ситников, Изв. РАН, сер. физическая 84, 1255 (2020).
  33. E. A. Denisova, S. V. Komogortsev, R. S. Iskhakov, L. A. Chekanova, Yu. E. Kalinin, and A. V. Sitnikov, Acta Phys. Polon. A 134, 623 (2018).
  34. О. В. Стогней, А. В. Ситников, А. Д. Аль-Малики, Вестник Воронежского государственного технического университета 10, 7 (2014).
  35. Ю. Е. Калинин, А. В. Ситников, О. В. Стогней, Альтернативная энергетика и экология 54, 9 (2007).
  36. V. V. Rylkov, S. N. Nikolaev, K. Yu. Chernoglazov, V. A. Demin, A. V. Sitnikov, M. Yu. Presnyakov, A. L. Vasiliev, N. S. Perov, A. S. Vedeneev, Yu. E. Kalinin, V. V. Tugushev, and A. B. Granovsky, Phys. Rev. B 95, 144202 (2017).
  37. О. В. Стогней, А. В. Ситников, ФТТ 52, 2356 (2010).
  38. И. М. Трегубов, М. Ю. Смолякова, Д. Н. Клименко, М. А. Каширин, О. В. Стогней, Изв. вузов, Порошковая металлургия и функциональные покрытия 2, 37 (2013).
  39. О. В. Стогней, А. Д. Аль-Малики, А. А. Гребенников, К. И. Семененко, Е. О. Буловацкая, А. В. Ситников, ФТП 50, 725 (2016).
  40. M. S. Filatov, O. V. Stognei, and M. S. Antonova, J. Phys.Conf.Ser. 872, 012029 (2017).
  41. M.A.W. Schoen, J. Lucassen, H. T. Nembach, T. J. Silva, B. Koopmans, C. H. Back, and J. M. Shaw, Phys. Rev. B 95, 134410 (2017).
  42. N. Noginova, T. Weaver, E. P. Giannelis, A. B. Bour-linos, V. A. Atsarkin, and V. V. Demidov, Phys. Rev.B 77, 014403 (2008).
  43. N. Noginova, B. Bates, and V. A. Atsarkin, Appl. Magn. Res. 47, 937 (2016).
  44. M. Fittipaldi, R. Mercatelli, S. Sottini, P. Ceci, E. Falvo, and D. Gatteschi, Phys. Chem. Chem. Phys. 18, 3591 (2016).
  45. A. Cini, P. Ceci, E. Falvo, D. Gatteschi, and M. Fittipaldi, Z. Phys. Chem. 231, 745 (2017).
  46. N. E. Domracheva, V. E. Vorobeva, M. S. Gruzdev, Y. N. Shvachko, and D. V. Starichenko, Inorg. Chim. Acta 465, 38 (2017).
  47. С. А. Альтшулер, Б. М. Козырев, Электронный парамагнитный резонанс соединений элементов промежуточных групп, Наука, Москва (1972).
  48. C. Marti, R. Romestain, and R. Visocekas, Phys. St. Sol. (b) 28, 97 (1968).
  49. B. Clerjaud, Phys. St. Sol. (b) 72, K33 (1975).
  50. Дж. Смарт, Эффективное поле в теории магнетизма, Мир, Москва (1968).
  51. С. Н. Николаев, К.Ю. Черноглазов, А. В. Емельянов, А. В. Ситников, А. Н. Талденков, Т. Д. Пацаев, А. Л. Васильев, Е. А. Ганьшина, В. А. Демин, Н. С. Аверкиев, А. Б. Грановский, В. В. Рыльков, Письма в ЖЭТФ, 118, 46 (2023).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».