Литература
1. Молостовский Э.А. Магнитостратиграфия и ее значение в геологии / Э.А. Моло- стовский, А.Н. Храмов // – Изд–во Сарат. ун–та. – 1997. – 180 с.
2. Ogg J. G. A Concise Geologic Time Scale / J. G. Ogg, G. M. Ogg, F. M. Gradstein // – Elsevier. – 2016. – 242 p.
3. Baraboshkin E.Yu., Rogov M.A., Guzhikov A.Yu., Dzyuba O.S., Urman O.S., Shurygin B.N., Pestchevitskaya E.B., Manikin A.G. (2016) Kashpir section (Volga River, Russia), the proposed auxiliary section for the J/K interval in Subboreal Realm // XIIth Jurassica Conference. IGCP 632 and ICS Berriasian workshop. Field Trip Guide and Abstracts Book, April 19–23, 2016, Smolenice, Slovakia. Bratislava: Earth Science Institute, Slo- vak Academy of Sciences, P.109–112.
4. Храмов А.Н., Шолпо Л.Е. Палеомагнетизм. Л.: Недра, 1967. 251с.
5. Поспелова Г.А. Палеомагнитная шкала юрского‐ раннемелового времени//Вкн.:
Фотиади Э.Э. (ред.) Палеомагнетизм мезозоя и кайнозоя Сибири и Дальнего Восто- ка. Новосибирск: Изд‐во СО АН СССР. 1976. С.27‒45.
О зависимости магнитных характеристик оксидов железа
а) б)
Рис. 1. Зависимость точки Кюри от размера наночастиц магнетита (а) и гематита (б) [3]. (∆Тс – разность точек Кюри наночастицы и массивной частицы, Тс – точка Кюри массивной частицы, r – радиус частицы).
Объяснение такой зависимости основано на достаточно очевидном утверждении, что чем большая доля атомов (магнитоактивных ионов) в со- ставе магнитной наночастицы относится к поверхностному слою частицы, тем больше обменных связей между атомами окажутся оборванными (по сравнению со случаем «массивной» частицы), что при условии зависимости Тс от плотности неразорванных обменных связей и приводит к уменьшению Тс с уменьшением размера наночастиц [2].
К сожалению, в работах [1, 3] не указано, как определялись точки Кюри и размеры магнитных наночастиц, на экспериментальных точках рис. 1 не от- мечены погрешности измерения Тс и r. Тем не менее, столь значительное изменение Тс при изменении размеров частиц главных магнитных минералов горных пород указывает на важность учета этого эффекта при проведении термомагнитного анализа горных пород. Действительно, если термомагнит- ная кривая образца, содержащего магнетит, показывает, что Тс несколько ниже, чем Тс магнетита, то при этом чаще всего делается вывод о присут- ствии в данном образце титаномагнетита с соответствующим Тс содержани- ем титана. Однако в случае присутствия в образце наночастиц чистого магне- тита этот вывод оказывается неверным.
В связи с этим, а также для проверки ранее полученной зависимости Тс от размера частиц (рис. 1) мы провели термомагнитный анализ по температур- ной зависимости восприимчивости k(T) и намагниченности в магнитном поле 1,5 Тл М(Т) двух образцов магнетита и гематита, один из которых представ- лял массивную частицу (монокристалл природного магнетита размером 2–3 мм и порошок природного гематита с размером частиц 300–400 мкм), второй – порошок, полученный при тщательном растирании в ступе этих образцов с добавлением для уменьшения слипания частиц магнетита немагнитного као- лина.
Термомагнитные кривые нагрева и охлаждения в воздухе k(T), получен- ные с помощью Kappabridge MFK1-FA (Agico, Чехия), представлены на рис.
2. Сравнение термомагнитных кривых монокристалла магнетита (рис. 2а) и порошка (рис. 2б) показывает, что Тс порошка примерно на 20° меньше, чем Тс монокристалла. Тс определялись по углу резкого прямоугольного переги- ба на термомагнитной кривой k(T) магнетита (рис. 2) и по резкому пику Гоп- кинсона на кривой k(T) гематита (рис. 3) в соответствии с рекомендациями работы [4], при этом максимальная абсолютная погрешность определения Тс составляет примерно 1,5°С. Исходя из экспериментально полученной в [3]
зависимости Тс от размера частиц магнетита (рис. 1а) такая разность
∆Тс = 20° соответствует радиусу частиц магнетита r = 10–12 нм.
а) б)
в)
Рис. 2. Температурные зависимости восприимчивости k(T) монокристалла магнетита (а), измельченного и растертого в порошок этого же монокристалла (б), повторный цикл нагрев-охлаждение порошка (в).
Почти полная обратимость термомагнитных кривых k(T) нагрева и охла- ждения монокристалла магнетита и порошка (рис. 2а, б) свидетельствует об отсутствии или очень незначительных температурных изменениях магнетита при нагреве его до 600°С. Однако следует отметить, что повторный нагрев порошка до 700°С показал небольшое уменьшение восприимчивости после цикла нагрев-охлаждение, а также появление на обеих кривых k(T) достаточ-
но заметного перегиба при температуре, соответствующей Тс гематита (рис.
2в).
Для гематита (рис. 3) разница Тс, определенная по температурным зави- симостям k(T), между массивными частицами (исходный размер 300–400 мкм) и растертого в порошок этого же образца (∆Тс) существенно меньше, чем для магнетита (примерно 6°), что может быть связано с менее эффектив- ным растиранием порошка гематита до наноразмерных частиц. В соответ- ствии с рис. 1б размеры частиц растертого порошка гематита должны быть более 70 нм.
а) б)
Рис. 3. Температурные зависимости восприимчивости k(T) крупных частиц гематита (а) и измельченного и растертого в порошок этого же образца гематита (б).
Разница ∆Тс, определенная по температурным зависимостям намагничен- ности в магнитном поле 1500 Э массивного магнетита (монокристалла) и по- рошка этого же магнетита (рис. 4), в 2 раза меньше, чем ∆Тс, определенная по зависимостям k(T), и равна примерно 10 °С. Это также может быть связа- но с разной степенью растирания порошков.
Другие магнитные характеристики также зависят от размера частиц. Для примера в табл. 1 представлены предварительные результаты измерения ги- стерезисных свойств массивного магнетита (монокристалла) и порошка этого же магнетита, которые показывают существенное изменение гистерезисных параметров при уменьшении размера частиц. Отметим, что в петромагнетиз- ме хорошо известна диаграмма Дэя-Данлопа [5, 6] и такие результаты явля- ются вполне обычными, в отличие от размерной зависимости Тс.
а) б)
Рис. 4. Температурные зависимости намагниченности насыщения Js(T) массивного магнетита (а) и магнитного момента насыщения порошка этого же магнетита (б).
Таблица 1. Изменение гистерезисных параметров при изменении размера частиц маг- нетита.
Монокристалл Порошок
Ms, Am2 Mrs/Ms Hc, Э Hrc/Hc Ms, Am2 Mrs/Ms Hc, Э Hrc/Hc
9,9·10−3 0,004 7 4,3 6,4·10−3 0,07 40 1.3
В дальнейшем планируется провести детальные исследования в этом направлении на синтетических оксидах железа с разными размерами частиц, а также с разной степенью взаимодействия между частицами, полученных различными методами синтеза.
Литература
1. B. Sadeh, M. Doi, T. Shimizu, M.J. // Matsui. Magn. Soc. Jap. 24, 4 (Pt 2), 511 (2000).
2. В. И. Николаев, А. М. Шипилин. О влиянии обрыва обменных связей на точку Кю- ри. // Физика твёрдого тела, том 45, вып. 6 (2003), 1029–1030.
3. П. А. Кожин. Изучение влияния размера наночастицы на ее температуру Кюри. //
Дипломная работа, физфак МГУ, 2012.
4. E. Petrovsky, A. Kapichka. On determination of the Curie point from thermomagnetic curves. // Journal of Geophysical Research, V. 111, B12S27, 2006, p. 1–10.
5. Day R., Fuller M., Schmidt V. A. Hysteresis properties of titanomagnetites: grain-size and compositional dependence // Phys. Earth Planet. Inter. 1977. V. 13. P. 260–267.
6. Dunlop D. J. Theory and application of the Day plot (Mrs/ Ms versus Hcr/H-c) // J. Ge- ophys. Res. Solid Earth. 2002. V. 107. N B3. P. 2046–2067.