Влияние протонного облучения на магнитные свойства двух

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 14032 (2023) Цитировать эту статью

Подробности о метриках

Влияние облучения протонами с энергией 1,9 МэВ на структурные и магнитные свойства исследовано в двумерном (2D) координационном ферримагнетике NiSO4(1,3-фенилендиамин)2. Методами рентгенофазового анализа и ИК-спектроскопии установлено, что октаэдры с ионом Ni в центре остаются неизменными независимо от флюенса, полученного образцом. Напротив, протонное облучение сильно влияет на водородные связи в гибких частях, в которых участвует 1,3-фенилендиамин. Магнитные измерения постоянного тока показали, что некоторые магнитные свойства были изменены при облучении протонами. Изотермическая намагниченность, измеренная при T = 2,0 К, изменялась в зависимости от дозы протонов, достигая 50%-ного увеличения намагниченности в максимально измеренном поле µ0Hdc = 7 Тл или 25%-ного уменьшения остаточной намагниченности. Наиболее существенное изменение наблюдалось для коэрцитивного поля, которое уменьшилось на 90% по сравнению с необлученным образцом. Наблюдаемые результаты объясняются увеличением свободы вращения магнитных моментов и модификацией внутрислоевых обменных связей.

Недавние интенсивные исследования в области многофункциональных молекулярных материалов неразрывно связаны с их возможным применением в современных технологиях, таких как хранение и обработка данных с высокой плотностью1,2,3,4, магнитное охлаждение5,6,7,8 или оптически активные технологии. датчики и переключатели9,10. Широкие возможности молекулярного магнетизма вытекают из разнообразия доступных структур11,12 и возможности изменения их свойств с помощью внешних раздражителей, включая температуру, давление13 и световое облучение14. Протонное облучение — еще один подход к настройке свойств материала с помощью внешних факторов. В настоящее время он широко используется в исследованиях аллотропов углерода15,16, полупроводников17, пленок18, сверхпроводников19 и сплавов20 для контролируемого управления свойствами материалов21,22,23,24. Твердые тела, облученные энергичными частицами, подвергаются локальному энерговыделению чрезвычайно высокой плотности, которое вызывает нелинейные и пороговые эффекты25. В результате могут быть получены новые материалы с новыми свойствами.

В частности, ионное облучение используется для модификации магнитных свойств. Индуцированные дефекты могут вызывать парамагнитный отклик в немагнитных материалах, когда концентрация дефектов превышает определенное пороговое значение26,27,28, или изменять магнитные свойства парамагнетиков и систем с дальним магнитным порядком (LRMO), особенно при сильных магнитоструктурных корреляции присутствуют. Облучение может повысить температуру Кюри29,30,31 и повлиять на такие свойства, как коэрцитивное поле, насыщение намагниченности, g-фактор и форму петли магнитного гистерезиса32,33,34. Протонное облучение может генерировать изменения на атомном уровне в выбранной области и глубине, регулируя энергию протонов, что делает этот подход перспективным для контролируемой разработки магнитных материалов29.

В настоящее время систематические исследования реакции молекулярных магнитных материалов на ионное облучение отсутствуют. Чтобы восполнить этот пробел, мы исследовали влияние облучения протонами с энергией 1,9 МэВ на магнитные свойства координационного полимера NiSO4(1,3-фенилендиамин)2, далее обозначаемого сокращенно Ni(MPD)2SO4. Этот молекулярный магнит обнаруживает значительную величину коэрцитивного поля и дальнее магнитное упорядочение ниже TC = 24 К. Для исследования влияния флюенса протонов φ = 5 × 1013– были проведены порошковая рентгеновская дифракция, инфракрасная спектроскопия и магнитные измерения. 2,2 × 1015 см–2 от структурных и магнитных свойств. Хотя структурные изменения наблюдались только внутри части полимера, связанной со связями C–H и N–H, облучение протонами привело к значительным изменениям магнитных свойств, особенно коэрцитивного поля, степени необратимости и максимальной намагниченности.