Магистрант КФУ отмечен стипендией Правительства РФ за разработку нового метода исследования магнитных свойств наночастиц

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

Впервые эффективность нового  метода, одним из авторов которого является магистрант Института физики КФУ Глеб Долгоруков, была показана в его дипломной работе, посвященной  исследованию  магнитных свойств наноалмазов.

«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.