Магнитооптические свойства нанокомпозитных материалов на основе 3dметаллов (Fe и Co), страница 2

Представлена степень апробации,количество публикаций и структура диссертации.Первая глава диссертации представляет собой обзор теоретических иэкспериментальныхработ,посвященныхисследованиюсвойствнанокомпозитных материалов на основе 3d металлов.Впараграфе1.1обсуждаетсяактуальностьисследованийнаноразмерных материалов и возможности их практического применения.В параграфе 1.2 описаны способы изготовления магнитныхгранулированных нанокомпозитов, методы изучения их микроструктуры имагнитных свойств.В параграфе 1.3 дан обзор литературных источников, в которыхизучается явление гигантского магнитосопротивления в гранулированныхсплавах типа “ферромагнитных металл – диэлектрик”.В параграфе 1.4 приведены результаты экспериментальных итеоретических исследований магнитооптических свойств магнитныхнанокомпозитов.Сделан вывод, что основной задачей в изучении нанокомпозитныхсистем является исследование модификаций электронной, магнитной икристаллической структуры в связи с изменением размеров структурныхобразований вещества.

Поставлена задача – изучить изменения магнитооптических свойств (исследование которых, как известно, может датьинформацию о магнитной и электронной структуре вещества, его фазовом7состоянии) для нескольких видов нанокомпозитных материалов взависимости от концентрации в них ферромагнитной фазы и в результатетермообработки.В параграфе 1.5 обсуждаются аморфные ферромагнитные сплавы(способы изготовления, методы изучения их микроструктуры и магнитнойструктуры).В параграфе 1.6 приведены работы, посвященные изучению эффектагигантского магнитного импеданса, наблюдающегося в аморфныхферромагнитных сплавах.Показано, что магнитооптические методы можно применить какэффективный инструмент исследования магнитной и электронной структурыприповерхностного слоя веществ, обладающих ГМИ.

В связи с чемпоставлена задача – изучить магнитооптические характеристики аморфныхлент на основе Со, обладающих асимметричным ГМИ эффектом.Во второй главе описана методика эксперимента и установка,позволяющая проводить измерения экваториального эффекта Керра вобласти энергий падающего света 0,5 – 4,5 эВ в присутствии переменногомагнитного поля достигающего значений ~ 3 кЭ. Проведен анализ ошибокэксперимента.В третьей главе представлены результаты исследований магнитооптических свойств аморфных сплавов Co66Fe4B14Si15, отожженных приТ=3800С в слабых магнитных полях. Благодаря такой термообработке ваморфных лентах удалось получить асимметричный профиль ГМИ эффекта,обладающего чувствительностью к магнитному полю ~1000%/Э [1-4].Во введении обсуждается актуальность и практическая ценностьаморфных сплавов с ГМИ, а также проблемы, возникающие приисследовании подобных материалов.В параграфе 3.2 даны технические параметры методов изготовления итермической обработки аморфных лент, их состав. Приведеныхарактеристики серий исследованных образцов, содержащиеся в таблице 1.В параграфе 3.3 приведены результаты исследований спектров ЭЭКренгеноаморфных лент на основе Со.

Установлено, что форма кривых ЭЭК ивеличина магнитооптического отклика сильно зависят от условий отжига8изучаемых образцов: температуры и времени отжига, внешнего магнитногополя, среды отжига.Показано, что изменение вида спектральных зависимостей эффектаКерра с увеличением времени отжига (появление особенностей в областиэнергий падающего света hν~1,8 эВ и hν~4,5 эВ (рис.1(А))) свидетельствуютоб изменении микроструктуры, точнее, о последовательном формировании иразвитии микрокристаллического слоя вблизи поверхности аморфных лент.Обнаружено, что только отжиг на воздухе приводит к возникновениюприповерхностного кристаллического слоя, поскольку каких-либо измененийформы кривых ЭЭК для образцов, отожженных в вакууме с увеличениемвремени термообработки, не наблюдалось (рис.1(В)).В параграфе 3.4 приведены результаты исследований магнитныхсвойств приповерхностного микрокристаллического слоя в рентгеноаморфных лентах.Изучена анизотропия полевых зависимостей ЭЭК в переменноммагнитном поле, направленном как вдоль оси ленты (параллельнонаправлению поля при отжиге), так и перпендикулярно ей.

Различие вмагнитных свойствах, измеренных в двух направлениях, обнаружено уже внеобработанном образце. Показано, что основной вклад в магнитнуюанизотропию необработанной аморфной ленты дает анизотропия формы.Установлено, что характер поведения полевых зависимостей ЭЭКотожженного образца определяется не только его формой, но в большейстепени свойствами образовавшегося в нем приповерхностного слоя,состоящего из мелких кристаллов или кристаллитов. Этот вид анизотропииисчезает в полях насыщения, составляющих ~300–400 Э.С целью более детального изучения свойств приповерхностногокристаллического слоя исследованы полевые зависимости ЭЭК одной и тойже аморфной ленты на разных длинах волн падающего света.

Глубинапроникновения падающего света в магнетик зависит от длины волны(Z0=λ0/4πk), поэтому, исследуя полевые зависимости ЭЭК на разных длинахволн, можно получать информацию о магнитных свойствах слоев веществаразной толщины [5,6]. Обнаружено, с увеличением длины волны величинаполя насыщения понижается, а наклон кривой намагничивания растет(рис. 2(А)). Такое поведение зависимостей ЭЭК от магнитного поля9свидетельствует, что магнитная структура приповерхностного слоянеоднородна по толщине, и указывает, чем ближе слой расположен кповерхности, тем более магнитожестким он является. Появлениеасимметричного профиля ГМИ при изменении частоты переменногоэлектрического тока связывается с обнаруженной неоднородностью потолщине микроструктуры, а соответственно и магнитной структуры,приповерхностного слоя аморфной ленты.Кроме этого измерены полевые зависимости ЭЭК для несколькихотожженных образцов на одной и той же длине волны падающего света(рис.

2(В)). Обнаружено, что с увеличением времени отжига кристаллическаяфаза одного и того же поверхностного слоя становиться болеемагнитожесткой. Эти результаты позволили проанализировать измеренияне оттожженный20 мин1 час2 часа5 часов8 часов12 часовAЭЭК*10-396B20 мин1 час2 часа5 часов36 часов3магнитное поле вдольдлинной стороны лент023E(эВ)243E(эВ)Рис. 1.

Спектральные зависимости ЭЭК аморфных лентотожженных в течение разного времени при Н=2 Э, T=380 0С:А – на воздухе, В – в вакууме.AM / Ms1,0450Hs (Э)HS, Э600450300λ =0.31 µmλ =0.62 µm 150λ =0.89 µm0Co66Fe4B14Si15,B0,50,041503001500,40,6без обработки2(Э) 2 часа00362(Э) 5 часоввремя отжига на воздухе (часы)5(Э) 8 часов0,8длина волны, mkm300H (Э)450600150300H(Э)450600Рис. 2. Полевые зависимости относительной намагниченности: А – образца,отожженного 2 часа в Н=2Э для разных длин волн падающего света, В – неотожженного образца и лент с временем отжига 2, 5 и 8 часов для λ=0,62µм10магнитоимпеданса на одной и той же частоте электрического тока (то есть вслое одной толщины).В результате магнитооптических исследований было установлено, чтопоявление характерного асимметричного профиля ГМИ при определенныхусловиях связано с образованием в отожженной на воздухе аморфной лентевысококоэрцитивного неоднородного по толщине приповерхностногомикрокристаллического слоя.В параграфе 3.5 обсуждается анизотропия магнитооптических свойств,наблюдающаяся в сильных магнитных полях (свыше 2 кЭ), для серииотожженных на воздухе образцов.

При измерениях спектральныхзависимостей ЭЭК переменное магнитное поле прикладывалось как вдольоси ленты, так и в перпендикулярном направлении. Анизотропия МО свойствпроявляется для образцов, которые отжигались в магнитном поле свыше2 часов и исчезает, если время отжига превышает 8 часов. Этот виданизотропии, наблюдамый в полях больших поля насыщения (300–400 Э),связан с анизотропией оптических и магнитооптических свойств микрокристаллического приповерхностного слоя, точнее с анизотропией формывнутренних неоднородностей – кристаллов или кристаллитов, размеры иколичество которых изменяются с увеличением времени отжига.В параграфе 3.6 приведены результаты температурных исследованийэффекта Керра в аморфных лентах. Показано, что при следующей послеотжига температурной обработке происходит необратимая перестройкаструктуры аморфного сплава, что связано с перераспределением и ростоммикро кристаллитов вблизи его поверхности.В параграфе 3.7 показано, что выводы, сделанные при изученииспектральных, полевых и ориентационных зависимостей ЭЭК аморфногосплава Co66Fe4B14Si15 находят подтверждение другими более трудоемкими идорогостоящими методами исследований (Оже–спектроскопия, ренгеносруктурные исследования, изучение свойств послойно ставленых образцов).В заключении сформулированы основные результаты этой главы.В четвертой главе представлены результаты исследования магнитных,оптических и магнитооптических свойств гранулированных пленок(FePt)1−X(SiO2)X в неупорядоченном состоянии и после температурнойобработки.11Во введении обсуждается актуальность и практическая ценностьсплавов на основе FePt, являющихся в настоящее время наиболееперспективными материалами для ультраплотной записи информации из-заобразующейся в них в процессе отжига тетрагональной L10 структуры [7].В параграфе 4.2 описаны особенности технологии изготовления итермической обработки исследуемых нанокомпозитных материалов.

Втаблице 2 даны концентрации диэлектрической компоненты образцов исоответствующие им значения магнитосопротивления.В параграфе 4.3 показано, что изменение соотношения магнитной идиэлектрической фаз сильно влияет на амплитуду и форму спектров ЭЭКгранулированного сплава (FePt)1–X(SiO2)X. Спектральные зависимостиобразцов, в которых преобладает металлическая составляющая, имеютособенности, характерные для сплава FePt (рис. 3(А)).

С увеличениемконцентрации SiO2 форма кривых ЭЭК значительно меняется. Подобныеизменения величины и формы эффекта, вызванные вариациями составаобразцов, являлись обычными и для гранулированных композитов,изученных ранее [8,9]. Наиболее сильные изменения хода спектральныхзависимостей ЭЭК обнаружены для образцов (FePt)1–X(SiO2)X, концентрациядиэлектрической компоненты в которых наиболее близка к порогуперколяции (Xпер~57,2%).