Автореферат (Магнитооптическое исследование приповерхностной микромагнитной структуры аморфных лент и микропроволок)

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙРЕВОЛЮЦИИ и ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИМ.В. ЛОМОНОСОВАФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТНа правах рукописиУДК: 537.621; 537.632; 538.975КОМАРОВА МАРИНА АЛЕКСАНДРОВНАМАГНИТООПТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕПРИПОВЕРХНОСТНОЙ МИКРОМАГНИТНОЙ СТРУКТУРЫАМОРФНЫХ ЛЕНТ И МИКРОПРОВОЛОКСпециальность 01.04.11 – физика магнитных явленийАВТОРЕФЕРАТДиссертация на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква – 2004Работа выполнена на кафедре магнетизма и кафедре общей физикифизического факультета Московского государственного университета им.М.В. ЛомоносоваНаучные руководители:доктор физико-математических наук,профессор, Е.Е. Шалыгинадоктор физико-математических наук,профессор, А.М.

СалецкийОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук,профессор А.С. Андреенкодоктор физико-математических наук,профессор Ю.Г. РудойВедущая организация:Физико-техническийинститутУральского отделения РАН, г. ИжевскЗащита состоится “____” _____________ 2004 года в ________ часов назаседании Диссертационного Совета К 501.001.02 физического факультетаМосковского государственного университета им. М.В. Ломоносова поадресу: Москва, 119992, Ленинские Горы, МГУ, физический факультет,аудитория ________.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультетаМГУ им.

М.В. Ломоносова.Автореферат разослан “____” _____________ 2004 года.Ученый секретарьДиссертационного Совета К 501.001.02,кандидат физико-математических наук2И.А. НиканороваОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темыНесмотря на то, что аморфные материалы были открыты болеетридцати лет назад, интерес к исследованию их структурных, магнитных икинетических свойств не ослабевает и по настоящее время. Объясняется этов первую очередь возможностью широкого использования аморфныхматериалов в современной микроэлектронике при относительно низкойцене их изготовления.Наиболее популярными магнитомягкими аморфными материаламиявляются сплавы, содержащие 70 – 80 % атомов железа или кобальта. Сточки зрения фундаментальных исследований и практических примененийособого внимания заслуживают аморфные материалы, полученные в виделент и микропроволок.

В настоящее время Fe- и Co-обогащенные аморфныеленты и микропроволоки используются в качестве сенсорных элементов,при изготовлении высокочувствительных датчиков магнитных полей,напряжений, низкого давления и деформаций, причем область примененийуказанных материалов непрерывно расширяется.Магнитные свойства аморфных материалов можно варьировать,проводя различные специальные обработки и/или прикладываядополнительные напряжения.

Так, с помощью термической итермомагнитнойобработкиможноуменьшитьмагнитоупругуюанизотропию, устранить дисперсию магнитных характеристик и тем самымв значительной степени улучшить магнитомягкие свойства аморфныхсплавов. Кроме того, в последние годы большое внимание уделяетсямодернизации технологии получения АММ, что обусловлено стремлениемулучшить в полной мере их магнитные, механические, коррозийные идругие свойства, предопределяемые особой структурой этих материалов.Одним из способов решения этой проблемы является повышениестеклообразующей способности аморфных сплавов.

В работах [1-3]доказано, что увеличение стеклообразующей способности может бытьдостигнуто путем термической обработки расплава, а также рациональным3выбором исходной заготовки. Таким образом, рациональный выборпрекурсора при изготовлении аморфных лент и проволок является ещеодним способом получения магнитомягких аморфных материалов снеобходимыми для практических приложений свойствами. Учитываявышеизложенное, можно утверждать, что изучение влияния технологииполучения и термической обработки аморфных материалов на ихфизические свойства заслуживает особого внимания.Недавно в магнитомягких аморфных материалах, изготовленных ввиде лент и проволок, были обнаружены такие явления, как гигантскоемагнитосопротивление и гигантский магнитоимпеданс [4 - 8].

На основеэтих эффектов были созданы высокочувствительные датчики магнитныхполей и напряжений, магниторезистивные тонкопленочные головки. Втеоретической работе [9] показано, что величина магнитоимпеданса,наиболее интересного с практической точки зрения, зависит отмикромагнитнойструктуры(равновесногоприповерхностнойраспределения намагниченности) этих материалов. В связи с этим,исследование приповерхностной микромагнитной структуры (ММС)аморфных лент и проволок, а также изучение влияния термическойобработки, растягивающих напряжений и технологии получения аморфныхматериалов на приповерхностную ММС является актуальным инеобходимым.Наиболее эффективным и оперативным методом исследованияприповерхностной микромагнитной структуры магнитных материаловявляется метод сканирующей Керр микроскопии, применимый в широкойобласти магнитных полей и температур.Цель работы.Целью диссертационной работы являлось магнитооптическоеисследование приповерхностной микромагнитной структуры и процессовперемагничивания Fe- и Со-обогащенных аморфных микропроволок и лент,а также изучение влияния технологии получения и термической обработкиуказанных материалов на их магнитные свойства.4Научная новизна.Впервые методом сканирующей Керр микроскопии изученыособенности приповерхностной микромагнитной структуры, локальныхмагнитных свойств и процессов перемагничивания Fe- и Co-обогащенныхаморфных лент и микропроволок.Экспериментально доказано существование в Co69Fe4Si12B15аморфной микропроволоке приповерхностных круговых доменов с ±90°ориентацией намагниченности относительно длины микропроволоки всоседних доменах.

Обнаружено сильное влияние растягивающихнапряжений на локальные магнитные свойства и приповерхностнуюмикромагнитную структуру Co69Fe4Si12B15 аморфных микропроволок.Установлено,чтомодернизациятехнологииполученияCo68Fe4Cr4Si12B12 аморфных лент, в частности, рациональный выборисходной заготовки позволяет получить магнитомягкий аморфныйматериал с перспективными для практических приложений магнитнымихарактеристиками.Обнаружено,чтоврезультатетермическойобработкиFe73,5Cu1Nb3Si13,5B9 аморфных проволок и лент при температуре Т=550°С втечение одного часа дисперсия магнитной анизотропии, типичная длямагнитных материалов, полученных методом закалки расплава набыстровращающемсябарабане,уменьшается.Вследствиеэтогооднородность локальных приповерхностных магнитных характеристикповышается, а значения коэрцитивной силы и поля насыщенияуменьшаются.Практическая ценность: результаты работы позволяют дать научнообоснованные рекомендации получения магнитомягких аморфныхматериалов в виде лент и микропроволок с оптимальными магнитнымихарактеристиками, что чрезвычайно важно при использовании этихматериалов в спиновой микроэлектронике.Основные результаты диссертации, выносимые на защиту:51.Результаты магнитооптического исследования приповерхностноймикромагнитной структуры, локальных магнитных свойств ипроцессовперемагничиванияCo69Fe4Si12B15аморфноймикропроволоки.2.Результаты изучения влияния растягивающих напряжений σ налокальныемагнитныесвойстваиприповерхностнуюмикромагнитную структуру Co69Fe4Si12B15 аморфных микропроволок.3.РезультатыисследованиявлияниятермическойобработкиFe73,5Cu1Nb3Si13,5B9 аморфных проволок, микропроволок и лент наих локальныемагнитные свойстваиприповерхностнуюмикромагнитную структуру.4.РезультатыисследованиявлияниятехнологииполученияCo68Fe4Cr4Si12B12 аморфных лент на их локальные магнитные свойстваи приповерхностную микромагнитную структуру.5.Результаты анализа процессов перемагничивания Co69Fe4Si12B15 иFe73,5Cu1Nb3Si13,5B9 аморфных проволок и микропроволок, а такжеCo68Fe4Cr4Si12B12 и Fe73,5Cu1Nb3Si13,5B9 аморфных лент.Апробация работы.Основные результаты работы докладывались и обсуждались намеждународных и всероссийских конференциях: 15th Soft Magnetic MaterialsConference, Bilbao, Spain, 5 – 7 September, 2001; Joint European MagneticSymposia EMMA-MRM, Grenoble, France, 28 August – 1 September, 2001;MISM 2002, Московском международном симпозиуме по магнетизму,Москва, 20-24 июня, 2002; XVIII Международной школе – семинаре“Новые магнитные материалы микроэлектроники”, Москва, 24-28 июня,2002.Публикации.Основное содержание диссертации изложено в 14 печатных работах, списоккоторых приведен в конце автореферата.Структура и объем диссертации.Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и спискалитературы.

Общий объем работы составляет 125 страниц машинописного6текста, включая 32 рисунка, 3 таблицы и список цитируемой литературы из115 наименований.КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность темы диссертации;сформулированы цель, научная новизна и практическая значимость работы;перечислены основные положения, выносимые на защиту; кратко изложеносодержание диссертации по главам.Первая глава диссертационной работы носит обзорный характер. Вней представлены основные сведения о структурных и магнитныхсвойствах аморфных магнитных материалов, в частности, аморфных лент имикропроволок. Перечислены основные методы получения и исследованияаморфныхмагнитныхматериалов.Приведенысуществующиепредставления о процессах перемагничивания и доменной структуреаморфных лент и микропроволок, а также о влиянии термических,термомагнитных обработок и растягивающих напряжений на их магнитныесвойства.Во второй главе дано описание экспериментальных методик иустановок, используемых в работе для изучения приповерхностноймикромагнитной структуры и локальных магнитных свойств аморфныхлент и микропроволок, приведены характеристики изучаемых образцов,проанализированы ошибки эксперимента.В работе были исследованы следующие АММ:1.

Co69Fe4Si12B15 аморфные микропроволоки;2. Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9 аморфные проволоки, микропроволоки иленты;3. Co68Fe4Cr4Si12B12 аморфные ленты.Втретьейглавеприведенырезультатыисследованиямикромагнитной структуры и локальных магнитных свойств аморфныхлент и проволок, приведено их обсуждение.7В 3.1 приведены результаты изучения магнитных свойств,микромагнитной структуры и влияния растягивающих напряжений намагнитные свойства и ММС Co69Fe4Si12B15 аморфных микропроволок.Измерениябыливыполненыспомощьюмагнитооптическогомикромагнетометра, созданного на базе высокоразрешающего микроскопаМИМ-8. Распределения тангенциальных компонент намагниченности(параллельной и перпендикулярной приложенному магнитному полю Н), атакже локальные петли гистерезиса и кривые намагничивания былиизмерены с помощью экваториального эффекта Керра при сканированиищели размером (0.5 х 2) мкм2 вдоль длины микропроволоки L.