11magn (1097118), страница 2
Текст из файла (страница 2)
МагнетикиОксидные магнитные материалыВ основном – ферриты: nMOx·Fe2O3-шпинели,-гранаты,-гексаферриты,-ортоферриты.Природа спонтанной намагниченности: антиферромагнитныесверхобменые взаимодействия → несколько подрешеток с разнымнаправлением спинаЛекция 11. МагнетикиОсновные типы ферритовЛекция 11.
МагнетикиИспользуемые компонентыЛекция 11. МагнетикиКонтроль свойств ферритовЛекция 11. МагнетикиШпинельШпинели AB2O4Лекция 11. МагнетикиОписаниеКубические Fd3m, n = 8. КПУ кислорода, в пустотах: ½ окт – В, 1/8 тетр. – А.[A1-δB δ][AδB2-δ]oO4, δ – степень обращенияγ-Fe2O3: [Fe3+]т[V1/3Fe1 2/33+]O4Факторы распределения:1.Ионные радикалы, электронное строение: Ni2+, Cr3+ - окт., Mn2+, Fe3+, Mg2+ - люб., Cd2+,Ga3+ - тетр.2.
Электростатическая энергия – высокий заряд – октаэдрδ = f(T): δ(1+δ)/(1-δ)2 = e-E/kT E – энергия перераспределения октаэдр ↔ тетраэдрδ увеличивается с Т, ∟АОВ ≈ 125о, ∟ВОВ ≈ 90o A↑ B↓ B↓µ = µB – µA (в магнетонах Бора, «µВ»), µА = gSA = nA, µB = gSB = nBЛекция 11. МагнетикиЭффекты легированияZnxFe1-x[Ni1-xFe1+x]O4Никель-цинковые ферритыАналогично М-цинк: М=Mn, Fe, Co, Ni, MgС увеличением содержания Zn ТС падаетДобавки Li2O – увеличение µН, Al2O3, Cr2O3 –температурная стабильность,СоО – част.
Хар., MnO, CoO – ρ увеличиваетсяMn-Zn-Fe-O Mn2+ + Fe3+ ↔ Mn3+ + Fe2+(охлаждение в вакууме)Li-Zn-Fe-O высокая ρ 104 – 107 Ом·см, ТСCu-Zn-Fe-O легче спекается (образуется в O2)Co-Zn-Fe-O положительный К1, высокая МSКомпенсация К1, уменьшение термическогокоэффициентаЛекция 11. МагнетикиПеровскитыПеровскиты ABO3Лекция 11.
МагнетикиПримерыОртоферритыMFeO3 – искаженный перовскитM – РЗЭ. Fe3+ - к.ч.6, М – к.ч.12Применение в запоминающих устройствахСлабые ферромагнетики (неколлинеарные)Манганиты(La, M)MnO3, M = Ca2+, Sr2+, Ba2+, La замещен на РЗЭФерромагнитный сверхобмен (Mn3+, Mn4+)La1-xCaxMnO3Гигантский магнеторезистивный эффектФерро: металлНорм.: диэлектрикЛекция 11. МагнетикиФеррогранатыСтруктурный тип гранатаФерриты со структурой граната: (M23+O32-)3(Fe23+O32-)5 = 2 M3Fe5O12Лекция 11. МагнетикиОписаниеКубическая объемно-центрированная решетка ионов О – тетраэдрd, октаэдр a, додекаэдр с {M3}с[Fe23+]a(Fe33+)dO12 – 1/8 э.я.М – РЗЭ с r > 1.14Ac = РЗЭ, Cu2+, Ag, K, Sr, Ba, Bi, Pba – Sb5, Nb5, Mn3+, Re4+, Rh4+d – Si4+, V5+, Fe4+Неограниченное замещение Fe3+ на Ga3+, Al3+Магн.
момент nB = |(µα – µa) – µc| = |3µ(Fe) - 12µ(Fe) - 3µ(R)|Для Gd3Fe5O4 nB = 16 µBДля любого R3Fe5O12 nB = 5 - 3 µ(R)Особенности: 1 – есть точка компенсации2 – ТС = 548-567К (изменяется очень мало), µ - разныеЛекция 11. МагнетикиСвойства феррогранатовЦилиндрические магнитные доменыКкр>µ0IS2 цилиндрическая структура в ограниченном интервале полейПленки гранатов – разные КТР -> напряжение -> однооснаянамагниченность; размер ~0.5µm; применение – запись информацииЛекция 11. МагнетикиМагнетоплюмбитыГексаферритыГексагональный BaFe12O19, BaM2Fe16O27,Ba2M2Fe12O22, …г.п.у. – О, Ba2+ замещает О2-, Fe3+: тетраэдр – 2,октаэдр – 9, тригональная бипирамида – 11ось легкого намагничивания – с; 8Fe↑, 4Fe↓ µ=20µBМагнитотвердые, НА ~ 17000Э, К1=3.3·106 эрг/см3Для увеличения Нс: однодоменные зерна dкр ~ 1.3µm,увеличение дефектной микроструктуры ->добавление ~1% каолина -> уменьшение размеразеренЛекция 11.
МагнетикиМагнитные свойства наночастицЗависимость коэрцитивной силы от размера частиц.Лекция 11. МагнетикиНити железа в мезопористой матрицепоперечное сечениепродольное сечениеДиаметр частиц 1-2 нм; длина - более 100 нмЛекция 11. МагнетикиМагнитные устройства хранения информацииПлёнка мезопористого SiO 2Любая подложкаКристалл Si(110)Внедрение наночастицЛюбая подложкаКристалл Si(110)Наночастицы в мезопорахСчитывающее устройствоКристалл Si(110)Лекция 11. МагнетикиМатериалы с рекордными магнитнымихарактеристикамиСо: ТС = 1404КСплав 60%Fe – 40%Co: BS = 2.43 ТлСупермаллой: µН = 105, НС = 0.3А/м79%Ni; 5%Mo; 15%Fe; 0.5%Mn: µmax = 106Nd2Fe14B: HC = 1600000A/м, WM = 400 кДж/м3Y3Fe5O12: ρ = 1014 Ом·смЛекция 11.
МагнетикиПрименение ферритов-электроника-компьютеры-связь-носители информации-постоянные магнитыЛекция 11. МагнетикиМагнетосопротивлениеMR=[R(0)-R(H)]/R(0),где R(H) и R(0) – сопротивления при данной температурев заданном и нулевом магнитных полях.Лекция 11. МагнетикиКМС-материалы (структура)Перовскит: идеальный или искаженный (Mn3+/Mn4+)Фазы Раддлесдена-Поппера (R1-xAx)n+1MnnO3n+1 (n≥1)Лекция 11. МагнетикиПирохлор Tl2Mn2O7Физическая фазовая диаграмма R1-xAxMnO3АФМ диэлектрик со структурой А-типа (область А);ФМ диэлектрик со структурой В-типа (BI);АФМ диэлектрик со структурой С-типа и зарядовым упорядочением (С÷СО);АФМ диэлектрик со структурой G-типа (G).Пунктирные линии ограничивают область КМС.Лекция 11. МагнетикиДвойной обменabСхема двухэтапного переноса электронной конфигурации (носителя) между ионамимарганца, имеющими противоположные (a) или одинаковые (b) направленя спинов.Лекция 11. МагнетикиЗарядовое и спиновое упорядоченияВидзарядовогоупорядочения (а) исоответствующихемувозможныхтипов орбитальногоупорядочения (б-г) всистеме R1-xAxMnO3(х=0.5).Лекция 11.
МагнетикиCa(Mn,Cu)7O12Фазовая диаграмма CaCuxMn7-xO12, включающая области парамагнитного(ПМ), ферромагнитного (ФМ), антиферромагнитного (АФМ) упорядочения,а также полупроводниковый и металлический типы проводимости.Лекция 11. МагнетикиКМС-переключателиЛекция 11. МагнетикиМагнитокалорический эффектЛекция 11. МагнетикиФазовые переходыЛекция 11. МагнетикиФМx < 0.5“Gd5Si4”Структура (Gd5(SixGe1-x)4, 298K)0.4 < x < 0.5“Gd5Si2Ge2”T=Si, Ge (Gd3+)5(T26-)2(3e-)x < 0.3“Sm5Ge4”(Gd3+)5(T26-)1.5(T4-)(2e-)Получение: дуговая плавка(Gd3+)5(T26-) (T26-)2 (1e-)V.
K. Pecharsky and K. A. Gschneidner, Jr., J. Alloys Compd. 260, 98-106 (1997)Лекция 11. Магнетики1ПрименениеПри переходе в те или иные кристаллические модификации половина связей(Si, Ge) – (Si, Ge) разрывается/образуется (фазовый переход 1 рода!), что связанос поглощением/выделением теплоты. Этот переход чувствителен к магнитномуполю при наличии магнитного элемента (Gd).Лекция 11. МагнетикиСпинтроника (идея)Лекция 11. МагнетикиСпинтроника (возможные механизмы)Лекция 11. МагнетикиПрототипы устройств(a), Scanning electron microscope imageof the mesoscopic spin valve junction.The two wide horizontal strips are theferromagnetic electrodes Py1 and Py2.The vertical arms of the Cu cross(contacts 3 and 8) lay on top of thePy strips, the horizontal arms of theCu cross form contacts 5 and 6.Contacts 1,2,4,7and 9 are attachedto Py1 and Py 2 to allow four terminalAMR measurements of the Py electrodes.(b), Schematic representation of thenon-local measurement geometry.Current is entering from contact 1and extracted at contact 5.
The voltageis measured between contact 6 and contact 9.http://www.fwn.rug.nl/fdl/spin.htmlЛекция 11. МагнетикиЭффекты / свойстваTypical data of the spin valve effect,showing the spin accumulation:(a) at T = 4.2 K. (b) at Room Temperature.(c) and (d) The "memory effect" : At zeroB-field the device can have two values(high and low), depending on the magnetichistory. The measurements are taken froma sample in the non-local geometry fora sample with 250 nm Py electrodespacing. An increase in resistance isobserved, when the magnetizationconfiguration is changed from parallelto anti-parallel. The solid (dashed)lines correspond to the negative(positive) sweep direction.Лекция 11.
МагнетикиКонтрольные вопросы1.2.3.4.5.6.7.8.Назовите основные типы магнитных материалов,используемых в настоящее время (перечислить).Назовите ферромагнитные материалы с рекорднымисвойствами.Опишите основные точки / участки петлигистерезиса: в общем случае, ППГ, для наночастиц.Приведите примеры и способы получениямагнитомягких и магнитожестких материалов.Какими кристаллическими структурами обладаютферриты? (перечислить, примеры)Где практически используются ферриты иматериалы на их основе?Что такое магнетосопротивление и из-за чего оновозникает?Что такое магнитокалорический эффект?Лекция 11.
МагнетикиЛитература1.2.3.4.5.6.7.8.Б.Е.Левин, Ю.Д.Третьяков, Л.М.Летюк. Физико-химическиеосновы получения, свойств и применения ферритов. М.:Металлургия, 1979.Технология производства материалов магнитоэлектроники.Под ред. Л.М.Летюка. М.: Металлургия, 1994.А.Вест, Химия твердого тела, т.2C.N.R.Rao, A.Arulraj, A.K.Cheetham, B.Raveau // J.Phys.:Condens. Matt. v.12, pp.R83-R106 (2000).Ph.Boullay, M.Hervieu, and B.Raveau // J. Solid State Chem.,v.132, pp. 239-248 (1997).Z.
Zeng, M.Greenblatt, J.E. Sunstrom, M.Croft, S.Khalid // J. SoldState Chem. v.147, pp. 185-198 (1999).V.K.Pecharsky, K.A.Gschniedner, Phys. Rev. Lett., 78, 4494(1997).16 NOVEMBER 2001 VOL 294 SCIENCEЛекция 11. МагнетикиТипичные вопросы контрольной1.Назовите все (возможно большее число) классы материалов,рассматривавшихся в курсе лекций и приведите по 2-3 формулытипичных представителей каждого из них.2. Как получить материал ................................................................................?3. Опишите структуру.………………………………………………………..4.
Какие критерии позволяют осуществлять поиск новых............................?5. Какие существуют методы ..........................................................................?6. Какие принципы используются для ...........................................................?7. Опишите принцип действия и назовите устройства, основанные наиспользовании «комбинированного».................. - ......................
эффекта.8. Закончите уравнение квазихимической реакции…………………………9. Составьте ячейку для измерения эдс реакции……………………………10. Вопрос по теме текущей научной работы или по выбору (если темаработы не связана с материаловедением).Лекция 11. Магнетики.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
