Диссертация (1102846), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Позднее,В. Жуковойбылоисследовановлияниеотжигапостояннымэлектрическимтоком(продолжительностью до 50 минут и плотностью тока до 470 А/мм2) на магнитные свойствамикропроводов их сплавов Co56.5Fe6.5Ni10B16Si11, Fe70B15Si10C5 и Co68Mn7Si10B15 [81]. При отжигес плотностью тока 470 А/мм2 в течение 30 минут наблюдалось увеличение коэрцитивной силыдля всех типов микропроводов. В случае микропровода состава Fe70B15Si10C5 петля гистерезисаприобрела двухфазный характер, что свидетельствовало о частичной кристаллизации сплава.Уменьшение плотности тока до 227 А/мм2 (30 мА), наоборот, приводило к снижению величиныкоэрцитивной силы для всех сплавов с увеличением времени отжига. Полученные результаты28свидетельствуют о том, что, подбирая определенные параметры отжига током, возможноизменять коэрцитивную силу микропровода как в меньшую, так и в большую стороны.Исследование влияние термического отжига на магнитные свойства было проведеноА.
Жуковым [79, 82] на микропроводах состава (Co1-xMnx)75Si10B15 (x = 0,08) с отрицательнымкоэффициентом магнитострикции. Вследствие отжига наблюдались изменения магнитоупругойанизотропии и петель гистерезиса. Наблюдаемое увеличение коэрцитивной силы связано сформированием аксиально намагниченного керна. Этот факт подтверждался так же иодновременным увеличением остаточной намагниченности.
После отжига в магнитном поле14 кА/м в течение 30 минут наблюдалось более значительное изменение формы петлигистерезиса,сопровождающеесяуменьшениемполяанизотропииHk,увеличениемкоэрцитивной силы, остаточной намагниченности и намагниченности насыщения.Влияние термического отжига на магнитные и магнитотранспортные свойствамикропроводов из сплава Co69.2Fe4.1B11.8Si13.8C1.1 (D = 30,2 мкм, d = 25,6 мкм) относительнонедавно было проведено группой А. Жукова [83]. Увеличение коэрцитивной силы и остаточнойнамагниченностисувеличениемтемпературыотжигаподтверждаюттенденцию,установленную в более ранних исследованиях.1.6 Динамика движения доменной границы в магнито-бистабильных микропроводахИдеальнаяпрямоугольнаяформапетлигистерезиса,котораянаблюдаетсявмикропроводах с положительной магнитострикцией, была соотнесена с очень высокойскоростью движения доменной границы.
Несколькими методами было показано, что процессперемагничивания в таких микропроводах начинается с конца образца как следствиеобразования доменной границы рядом с концевыми доменами и ее последующеераспространение. Процесс перемагничивания вдоль оси микропровода происходит посредствомраспространения единичной доменной границы типа «head-to-head» или «tail-to-tail», а скоростьраспространения доменной границы достигает нескольких километров в секунду [1, 2, 3, 9, 10,11]Движение доменной границы в содержащей дефекты ферромагнитной матрице, какимрассматриваетсяаморфныйферромагнитныймикропровод,похарактерунапоминаетосцилляции механической системы, в которой тело осциллирует в вязкой среде под действиемвнешних сил [84, 85].
Поэтому уравнение движения доменной границы записывается поаналогии:2( 2) + ( ) + = 2 ,29где m - эффективная масса доменной границы, x - положение доменной границы, β коэффициент затухания, α - восстанавливающая сила, Ms - намагниченность насыщения иH - внешнее магнитное поле.Предполагая, что доменная граница распространяется с постоянной скоростью,зависимость скорости движения доменной границы от прикладываемого внешнего магнитногополя H будет линейна: = ( − 0 ),где S - подвижность доменной границы ( = 2 /), а H0 - так называемое критическое полераспространения (0 = /2 ), до достижения которого движение доменной границыневозможно.Коэффициент затухания доменной границы в аморфном микропроводе состоит из трехкомпонент: вклада, создаваемого вихревыми токами βe [86], вклада спиновой релаксации βr [86]и вклада структурных релаксаций подвижных дефектов на атомном уровне βs [87]: = + + Принимая во внимание тот факт, что вклад в коэффициент затухания от вихревых токовобратнопропорционаленэлектрическомусопротивлениюмикропровода,авеличинасопротивления большая в сравнении с остальными параметрами получается, что вклад оченьмал и им можно пренебречь.
Вкладом от структурных релаксаций можно так же пренебречь,поскольку наибольшее влияние он оказывает при низких температурах. Остается только вклад,создаваемый спиновой релаксацией, который обратно пропорционален толщине доменнойграницы:1 ∝ 0−1= 2 −1 ( )1=3 2 −1 ( ) ,2где K - плотность энергии магнитоупругой анизотропии, A - константа обменной жесткости, λs коэффициент магнитострикции и σ - механические напряжения.Зависимость коэффициента затухания от температуры изображена на рисунке 1.17.30Рис.1.17 Температурная зависимость коэффициента затухания доменной границы [85].В настоящее время интерес к возможности управлять динамикой движения доменнойграницы в двумерных объектах резко возрос из-за перспективности использования процессовперемагничивания для разработки приложений магнитной памяти, систем кодирования илогических устройств [5-6].
В связи с этим ведутся активные исследования по поиску путейконтроля динамики движения доменной границы. Из-за высоких скоростей распространениядоменной границы, микропровода являются одними из наиболее перспективных объектовисследования. Важным фактором является возможность в широком диапазоне контролироватьполе переключения микропровода, а также скорость и подвижность доменной границы,посредством изменения магнитоупругой анизотропии.Зависимость скорости движения доменной границы от величины прикладываемогомагнитного поля для микропроводов, металлическая жила которых изготовлена из сплавовFe16Co60Si13B11 и Co41.7Fe36.4Si10.1B11.8 с одинаковыми соотношениями диаметров d/D = 0.39, норазными коэффициентами магнитострикции λS = 15*10-6 и λS = 25*10-6 была исследована встатье [76].
Из зависимости на рисунке 1.18а можно сделать вывод, что скорость движениядоменной границы и ее подвижность больше для сплавов с меньшим по абсолютному значениюкоэффициентом магнитострикции. Влияние внутренних напряжений ассоциируемых ссоотношением диаметров d/D было исследовано в статье [88] для микропроводов составаFe55Co23B11.8Si10.1.Сувеличениемотношенияd/D (тоестьуменьшениемвнутреннихнапряжений) скорость движения доменной границы и ее подвижность растут (рис. 1.18б).Влияние приложения внешних растягивающих напряжений на динамику движениядоменной границы было исследовано для микропроводов из сплавов Co41.7Fe36.4Si10.1B11.8 [89] иCo56Fe8Ni10Si11B16[90].Нарисунке1.18впоказано,чтомикропроводсоставаCo41.7Fe36.4Si10.1B11.8 обладает наибольшей скоростью движения доменной границы v = 1300 м/с(при H = 400 А/м) в отсутствии внешних напряжений.
Приложение напряжений, наоборот,31ведет к двукратному снижению скорости до 650 м/с (H = 400 А/м) при величине напряженийσ = 563,5 Па [89]. Для микропровода состава Co56Fe8Ni10Si11B16 с небольшим коэффициентоммагнитострикции скорость движения доменной границы достигает 2500 м/с в небольшом, всравнении с другими микропроводами, магнитном поле H = 40 А/м (рис. 1.18г). При этомвлияние напряжений более заметно сказывается на скорости движения, снижая ее почти в 10раз при приложении напряжений величиной σ = 440 Па [90].Рис.1.18 Полевые зависимости скорости движения доменной границы для микропроводова) Fe16Co60Si13B11 и Co41.7Fe36.4Si10.1B11.8 с коэффициентами магнитострикции λS = 15*10-6 иλS = 25*10-6, соответственно [76], б) Fe55Co23B11.8Si10.1 с разными соотношениями d/D [88],в) Co41.7Fe36.4Si10.1B11.8 и г) Co56Fe8Ni10Si11B16 в зависимости от приложенных растягивающихнапряжений [89, 90].Анализируя полученные в работах [76, 88-90] результаты, можно сделать вывод, чтоувеличение как внутренних, так и внешних растягивающих механических напряжений наряду сувеличением коэффициента магнитострикции приводит к уменьшению подвижности искорости движения доменной границы в микропроводах в стеклянной оболочке.Помимо влияния коэффициента магнитострикции и механических напряжений непоследнюю роль играют дефекты, присутствующие в аморфном сплаве.
Наличие дефектов в32микропроводах может быть обнаружено как косвенно, посредством измерения локальныхполей зарождения доменов обратной фазы намагниченности, так и напрямую, методамиоптической и электронной микроскопии [91]. Сравнение динамики движения доменнойграницы и локальных полей зарождения было проведено М. Ипатовым на микропроводах наоснове железа [92, 12]. На рисунке 1.19а изображено распределение локальных полейзарождения HNx вдоль оси микропровода для микропроводов составов Fe74Si11B13C2 иFe75Si12B9C4, представляющее собой периодически чередующиеся минимумы и максимумы.Было сделано предположение, что минимумы соответствуют расположению локализованныхдефектов в микропроводе. Для микропровода состава Fe74Si11B13C2 среднее значение полязарождения составляет 294 А/м, а для микропровода состава Fe75Si12B9C4 - примерно 340 А/м.Скорость движения доменной границы была измерена в интервале полей, превышающемзначения полей зарождения.Рис.1.19 а) Распределение полей зарождения вдоль оси микропровода и б) Полевыезависимости скорости движения доменной границы для микропроводов составов Fe74Si11B13C2(sample 1) и Fe75Si12B9C4 (sample 2); в) схематичное изображение процесса зарождениядоменных границ на дефектах [92, 12].Зависимости на рисунке 1.19б указывают на линейную зависимость скорости вплоть до294 и 340 А/м для микропроводов Fe74Si11B13C2 и Fe75Si12B9C4, соответственно.
В данномдиапазоне подвижность доменной границы составила 5 м2/Ас, а ее скорость движения достиглазначения в 1,7 км/с. Дальнейший рост скорости движения доменной границы демонстрирует33нелинейное поведение, что может соответствовать зарождению двух или более доменныхграниц, связанных с наличием дефектов в сплаве. Схематично процесс зарождениядополнительных доменных границ показан на рисунке 1.19в.В 2012 и 2014 годах были проведены исследования скорости движения доменнойграницы в зависимости от расположения дефектов [93, 94]. Для микропровода составаFe74B13Si11C2 (d = 19,4 мкм, D = 26,6 мкм) были измерены зависимости полей зарождения вдольоси микропровода и определено положение дефекта с минимальным полем зарождения, вданном случае 170 А/м.
При измерении скорости движения доменной границы микропроводрасположили так, что первая приемная катушка находилась рядом с дефектом (Рис. 1.20а).Сигналы снимались между 1 и 2, и 2 и 3 катушками. Из зависимости v(H) сигнала между 1 и 2катушками (рис. 1.20б) видно, что при достижении поля 190 А/м скорость движения доменнойграницы начинает резко возрастать и вид зависимости меняется на нелинейный. При этомскорость движения доменной границы, измеренная между 2 и 3 катушками, сохраняетлинейную зависимость.Исходя из полученных результатов можно сделать вывод, что неоднородности в сплавемикропровода значительно влияют на процесс перемагничивания. Происхождение дефектовможет быть связано с неоднородностью распределения элементов в сплаве, неравномерностьюформы микропровода или наличием окисла.Рис.1.20 а) Зависимость распределения полей зарождения вдоль оси микропровода; б) Полеваязависимости скорости движения доменной границы, измеряемой между 1-2 и 2-3 паройкатушек [93, 94].Влияние поперечного внешнего поля на скорость движения доменной границы былоисследовано в статье [95] для микропроводов Fe69Si10B15C6 и Co56Fe8Ni10Si11B16 с диаметрамиметаллической жилы d = 14 и d =22 мкм и полным диаметром микропровода D = 33 иD = 26,2 мкм, соответственно.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
