Исследование магнитных свойств и приповерхностной микромагнитной структуры Fe- и Co-обогащенных аморфных лент и микропроволок (1103166), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Основные результаты работы докладывались иобсуждались на международных и всероссийских конференциях:- НМММ-2004, Международной конференции по новым магнитнымматериалам микроэлектроники, Москва, 2004;- Joint European Magnetic Symposia, Dresden, Germany, 2004;- MISM-2005, Московском международном симпозиуме по магнетизму,Москва, 2005;- ICMAT-2005, 3ей международной конференции по материалам дляприкладных технологий, Сингапур, 2005;- НМММ-2007, Международной конференции по новым магнитнымматериалам микроэлектроники, Москва, 2007;- Международной конференции по магнетизму малых частиц, Рим, 2007;- 18ой конференции по магнитомягким материалам (Кардиф,Великобритания, 2007;- MISM-2008, Московском международном симпозиуме по магнетизму,Москва, 2008;- 9ой международной конференции по некристаллическим твердымматериалам, Порто, Португалия, 2008.Публикации.Основное содержание диссертации изложено в 15 печатных работах, списоккоторых приведен в конце автореферата.Структура и объем диссертации.Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и спискалитературы.
Общий объем работы составляет 134 страницы машинописноготекста, включая 61 рисунок, 3 таблицы и список цитируемой литературы из151 наименования.7КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность темы диссертации;сформулированы цель, новизна, научная и практическая значимостьработы; 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 их получения иисследования. Приведены существующие представления о процессахперемагничивания и доменной структуре аморфных лент и микропроволок,описано влияние термических и термомагнитных обработок, а такжерастягивающих напряжений на их магнитные свойства. Представленыданные о влиянии микромагнитной структуры на ГМИ в аморфныхматериалах.Во второй главе дано описание экспериментальных методик иустановок, используемых в работе для изучения приповерхностноймикромагнитной структуры и локальных магнитных свойств аморфныхлент и проволок, приведены характеристики изучаемых образцов,проанализированы ошибки эксперимента.
Исследования приповерхностныхмагнитных характеристик изучаемых лент и микропроволок быливыполнены на магнитооптической установке, собранной на баземикроскопа МИС-11 с помощью экваториально эффекта Керра (ЭЭК).Локальные кривые намагничивания и распределения намагниченностиизмерялись при сканировании светового пятна диаметром 20 мкм поповерхности изучаемых образцов. Магнитооптические измерения быливыполнены для обеих (контактной и свободной) сторон изучаемых лент.Анизотропия магнитных свойств была изучена путем вращения образцавокруг нормали к его поверхности.
Угол между направлением,совпадающим с длиной ленты в процессе ее изготовления, и ориентациейвнешнего магнитного поля Н обозначен через φ.8Объемные магнитные характеристики были измерены навибрационном магнетометре. Микроструктура образцов была изучена спомощью рентгеновского дифрактометра.В работе были исследованы следующие исходные и отожженныеаморфные материалы:1. Fe80.5Nb7.5B12 аморфные ленты.2. Fe- и Сo-обогащенные аморфные ленты.3.
Нанокомпозитные NiFe/Cu и 81NMA/Nb проволоки.приведенырезультатыисследованияВтретьейглавемикромагнитной структуры и локальных магнитных свойств аморфныхлент и проволок, приведено их обсуждение.В разделе 3.1 приведены результаты исследования магнитных свойстви приповерхностной микромагнитной структуры исходных и отожженных ватмосфере аргона в течение одного часа при температурах 400, 450, 500,550, 600 и 650 ºС Fe80.5Nb7.5B12 аморфных лент. Измерения объемныхмагнитных характеристик FeNbB лент свидетельствовали о том, чтообразцы характеризуются слабой плоскостной магнитной анизотропией(рис. 1). Было обнаружено, что объемные значения коэрцитивной силы HCvolи поля насыщения HSvol с ростом температуры отжига до 550 оСуменьшаются, но с дальнейшим ростом температуры HCvol и HSvolувеличиваются, и, например, при Tann = 650 оС значение HCvol порядка 12 Э.Полученные экспериментальные данные можно объяснить, принимаяво внимание результаты микроструктурных исследований образцов.
Анализрентгеновских дифракционных спектров показал, что в исходном состоянииFeNbB образцы являются аморфными, а после отжига характеризуютсяналичием аморфной и нанокристаллической фаз, причем объемнанокристаллической фазы увеличивается от 40 до 89 % с ростом Tann от 450до 650 оС. В соответствии с моделью случайной магнитной анизотропии,обобщенной для случая двухфазных систем, увеличение объемной фракцииbcc-Fe кристаллитов в отожженных образцах при Tann < 550 оС приводит к9болееэффективномумежгранулярномувзаимодействию,чтосопровождается уменьшением HC и HS [5].
Кроме того, в отожженных приTann = 450, 550 и 650 оС образцах размер bcc-Fe кристаллитов, l, был порядка16-18, 10-12 и 20-24 нм, соответственно. Известно [5], что при l ~ 10-12 нмсплавы обычно характеризуется минимальными значениями HCvol и HSvol,что и наблюдалось нами. Увеличение значений HCvol и HSvol в лентах,отожженных при Tann > 550 оС, можно объяснить практически полнойкристаллизацией образца.
В этом случае на процессы перемагничиванияобразца сильное влияние оказывают границы раздела междукристаллитами, которые являются центрами закрепления доменных границ.1,01,0as-castφ=00,5M Vol/ MSM Vol/ MSas-castφ = 90OO0,00,50,0-0,5-0,5-1,0-1,0-30 -20 -1001020-30 -20 -10301,0650 oCφ = 0o0,5MVol / MS0,52030650 oCoφ = 900,00,0-0,5-0,5-1,0-60 -40 -2010MVol / MS1,00H (Oe)H (Oe)020H (Oe)4060-1,0-60 -40 -200 20H (Oe)4060Рис. 1. Объемные петли гистерезиса, наблюдаемые для исходного иотожженного при 650 оС образцов в магнитном поле, ориентированномпод углом φ = 0 и 90о.10Изучение приповерхностных магнитных свойств исходных иотожженных FeNbB образцов показало, что они существенно отличаютсяот объемных характеристик.
Анализ экспериментальных данных показал,что форма петель гистерезиса, измеренных в магнитном поле,ориентированном под углом φ = 0 и 90о, различается, что свидетельствуето наличии приповерхностной магнитной анизотропии в изучаемыхобразцах (рис. 2). Было найдено, что приповерхностные значениякоэрцитивной силы HCSUR значительно больше, чем объемные. Этот фактможет быть объяснен наличием микроструктурных и химическихнеоднородностей в приповерхностных слоях образцов, что являетсяхарактерным для материалов, приготовленных методом закалки расплава набыстровращающемся барабане.1,01,0oφ=00,50,5/ MSS0,0Sur1,00,50,0M-0,5/ MS-0,5Sur0,0M/MSurMoφ = 90-0,5-1,0-60-40-20020H (Oe)40-1,0-60 -40 -2060-1,0-60 -45 -30 -15 0 15 30 45 60H (Oe)020H (Oe)4060Рис.
2. Приповерхностные петли гистерезиса, наблюдаемые на свободнойстороне отожженного при 500 оС образца в магнитном поле,ориентированном под углом φ = 0 и 90о. На вставке прямая ветвь петлигистерезиса.Было обнаружено также, что значения HCSUR и НSSUR, измеренные насвободной и контактной сторонах изучаемых лент, различаются.
Наличиеразличающихся остаточных напряжений, существующих на контактной исвободной сторонах ленты в процессе ее изготовления и термическойобработки, являются причинами выше описанного факта. Сильное влияниена обнаруженные особенности коэрцитивной силы может оказывать такжеразличная морфология сторон.11Наибольшего внимания заслуживает следующий экспериментальныйрезультат. Было установлено, что в отожженных образцах при некоторыхориентациях магнитного поля прямая и обратная ветви приповерхностныхпетель гистерезиса меняются местами, то есть, наблюдается отрицательнаяостаточная намагниченность при уменьшении положительного магнитногополя до нуля (и наоборот) (см. также рис. 2). Согласно существующимпредставлениям [6], такие петли называются инвертированными.
Чтобыпонятьэтотэкспериментальныйрезультат,былиизмереныприповерхностные петли гистерезиса для различных значений φ. Былонайдено, что форма приповерхностных петель гистерезиса сильно зависитот ориентации магнитного поля в плоскости образца. При этом существуетнеобычное поведение остаточной намагниченности как функции угла φ(рис. 3).oT = 450 CTann = 500 oCSUR/MS0,51,00,80,60,40,20,0-0,2-0,4-0,60,0MRMSURR / MS1,0-0,5-1,003060φ90 120 150 180(degree)04590φ (degree)135180Рис.
3. Зависимости приведенной остаточной намагниченности MR/MS (MS– намагниченность насыщения) от угла φ, полученные для свободнойстороны отожженных при 450 и 500 оС образцов.Из рисунка 3. можно видеть, что существует интервал углов φ, где значенияMR/MS являются отрицательными. Именно в этой области углов φнаблюдаютсячастичноилиполностьюинвертированныеприповерхностныепетлигистерезиса.Согласносуществующимпредставлениям, отрицательное значение остаточной намагниченности привыключении положительного магнитного поля является запрещенным воднородных магнитных системах, в которых при описании их12термодинамического состояния намагниченность является параметромпорядка.
В теоретической работе [6] было показано, что инвертированныепетли гистерезиса могут наблюдаться только для гетерогенных магнитныхсистем. В нашем случае отожженные образцы характеризуются наличиемаморфной и нанокристаллической фаз, то есть также являютсягетерогенными. Учитывая этот факт, полученные экспериментальныеданные были качественно объяснены в рамках двухфазной модели с двумянеидентичными фазами, характеризующимися одноосной магнитнойанизотропией и антиферромагнитным обменным взаимодействием междуними. В заключение следует отметить, что двухфазность отожженныхFeNbB образцов проявляется только на магнитно-полевом поведении ихприповерхностных слоев, где обычно и происходят после отжига наиболеесильные микроструктурные изменения.
Объемные же магнитныеиххарактеристикиобразцовизменяютсявсоответствиисмикроструктурными особенностями, но без каких-либо заметныхизменений формы петли гистерезиса.Сильное влияние отжига было обнаружено и на локальныеприповерхностные магнитные характеристики изучаемых Fe80.5Nb7.5B12образцов. Было найдено, что для исходного образца локальные кривыенамагничивания различаются, а распределения намагниченности имеютнерегулярный характер. Такое поведение локальных приповерхностныхмагнитных свойств характерно для исходных аморфных материалов, чтообусловлено сильной дисперсией магнитной анизотропии, которая, какправило, наблюдается в материалах, полученных методом закалки расплавана быстро вращающемся барабане. С увеличением температуры отжигаразличиеприповерхностныхлокальныхкривыхнамагничиванияуменьшается, а для отожженного при Tann = 650 оС образца оно практическиисчезает.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
