Диссертация (1149607), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Справаот основного рисунка приведены два квазитетраэдра, расположенные другнад другом вдоль направления [111]. Более светлым цветом отмечены перемычки, принадлежащие квазитетраэдрам, расположенным ближе к читателю. Черная стрелка указывает направление магнитного поля.72Рис. 3.10: Зависимость компоненты намагниченности перпендикулярнойвнешнему полю от величины магнитного поля для ИО на основе никеля(а) и кобальта (б). Поле приложено вдоль направления [121] и убывает.Степень спекания составляет 2%.73вдоль оси [111].
При этом система переходит из состояния, показанногона рис. 3.9(б) в конфигурацию, приведенную на рис. 3.9(г). Можно видеть, что в данной конфигурации магнитные моменты четырех перемычек, ориентированных вдоль [111], сонаправлены с осью [111], а магнитныемоменты четырех оставшихся перемычек развернуты в противоположномнаправлении. В результате общая величина перпендикулярной компонентыоказывается практически равной нулю, что приводит к минимизации соответствующей энергии размагничивающего поля. В ИО на основе никеляданное явление не наблюдалось вследствие большей анизотропии формыперемычек.
При увеличении величины внешнего магнитного поля магнитные моменты в перемычках не перпендикулярных полю упорядочиваютсявдоль него, что вновь приводит к появлению перпендикулярной компоненты намагниченности вследствие выполнения правила спинового льда(рис. 3.9(в) и рис. 3.10(б)).Величина перпендикулярной компоненты намагниченности можетбыть измерена экспериментально, например, с помощью метода SQUIDмагнитометрии.3.4. Зависимость магнитных свойств ИО от величины деформации сфер исходного коллоидного кристаллаВыше было отмечено, что магнитные свойства ИО существенно зависятот размера и формы перемычек между квазикубами и квазитетраэдрами.Данные параметры, в свою очередь, определяются величиной деформациимикросфер исходного коллоидного кристалла (степенью спекания, см.
раздел 3.1). Степень спекания может быть задана в процессе синтеза образцов.В связи с этим важной задачей является нахождение величины спекания,при которой эффекты, связанные с реализацией правила спинового льда вИО, проявляются наиболее ярко. Для решения данной задачи были проведены вычисления распределения намагниченности в элементарных ячейкахИО на основе никеля и кобальта, имеющих степень спекания равную 2%,744%, 6%, 8% и 10%.Результаты расчетов для степени спекания, составляющей 2% приведены в разделе 3.2.
Было установлено, что в этом случае, перемычки ИОна основе кобальта могут перемагничиваться через вихревое состояние(рис. 3.5(б)). Вихрь в перемычке квазитетраэдра показан на рис. 3.11(г).Однако увеличение степени спекания до 4% позволяет подавить образование вихревых состояний. На рис. 3.11(а) приведены зависимости проекцийнамагниченности перемычек типичного квазитетраэдра на соответствующие направления типа <111> при приложении магнитного поля вдоль оси[111]. Можно видеть, что перемычки перемагничиваются скачком, промежуточных неоднородных состояний не образуется.Дальнейшее увеличение величины спекания и соответственно анизотропии формы перемычек приводит к сужению диапазона полей, в которомквазитетраэдры находятся в 2-in-2-out состояниях, вследствие увеличенияэнергетического барьера, который необходимо преодолеть для перемагничивания перемычки (рис.
3.11(б)). Аналогичные результаты были получены и для ИО, выполненных из никеля (рис. 3.12(а)). Тем не менее конфигурации типа 3-in-1-out переходят в состояния 2-in-2-out с уменьшениемвеличины магнитного поля, вплоть до степеней спекания, составляющих8% и 6% для ИО на основе кобальта и никеля соответственно.Ситуация изменяется, если степень спекания превышает данные значения. На рис. 3.11(в) и рис.
3.12(б) можно видеть, что в полях равных соответственно -40 и -20 мТл квазитетраэдры осуществляют переход междудвумя состояниями типа 3-in-1-out. Правило спинового льда не восстанавливается. Было установлено, что в этом случае система избегает конфигураций типа 4-in или 4-out, в которых магнитные моменты во всех перемычках направлены внутрь или наружу квазитетраэдров. Однако правилоспинового льда не полностью определяет магнитное поведение системы.Следовательно, образцы, имеющие большую степень спекания, не вполнеподходят для изучения свойств искусственных спиновых льдов.
Более того,в ИО, выполненных из никеля, было обнаружено образование поперечнойдоменной стенки при величине спекания равной 10% (рис. 3.12(г)). Данноенеоднородное состояние приводит к резкому падению величины намагни-75Рис. 3.11: Проекции намагниченности перемычек типичного квазитетраэдра на соответствующие направления типа <111> для ИО на основе кобальта.
Степень спекания равна 4% (а), 6% (б), 10% (в). Поле приложено вдольнаправления [111] и убывает. Вихревое состояние в перемычке квазитетраэдра в случае степени спекания, составляющей 2% (выделено эллипсом) (г).Белыми стрелками обозначены направления средних магнитных моментовперемычек.76Рис. 3.12: Проекции намагниченности перемычек типичного квазитетраэдра на соответствующие направления типа <111> для ИО на основе никеля.Степень спекания равна 6% (а), 8% (б), 10% (в).
Поле приложено вдольнаправления [111] и убывает. Поперечная доменная стенка в перемычкеквазитетраэдра в случае степени спекания, составляющей 10% (выделенаэллипсом) (г).77Рис. 3.13: Зависимость компоненты намагниченности перпендикулярнойвнешнему полю от величины магнитного поля для ИО на основе никеля(а) и кобальта (б) при различных величинах степени спекания. Поле приложено вдоль направления [121] и убывает.ченности перемычки.
На рис. 3.12(в) соответствующее состояние образуется в перемычке, направленной вдоль [111] в поле -25 мТл.Можно заключить, что оптимальная с точки зрения выполнения правила спинового льда степень спекания составляет 2% для ИО, выполненныхиз никеля, и 4% в случае ИО на основе кобальта.Величина перпендикулярной полю компоненты намагниченности, возникающей в системе, при приложении поля вдоль направления [121] также оказывается зависящей от величины спекания. На рис. 3.13 приведенывычисленные зависимости неколлинеарной компоненты намагниченностиот величины поля для различных значений степени спекания.
Максимальное значение данной компоненты достигается в случае величины спеканияравной 4%. Увеличение степени спекания приводит к подавлению перпендикулярной компоненты намагниченности вследствие нарушения правиласпинового льда в квазитетраэдрах. При больших степенях спекания поведение магнитных моментов в перемычках квазитетраэдров практическиполностью определяется анизотропией формы.783.5. Основные выводыВследствие деформации (спекания) микросфер исходного кристалла вструктуре ИО образуются перемычки, связывающие между собой октаэдрические (квазикубы) и тетраэдрические (квазитетраэдры) участки ГЦКструктуры.
Размер и форма данных перемычек определяется величинойдеформации микросфер.Магнитное поведение ИО существенно определяется магнитным состоянием перемычек. Перемычки однородно намагничены в широком диапазоне значений внешнего магнитного поля, однако в случае малой (2%) илибольшой (10%) величины спекания в них могут образовываться неоднородные магнитные состояния.
Анизотропия формы перемычек, выполненныхиз кобальта, меньше, чем у контактов на основе никеля. В больших полях,приложенных вдоль направления [111] ГЦК структуры ИО, в квазитетраэдрах реализуются конфигурация 3-in-1-out или 3-out-1-in. При уменьшении величины поля все квазитетраэдры переходят в состояние 2-in-2out, описываемое правилом спинового льда.
Обменная энергия и энергияразмагничивающего поля квазитетраэдров уменьшается при выполнениив них правила спинового льда. С увеличением степени спекания диапазонзначений внешнего магнитного поля, в котором квазитетраэдры находятсяв состояниях 2-in-2-out сокращается. Оптимальная с точки зрения выполнения правила спинового льда степень спекания составляет 2% и 4% дляИО, выполненных из никеля и кобальта соответственно.При приложении внешнего магнитного поля вдоль направления [121]в ИО возникает компонента намагниченности перпендикулярная полю инаправленная вдоль оси [111].
Величина данной компоненты не превышает0.3 намагниченности насыщения. Максимальное значение перпендикулярной компоненты достигается при степени спекания микросфер равной 4%.Глава 4.Интерпретация данныхSQUID магнитометрии ималоуглового рассеяниянейтроновВ данной главе проведено сопоставление результатов микромагнитных расчетов и экспериментальных данных, полученных при помощи SQUID магнитометрии и SANS. Учтено размагничивающее поле, связанное с формойобразцов.
Интерпретация SANS экспериментов выполнена с помощью вычисления Фурье-образа распределения намагниченности в элементарнойячейке ИО. В микромагнитной модели не применялись какие-либо свободные параметры. Геометрические характеристики ИО были определены спомощью SAXS и СЭМ. Использовались типичные магнитные константыобъемного кобальта и никеля.804.1. Сравнение результатов моделирования иданных SQUID магнитометрии4.1.1. Приложение внешнего магнитного поля вдольнаправления [111]Для сопоставления результатов моделирования с экспериментальнымиданными необходимо учесть размагничивающее поле, определяемое формой образца.
ИО представляет собой тонкую пленку. Толщина образцовИО, использованных в данной работе, составляет 26 монослоев. В тожевремя площадь поверхности образцов может достигать нескольких мм2 .Намагниченность ИО не является однородной. Кроме того, их внутренняя структура разительно отличается от структуры изотропной пленки. Однако можно попробовать аппроксимировать ИО некой эффективнойпленкой, объем которой совпадает с объемом сплошной пленки, ограничивающий ИО, а магнитный момент равен магнитному моменту ИО [12].Тензор размагничивающих коэффициентов для тонкой однородно намагниченной пленки имеет только одну ненулевую zz-компоненту равную единице (в данном разделе ось oZ полагается направленной перпендикулярноповерхности ИО).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
