Аморфные материалы (835546), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Еслив аморфном сплаве, содержащем два сорта магнитных атомов, Аи В, взаимодействия АА — ВВ положительны, а взаимодействияЛ — В отрицательны12, то возникает состояние, в котором магнитные моменты А и магнитные моменты В противоположны друг другу(рис. 5.3). Когда магнитный моментВ больше магнитного момента А*или наоборот, возникает спонтанный магнетизм, который определяется как ферримагнетизм. На рис.5.3 магнитные моменты А и В антипараллельны, но магнитные моменты атомов одного сорта могутбыть разориентированы на малыеуглы и поэтому так же, как и в случае, показанном на рис.
5.2, может возникнуть влияние локальноймагнитной анизотропии. Таким образом, в зависимости от локальных колебаний направления магнитного момента ферримагнетики„как и ферромагнетики, можно назвать неупорядоченными ферримагнетиками или 'спериферримагнетиками [3].
В качестве примерааморфных ферримагнетиков можно указать на аморфные пленочные сплавы на основе РЗМ с Ее и Со [6 , 7], весьма перспективныедля применения в устройствах магнитной записи. В магнитномповедении таких сплавов проявляется так называемый компенсационный эффект, характерный для ферримагнетиков вообще [8 , 9].Компенсационный эффект заключается в том, что, когда суммамагнитных моментов атомов сорта А и сумма магнитных моментов,атомов сорта В равны друг другу, спонтанная намагниченностьполностью исчезает. Важными факторами здесь являются конценрации атомов А и В (химический состав сплава) и температура.Состав сплава й температура, при которых имеет место эффекткомпенсации, называют соответственно компенсирующим составом и температуройкомпенсации.Варьируяконцентрацииатомов вблизи компенсирующегосостава, можнорегулировать величину спонтанной намагниченности, втомчиследелать ее достаточно малой.
С другой стороны, если между маг1 Ферромагнетики с подобными магнитными структурами определяют также, как неколлииеарные неупорядоченные ферромагнетики. Прим. ред.2 Имеется в виду электростатическое взаимодействие обменного типа, энергия которого зависит от пространственной ориентации взаимодействующих спинов. Прим, ред:124нитными моментами Л и Б имеются существенные различия, то может возникнуть сильная наведенная магнитная анизотропия1. Важ ным обстоятельством при этом является формирование пузырьковой (bubble) доменной структуры в аморфных магнитных тонкихпленках12.Из сказанного ясно, что в аморфном состоянии, характеризующимся отсутствием упорядоченности в расположении атомов, может иметь место упорядоченное магнитное состояние, в котороммагнитные моменты расположены более или менее параллельно.Это служит причиной возникновения в аморфном состоянии сильного спонтанного намагничивания, т. е. ферро- и ферримагнетизма.5.3.
ФЕРРОМАГНЕТИЗМ АМОРФНЫХ СПЛАВОВ(Fe, Со, №) — МЕТАЛЛОИДВ предыдущем разделе было показано, что в аморфных веществах, так же как и в кристаллических, существует ферро- и ферримагнетизм. Магнитномягкие аморфные сплавы, составляющие предмет настоящей главы, представляют собой сплавы железа, кобальта иди никеля с другим металлом или металлоидом. Предполагается, что они являются простымиферромагнетиками, типапоказанного на рис. 5.1. Данный раздел посвящен рассмотрениюспонтанного магнетизма как основного проявления магнетизма вэтих веществах. Мы остановимся также на обсуждении температуры Кюри и некоторых других магнитных параметров.Измеряя намагниченность вдоль оси в направлении длиныаморфной ленты (в дальнейшем для краткости будем говоритьпросто «ось ленты»), можно наблюдать явление магнитного насыщения и петлю гистерезиса, точно такие же, как и в обычныхкристаллических ферромагнетиках.
Отсюда следует, что в аморфных металлических лентах внутренняя намагниченность разбитана части — магнитные домены. Предполагают, что намагничиваниеаморфных металлов происходит путем перемещения границ магнитных доменов и вращения вектора спонтанной намагниченности.В начале процесса намагничивания величина намагниченностирастет пропорционально напряженности внешнего магнитного поля, однако с увеличением поля намагниченность асимптотическистремится к некоторому предельному значению, так что и дляаморфный ферромагнетиков выполняется асимптотический законприближения к насыщению. Для магнитномягких аморфных металлических лент намагниченность насыщения достигается привесьма высоких значениях напряженности внешнего магнитногополя [во многих случаях эти значения составляют (8-=-80) 103 А/м].Величина спонтанной намагниченности уменьшается с ростом температуры и в точке Кюри (Тс) становится равной нулю.
При разработке магнитных материалов необходимо находить такие, у ко1 Ось этой анизотропии перпендикулярна поверхностиленты. Прим. ред.2 Эти материалы с так называемыми цилиндрическими магнитными доменами (Ц М Д ). Прим- ред.125тор'ых при высокой температуре Кюри величина спонтанной намагниченности Ms в области от О К До комнатных температур была быдовольно большой. При этом наиболее важным является вопрос овлиянии химического состава на значения магнитных характеристик (Ms, 7с и др.).5.3.1.
Магнитный моментВеличина спонтанной намагниченности при О К (Ms0) связанасо средним магнитным моментом атома (измеренным в единицахрв) следующим образом:Мл = рЫ А (1ЫА,(5.1)где Ад — число Авогадро; d — плотность; |3 — постоянная; А —средняя атомная масса для данного состава.В аморфных сплавах носителями магнетизма являются атомыпереходных металлов — железа, кобальта, никеля или хрома, марганца и др., а атомы, стабилизирующие аморфное состояние (металлоиды типа фосфора, бора, углерода, кремния, германия), являются немагнитными. Поэтому р определяется только величиноймагнитного момента магнитных атомов металлов р/ и их концентрацией с в сплаве: .р = с р / + (1 — с) р„ = с р / ,(5.2)где р„ имеет смысл магнитного момента металлоидного атома, еговеличина принимается равной нулю.На рис.
5.4 показаны величины магнитных моментов атомовжелеза и кобальта в аморфных сплавах различного состава .[ 1 1 —J7]. На этом же рисунке показаны значения р/ кристаллическихMrРис. 5.4. Магнитный момент аморфных сплавов на основежелеза (а)икобальта (б):а — кристаллические сплавы: "Fe—Al, Fe— Si [11, 12] (значения показаны штриховыми линиями); аморфные сплавы: Fe—В [13]; Fe—Р [13], Fe— Si [14];химические соединения: Fe3Si [17], FeaP [17], Fe 2 B [17], Fe2P [17];б — кристаллические сплавы: Со—А1, Со— Si [11] (значения показаны точками);аморфные сплавы: Со— Р [15, 16]; химические соедииеиня: Со3В, Со2В [17]126твердых растворов, на основе РЗМ и химических соединений.
Изсравнения величины р/ этих веществ видно, что:1 ) в сплаве на основе железа и кобальта р/ уменьшается с увеличением концентрации металлоидов; ферромагнетизм не проявляется в аморфных сплавах никеля с металлоидами;2 ) в кобальтовых сплавах р/ сравнительно гладко изменяетсяс концентрацией металлоида; магнитный момент этих сплавов слабо зависит от характера атомных конфигураций и практическиодинаков для кристаллических твердых растворов, химическихсоединений и аморфных структур; р/ сплавов железа, напротив,сильно различается для аморфного и кристаллического состояния,причем эта интересная особенность характерна для многих сплавов на основе железа.Таким образом, в сплавах железа р/ имеет наибольшую величину, поэтому эти сплавы как магнитные материалы особенноважны, и в этой связи понятен интерес, проявляемый к их детальному изучению.
На рис. 5.5 представлены зависимости р; аморфныхсплавов :Fe8 0 (iB 1_:A ) 2o от концент0,10,40,60,8tFeо/ о,4 qs 0 ,8 со o,z о,4 qoqo №Рис. 5.5. Магнитныймомент и температураКюриаморфныхF e « (B ,> ,X ,)jo (X—Ge, Si, С, Р) [183сплавовРис. 5.6. Зависимость магнитного момента от концентрации железа, кобальтаиникеля в сплавах (магнитный момент показан как число магнетонов Бора на■одни атом железа, кобальта влн никеля); концентрации сплавов приведеныотносительных единицах:вi - < F e N i ) 80P10Ble [ 1 9 ] ;2 - (F e N i)80 В20 [ 2 0 , 2 1 ] ;3 - (F e N i)80 Р 20 [ 2 2 ] ;4 - ( F e N i ) 8 0 P20 [ 2 2 ] ; 5 - (FeC o)80 Р10 В10 [ 1 9 ] ; 6 - (F eC o)80 В20 [ 2 3 ] ; 7 <FeCo)80 Р20 [ 2 2 ] ; 8 — (C oN i)78 Р14 В8 [ 2 4 ] ; 9 — (C oN i)78 S i10 В12 [ 2 5 ] ; 1 0 —(C o N iV Р 2о [ 2 2 ] ; 11 — кристаллические Fe—Со, Со—N i, F e—Niрации х металлоида.
Германий и кремний повышают р/, <а углероди фосфор, напротив, снижают р/.Понятно, что аморфные сплавы Fe—В—Si могут быть перспективными для использования их в качестве сердечников трансфор127маторов, поскольку эти .сплавы имеют высокие значения р^ и 7с исравнительно большую индукцию насыщения (■— 1,7 Тл).Представление о характере изменений магнитного момента р/в сплавах на основе железа, кобальта и никеля дает рис. 5.6. Нарисунке по оси абсцисс отложены относительные концентрацииFe, Со, Ni; в одинаковом масштабе для сплавов Fe—Со, Со—Ni(верхняя ось абсцисс); на нижней оси абсцисс отложены концентрации никеля для сплавов Fe—Ni в удвоенном масштабе. На построенной таким образом диаграмме представлены зависимости р/для квазибинарных сплавов трех типов. Интересно было бы провести сравнение этих кривых с кривой Слэтера — Полинга, показывающей зависимость р/ от среднего числа валентных.электронов.
В настоящее время пока трудно оценить влияние металлоидовна количество валентных электронов в металлах, входящих в состав аморфных сплавов, здесь много неясного, однако установлено,что имеется прямая связь между количеством валентных электронов и концентрацией металлоидов. Кроме того, кривая Слэтера —Полинга указывает на то, что р/ зависит не только от концентрации, но и от сорта металлоидных атомов.Есть еще одно интересное обстоятельство. В кристаллическихсплавах с о.ц.к. и г.ц.к. решеткой число внешних электронов приблизительно равно восьми, но при переходе от о.ц.к. к г.ц.к. структуре р/ изменяется довольно резко.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
