WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 |
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ М.В. ЛОМОНОСОВА ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

На правах рукописи

Мельников Виталий Александрович ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНЫХ СВОЙСТВ И ПРИПОВЕРХНОСТНОЙ МИКРОМАГНИТНОЙ СТРУКТУРЫ Fe- и Со-ОБОГАЩЕННЫХ АМОРФНЫХ ЛЕНТ И МИКРОПРОВОЛОК Специальность 01.04.11 – физика магнитных явлений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва – 2009

Работа выполнена на кафедре магнетизма физического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова

Научный консультант: доктор физико-математических наук, профессор, Е.Е. Шалыгина

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор А.С. Андреенко доктор физико-математических наук, профессор Ю.Г. Рудой

Ведущая организация: Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН, г. Москва, Ленинский проспект, 49.

Защита состоится «_» июня 2009 года в часов на заседании Диссертационного Совета Д 501.001.70 физического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова по адресу: 119992, ГСП-2, Москва, Ленинские горы, д.1, стр.35, конференц-зал Центра коллективного пользования физического факультета МГУ им. М.В.

Ломоносова.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова.

Автореферат разослан «_» мая 2009 года.

Ученый секретарь Диссертационного Совета Д 501.001.70, доктор физико-математических наук, профессор Г.C. Плотников 2

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы Несмотря на то, что аморфные магнитные материалы были открыты более сорока лет назад, интерес к исследованию их структурных, магнитных и кинетических свойств не ослабевает и по настоящее время.

Исследование приповерхностной микромагнитной структуры (равновесного распределения намагниченности) и магнитных свойств Fe- и Co-обогащенных аморфных материалов, изготовленных в виде лент и микропроволок, заслуживает особого внимания как с точки зрения решения фундаментальных проблем физики магнитных явлений, так и прикладных задач. Наибольшее практическое применение Fe- и Co-обогащенные аморфные ленты и микропроволоки получили в качестве сенсорных элементов при изготовлении высокочувствительных датчиков магнитных полей, напряжений, низкого давления и деформаций. При этом область применения указанных материалов непрерывно расширяется.

Недавно новый класс нанокристаллических магнитных материалов был получен методом контролируемой кристаллизации расплавленного аморфного FeCuNbSiB прекурсора [1, 2]. Эти материалы вызвали большой интерес благодаря уникальным магнитным, механическим и кинетическим свойствам. Полученные в дальнейшем сплавы FeMB с M: Zr, Ta, Mo или Nb (NАNOPERM) имели более простой состав и исключительные магнитомягкие свойства даже по сравнению с выше указанным сплавом [2, 3]. Объемные магнитные характеристики FeMB (и, в частности, FeNbB) соединений были изучены с помощью различных экспериментальных методов (см., например, [2]). Было обнаружено, что после отжига в температурной области 200-800 С они ведут себя как материалы с двумя ферромагнитными (аморфной и нанокристаллической) фазами. Вместе с тем анализ существующих данных показал, что приповерхностные магнитные свойства и микромагнитная структура (равновесное распределение намагниченности) FeNbB материалов не изучалась.

Известно, что важную роль в формировании магнитных характеристик магнитных материалов играет их поверхность. Таким образом, исследование приповерхностных магнитных свойств вышеуказанных сплавов с целью получения совершенных магнитомягких материалов, безусловно, представляет интерес. Вообще говоря, поиск новых, перспективных для различных практических приложений материалов, непрерывно продолжается. В связи с этим нами было также выполнено комплексное исследование приповерхностной микромагнитной структуры и магнитных характеристик аморфных Co- и Fe- обогащенных сплавов сложного состава, характеризующихся различающимися, но близкими к нулю значениями магнитострикции, а также изучению влияния термической обработки на указанные выше свойства.

Кроме того, в последнее время уделяется большое внимание изучению физических свойств нанокомпозитных микропроволок, состоящих из проводящей внутренней сердцевины и магнитомягкой внешней оболочки. Микронные размеры этих материалов обуславливают их широкое применение в миниатюризированных устройствах современной микроэлектроники. В частности, они применяются в качестве высокочувствительных датчиков магнитных полей, функциональные особенности которых основаны на использовании магнитополевой зависимости гигантского магнитоимпеданса (ГМИ), обнаруженного в аморфных, нанокристаллических и нанокомпозитных материалах. Известно [4], что амплитуда ГМИ в тонких магнитных пленках, аморфных и нанокристаллических лентах и проволоках сильно зависит от их приповерхностной микромагнитной структуры. Анализ существующих данных показал, что приповерхностная микромагнитная структура композитных проволок практически не изучалась.

Наиболее эффективным и оперативным методом исследования приповерхностной микромагнитной структуры магнитных материалов является магнитооптический метод, основанный на использовании эффектов Керра. С помощью магнитооптических эффектов можно получить информацию о магнитных характеристиках приповерхностного слоя, толщина которого определяется «глубиной проникновения света в среду», tпр. Величина tпр. определяется из соотношения: tпр.=/4k, где – длина волны падающего света, а k – коэффициент поглощения среды.

Магнитооптические методы могут быть также использованы при наблюдении приповерхностных доменных структур и их изменений под действием различных внешних воздействий, таких как магнитное поле, растягивающие и сжимающие напряжения, нагрев за счет проходящего через образец тока. Магнитооптический метод исследования магнитных материалов является одним из немногих методов, которые можно использовать в широкой области магнитных полей и температур.

Цель работы состояла в исследовании магнитных свойств и приповерхностной микромагнитной структуры Fe- и Со-обогащенных аморфных лент и нанокомпозитных NiFe/Cu и 81NMA/Nb микропроволок, а также в изучении влияния технологии получения и термической обработки указанных материалов на их магнитные свойства.

Научная новизна работы состоит • в обнаружении в отожженных образцах FeNbB лент инвертированных петель гистерезиса.

• в обнаружении особенностей локальных магнитных свойств, процессов перемагничивания и приповерхностной микромагнитной структуры, Fe- и Со-обогащенных аморфных лент;

• в обнаружении особенностей локальных магнитных свойств, процессов перемагничивания и приповерхностной микромагнитной структуры нанокомпозитных NiFe/Cu и 81NMA/Nb микропроволок;

• в обнаружении сильного влияния отжига на магнитные свойства Fe- и Со-обогащенных аморфных лент и микропроволок;

• в установлении зависимости приповерхностных магнитных свойств NiFe/Cu проволок от толщины магнитной оболочки;

Практическая значимость: результаты работы позволяют дать научно обоснованные рекомендации получения аморфных лент и микропроволок с магнитными свойствами, требуемыми для их дальнейшего практического применения.

Основные результаты диссертации, выносимые на защиту:

1. Впервые для гетерогенных (нанокристаллических/аморфных) FeNbB сплавов обнаружены полностью и частично инвертированные приповерхностные петли гистерезиса.

2. Установлены особенности приповерхностной микромагнитной структуры и магнитных свойств Fe- и Co-обогащенных аморфных лент, а также нанокомпозитных NiFe/Cu и 81NMA/Nb микропроволок.

3. Доказано существование в нанокомпозитной NiFe/Cu микропроволоке приповерхностных круговых доменов примерно с ±80-градусной ориентацией намагниченности в соседних доменах относительно длины образца.

4. Найдено, что значение поля насыщения HS увеличивается, а ширина кругового домена d уменьшается с ростом концентрации железа CFe в слое нанокомпозитных NiFe/Cu микропроволок.

5. Обнаружена зависимость приповерхностных значений поля насыщения HS от толщины пермалоевой оболочки композитных NiFe/Cu проволок.

6. Обнаружено сильное влияние отжига на магнитные свойства изучаемых Fe- и Со-обогащенных аморфных лент и микропроволок.

Достоверность полученных результатов обеспечена использованием тестированных образцов, проведением многократных измерений кривых намагничивания и петель гистерезиса при определении магнитных характеристик исследуемых материалов, контролем в процессе эксперимента шумов и наводок, углубленным рассмотрением физических явлений и процессов, определяющих магнитные свойства изучаемых образцов, и сравнением полученных результатов с известными в литературе экспериментальными и теоретическими исследованиями.

Личный вклад диссертанта состоит в модернизации магнитооптической установки, в проведении исследований магнитных свойств изучаемых материалов, в проведении анализа полученных экспериментальных результатов.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на международных и всероссийских конференциях:

- НМММ-2004, Международной конференции по новым магнитным материалам 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 для прикладных технологий, Сингапур, 2005;

- НМММ-2007, Международной конференции по новым магнитным материалам 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 твердым материалам, Порто, Португалия, 2008.

Публикации.

Основное содержание диссертации изложено в 15 печатных работах, список которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы. Общий объем работы составляет 134 страницы машинописного текста, включая 61 рисунок, 3 таблицы и список цитируемой литературы из 151 наименования.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации;

сформулированы цель, новизна, научная и практическая значимость работы; основные положения, выносимые на защиту; кратко изложено содержание диссертации по главам.

Первая глава диссертационной работы носит обзорный характер. В ней представлены основные сведения о структурных и магнитных свойствах аморфных магнитных материалов, в частности, аморфных лент и микропроволок. Перечислены основные методы их получения и исследования. Приведены существующие представления о процессах перемагничивания и доменной структуре аморфных лент и микропроволок, описано влияние термических и термомагнитных обработок, а также растягивающих напряжений на их магнитные свойства. Представлены данные о влиянии микромагнитной структуры на ГМИ в аморфных материалах.

Во второй главе дано описание экспериментальных методик и установок, используемых в работе для изучения приповерхностной микромагнитной структуры и локальных магнитных свойств аморфных лент и проволок, приведены характеристики изучаемых образцов, проанализированы ошибки эксперимента. Исследования приповерхностных магнитных характеристик изучаемых лент и микропроволок были выполнены на магнитооптической установке, собранной на базе микроскопа МИС-11 с помощью экваториально эффекта Керра (ЭЭК).

Локальные кривые намагничивания и распределения намагниченности измерялись при сканировании светового пятна диаметром 20 мкм по поверхности изучаемых образцов. Магнитооптические измерения были выполнены для обеих (контактной и свободной) сторон изучаемых лент.

Анизотропия магнитных свойств была изучена путем вращения образца вокруг нормали к его поверхности. Угол между направлением, совпадающим с длиной ленты в процессе ее изготовления, и ориентацией внешнего магнитного поля Н обозначен через.

Объемные магнитные характеристики были измерены на вибрационном магнетометре. Микроструктура образцов была изучена с помощью рентгеновского дифрактометра.

В работе были исследованы следующие исходные и отожженные аморфные материалы:

1. Fe80.5Nb7.5B12 аморфные ленты.

2. Fe- и Сo-обогащенные аморфные ленты.

3. Нанокомпозитные NiFe/Cu и 81NMA/Nb проволоки.

В третьей главе приведены результаты исследования микромагнитной структуры и локальных магнитных свойств аморфных лент и проволок, приведено их обсуждение.

В разделе 3.1 приведены результаты исследования магнитных свойств и приповерхностной микромагнитной структуры исходных и отожженных в атмосфере аргона в течение одного часа при температурах 400, 450, 500, 550, 600 и 650 С Fe80.5Nb7.5B12 аморфных лент. Измерения объемных магнитных характеристик FeNbB лент свидетельствовали о том, что образцы характеризуются слабой плоскостной магнитной анизотропией (рис. 1). Было обнаружено, что объемные значения коэрцитивной силы HCvol о и поля насыщения HSvol с ростом температуры отжига до 550 С уменьшаются, но с дальнейшим ростом температуры HCvol и HSvol увеличиваются, и, например, при Tann = 650 оС значение HCvol порядка 12 Э.

Pages:     || 2 | 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»