WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика твердого тела, 2005, том 47, вып. 9 Влияние неоднородных механических напряжений на доменную структуру бората железа © Б.Ю. Соколов Национальный университет Узбекистана им. Улугбека, 700174 Ташкент, Узбекистан E-mail: optic@nuuz.uzsci.net (Поступила в Редакцию 16 ноября 2004 г.) Магнитооптическим методом исследовано влияние неоднородных радиально направленных механических напряжений на доменную структуру, магнитную восприимчивость и петли магнитного гистерезиса монокристалла FeBO3. Обнаружено, что в магнитном поле, приложенном в базисной плоскости FeBO3 вдоль направления вектора напряжения, в процессе намагничивания в кристалле возникает система клиновидных доменов, существующая в некотором зависящем от температуры интервале полей H0 H Hc. Установлено, что возникновение системы клиновидных доменов оказывает существенное влияние на процесс технического намагничивания напряженного кристалла. Обсуждение полученных результатов проведено в рамках термодинамической теории доменной структуры. Показано, что используемая теоретическая модель позволяет описать экспериментально полученные температурную и полевую зависимости величины D/ L (D – средняя ширина клиновидного домена, L —его длина), при этом рассчитанное значение D оказывается примерно в 1.3 раза меньше ширины наблюдаемых доменов.

Борат железа (FeBO3) — один из немногочисленных 1. Образцы и методика эксперимента известных в настоящее время легкоплоскостных слабых ферромагнетиков, прозрачных в видимой области спек- Используемый в экспериментах образец монокристалла FeBO3 (пространственная группа D6 ) представлял тра, что делает его удобным объектом для визуального 3d изучения магнитного состояния и процесса намагничи- собой плоскопараллельную пластинку почти правильной вания этого класса магнетиков магнитооптическим ме- шестиугольной формы толщиной 45 µm с поперечным тодом. Так, например, в [1,2] с помощью поляризацион- размером 3 mm. Развитые грани кристалла совпаданого микроскопа фарадеевской методикой исследовались ли с плоскостью легкого намагничивания (с базисной доменная структура (ДС) FeBO3, а также влияние на плоскостью). Поверхности кристалла имели достаточно нее сжимающего механического напряжения и внешнего высокое оптическое качество и не подвергались какоймагнитного поля, прикладываемых в базисной плоскости либо дополнительной обработке.

кристалла. В результате выполненных в [1,2] исследова- Исследования ДС проводились в области максиний, в частности, было установлено, что как относитель- мальной прозрачности FeBO3 (в области длин волн ная ориентация вектора спонтанной намагниченности Is 0.5 µm) „на просвет“. Изображение доменов нав соседних доменах, так и направление доменных границ блюдалось визуально в поляризационный микроскоп и (ДГ) в FeBO3 чрезвычайно чувствительны к наличию в фиксировалось цифровой фотокамерой, состыкованной кристалле механических напряжений.

с компьютером. Магнитооптический контраст изображеВ отличие от [1,2], где эксперименты проводились ния ДС возникал за счет различия знака эффекта Фарав условиях однородного одноосного напряжения кри- дея в соседних доменах. Поскольку магнитная структура сталла, далее представлены результаты исследований FeBO3 позволяет наблюдать эффект Фарадея только под влияния на ДС FeBO3 неоднородных механических науглом к оптической оси (оси C3) кристалла (магнитопряжений. Поскольку прозрачные слабые ферромагнеоптическое вращение возникает за счет появляющейся тики являются (в первую очередь, благодаря высокой при такой ориентации кристалла проекции вектора Is на подвижности ДГ) перспективной средой для элементной направление распространения света) [4], в эксперименте базы различных приборов техники оптической связи [3], образец ориентировался таким образом, чтобы нормаль помимо чисто научного интереса эти исследования были к его базисной плоскости (ось C3) составляла с направстимулированы и проблемами прикладного характера.

лением падающего света угол 10.Такого рода проблемы неизбежно возникают при разОбразец размещался в азотном оптическом криостате, работке конструкции того или иного функционального обеспечивающем проведение наблюдений в темпераэлементы прибора, когда необходимо учесть возможные турном интервале 90 T 290 K. Система намагничиизменения основных характеристик (магнитной воспривания, состоящая из двух пар катушек Гельмгольца, имчивости, коэрцитивной силы и т. п.) используемого позволяла создавать в области расположения образца магнитного материала под действием механических наПри больших углах отклонения направления распространения пряжений, вызванных, например, деформацией узлов света от оптической оси заметным становится влияние на поляризацию крепления функционального элемента при измерении света естественного кристаллического двулучепреломления, что ведет температуры окружающей среды. к снижению контраста получаемых изображений ДС.

Влияние неоднородных механических напряжений на доменную структуру бората железа вдоль двух взаимно перпендикулярных направлений однородное магнитное поле напряженностью H 70 Oe (во всех экспериментах вектор H лежит в плоскости образца).

Кроме визуального наблюдения ДС образца и ее эволюции под действием поля H экспериментально исследовались петли магнитного гистерезиса эффекта Фарадея — зависимости от H ( — угол фарадеевского вращения) и температурная зависимость магнитооптической восприимчивости /H, измеряемая в переменном магнитном поле с амплитудой 0.1Oe и частотой 30 Hz. Эти исследования были выполнены с использованием (из соображений удобства измерений) излучения He–Ne-лазера с = 0.63 µm.

Для выявления влияния механических напряжений на магнитное состояние FeBO3 все эксперименты дублировались на „ненапряженном“ кристалле и кристалле, подвергнутом неоднородному напряжению, и полученные результаты сравнивались.

В первом случае образец размещался в оправке из листа плотной бумаги толщиной примерно на 10 µm больше толщины образца, в котором по форме образца было вырезано сквозное отверстие. Оправка с образцом вклеивалась по периметру между двумя медными шайбами толщиной 0.5 mm с центральными отверстиями диаметром 1.5 mm (центр образца совмещался с центром отверстий), после чего вся конструкция приклеивалась к медному хладопроводу криостата.

Во втором случае образец одним из своих углов приклеивался (клей БФ-2) к медной шайбе (рис. 1, c), которая крепилась к хладопроводу криостата. При понижении температуры от комнатной по мере охлаждения возникала температурная деформация шайбы, которая передавалась образцу, вызывая его неоднородное напряжение.

2. Экспериментальные результаты При комнатной температуре в размагниченном состоянии исследуемый образец имел двухслойную ДС с ориентацией доменных границ в базисной плоскости вдоль направлений, близких направлениям осей C2 (ориентация которых определялась по естественной огранке кристалла), являющихся легкими осями внутриплоскостной гексагональной анизотропии [5] (рис. 1, a).2 Такая ДС характерна для свободных от механических напряжений тонких пластинок FeBO3 [1,2]. Известно [1,2,5], что в этом случае азимут вектора спонтанной намагни- Рис. 1. Изображения доменной структуры „приклеенного“ кристалла FeBO3, полученные при H = 0: a — T = 290, ченности Is в соседних доменах в плоскости образца b — 90 K; c — пространственное распределение вектора различается примерно на 180, а границами между спонтанной намагниченности (стрелки) в базисной плоскости доменами служат доменные стенки неелевского типа напряженного кристалла. Штриховые линии — направления (граница между доменными слоями — блоховская додействующих механических напряжений, заштрихованная обменная стенка, плоскость которой параллельна базисной ласть — капля клея, которым кристалл приклеен к держателю плоскости кристалла).

образца. Справа — ориентация осей лабораторной системы координат (ось X совпадает с направлением одной из трех Тонкое ломанные линии, видимые на поверхности образца, — осей C2, Z —ось —с направлением оси C3).

изображения границ слоев роста кристалла.

Физика твердого тела, 2005, том 47, вып. 1646 Б.Ю. Соколов Как показали эксперименты, ДС кристалла, наблюда- Процесс технического намагничивания „ненапряженемая в случае „ненапряженного“ образца, практически ного“ образца происходил обычным образом: при нане зависит от температуры во всем исследованном ин- ложении магнитного поля вдоль любого направления тервале 90 T 290 K. Иначе ведет себя ДС „прикле- в базисной плоскости площадь доменов, в которых Is енного“ образца: при понижении температуры, начиная составляет острый угол с H, увеличивается за счет примерно с T = 270 K, неелевские стенки постепенно соседних доменов с противоположной ориентацией намагниченности до тех пор, пока кристалл не переходит искривляются, а ДС из двухслойной превращается в сквозную, принимая вид секторов концентрических ко- в монодоменное (однородное) состояние. Аналогично лец приблизительно равной толщины, имеющих цен- намагничивается и напряженный („приклеенный“) кристалл при ориентации H X.

тром место приклеивания образца (рис. 1, b, c).

Интерес представляет эволюция ДС напряженного Обратившись к рис. 1, b, можно заметить, что маккристалла, наблюдаемая при H X. В магнитном поле симальный контраст изображения ДС наблюдается в ДГ испытывает давление [7] центральной части образца, причем степень четкости изображения доменов практически не изменяется по P = IsH(cos 1 - cos 2), (1) всей площади образца вдоль вертикальной оси Y (ориентация осей выбранной системы координат показана на где 1, 2 —углы, которые вектор Is составляет с H рис. 1, c). Эта неравномерность контраста изображения по обе стороны ДГ. Поскольку углы 1 и 2 меняются не является результатом расфокусировки оптической сивдоль направления ДГ (рис. 1, b, c), действие поля в этом стемы микроскопа, а возникает как следствие изменения случае приводит к тому, что „темные“ домены справа азимутального угла вектора Is в базисной плоскости от центральной части образца растут за счет „светлых“ кристалла.

доменов, а слева от центра — наоборот, увеличиваютДействительно, как уже отмечалось, угол фарадеевся площади „светлых“ доменов (визуально „темные“ ского вращения в заданной точке плоскости образца с домены воспринимаются коричневыми, а „светлые“ — координатами x и y определяется проекцией локального зелеными). Быстрее всего процесс смещения доменных вектора Is на направление распространения света, т. е.

стенок идет по краям образца, где давление P максимально (в то время как в центральной его части Is sin sin, вдоль оси Y P 0). В результате в некотором поле H(H0 3Oe при T = 90 K) в кристалле остаются только где = const 10 — угол падения света на плоскость два („светлый“ и „темный“) так называемых встречных образца, — азимут вектора Is в точке (x, y) отнодомена, разделенные одной зигзагообразной доменной сительно оси, перпендикулярной плоскости падения, и стенкой (рис. 2, a, b).считается, что Is не выходит из базисной плоскости Возникающая доменная конфигурация, очевидно, (изображение ДС, представленное на рис. 1, b, получено определяется в основном конкуренцией между магнипри повороте образца на угол вокруг оси Y, т. е. — тостатической энергией кристалла EM и энергией ДГ.

азимут Is относительно этой же оси). Отсюда видно, что С энергетической точки зрения выгодна имеющая минаблюдаемое изменение магнитооптического контраста нимальную протяженность плоская доменная стенка.

связано с плавным изменением угла вдоль оси X в Однако при этом максимальной окажется магнитостатинаправлении от центра образца к его периферии (при ческая энергия. Действительно, если по обе стороны ДГ этом в направлении оси Y const).

вектор Is составляет с нормалью к этой границе углы Поскольку внутриплоскостная магнитокристалличе- и 2, EM I2(cos 1 - cos 2)2 [7], т. е. энергия EM максиs ская анизотропия в FeBO3 невелика (при T = 77 K мальна при перпендикулярной ориентации Is к плоскополе внутриплоскостной анизотропии HA < 1Oe [6]), сти ДГ. Следовательно, в данном случае зигзагообразная согласно [1,2,5], в напряженном состоянии кристалла ДГ, уменьшая углы 1 и 2, обеспечивает минимум при H = 0 вектор Is ориентируется в базисной плос- свободной энергии кристалла.

кости преимущественно перпендикулярно направлению При дальнейшем увеличении H происходит уменьшесжатия. Очевидно, что когда механические напряжения ние площадей клиновидных доменов, которые разделяраспределены по кристаллу неоднородно, ориентация Is ет ДГ, однако зигзагообразная форма ДГ сохраняется в базисной плоскости будет меняться от точки к точке. вплоть до полей перехода кристалла в однородное На основании этого пространственное распределение состояние. Рис. 2, a, b иллюстрирует изменение ДС вектора Is в ДС напряженного кристалла (рис. 1, b) напряженного кристалла в процессе его намагничивания при H X, а на рис. 2, c схематически показано вознисхематично может быть представлено так, как показано кающее при этом пространственное распределение Is в на рис. 1, c (предполагается, что Is не изменяется по толщине кристалла). Отсюда следует, что температур- базисной плоскости кристалла.

Система клиновидных доменов, возникающая в ценные деформации держателя образца создают в кристалле тральной части напряженного кристалла при его намаградиально направленные из места его приклеивания неоднородные напряжения, при этом ДС кристалла оста- При изменении температуры от 90 до 270 K поле H0 уменьшается ется 180-градусной. примерно в 1.5 раза.

Физика твердого тела, 2005, том 47, вып. Влияние неоднородных механических напряжений на доменную структуру бората железа ничивании вдоль оси Y, существует до некоторого зависящего от температуры поля Hc (рис. 3). Существенно, что с ростом H и/или T изменяется средняя ширина клиновидных доменов D и их длина L (определенные, как показано на рис. 2, c), однако площади „светлых“ и „темных“ доменов остаются равными между собой.

При этом при увеличении поля от H0 до H 0.8Hc наблюдается плавное уменьшение контраста изображения клиновидных доменов, после чего визуально система клиновидных доменов исчезает путем ухудшения четкости ее изображения, и при H = Hc поверхность образца становится равномерно окрашенной по всей своей площади.

Рис. 3. Температурная зависимость поля перехода напряженного кристалла FeBO3 в монодоменное состояние (точки).

Штриховая линия — температурная зависимость константы внутриплоскостной анизотропии напряженного кристалла, рассчитанная по формуле (7).

Экспериментальные зависимости средней ширины и длины клиновидных доменов от внешнего магнитного поля и температуры приведены на рис. 4 и 5 (величины D и L получены при усреднении по всему числу клиновидных доменов, существующих при данных H и T ). Отметим, что как при инверсии направления намагничивания, так и при циклическом изменении режима нагрев — охлаждение не наблюдалось заметного гистерезиса зависимостей D(H, T ) и L(H, T).

Pages:     || 2 |



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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.