WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. 5 05;12 Влияние низкосимметричных механических напряжений на магнитные свойства бората железа © Б.Ю. Соколов Национальный университет Узбекистана им. Улугбека, 700174 Ташкент, Узбекистан e-mail: optic@nuuz.uzsci.net (Поступило в Редакцию 28 июля 2005 г.) С помощью низкосимметричных (C3-симметрии) механических напряжений индуцирована дополнительная магнитокристаллическая анизотропия в базисной плоскости монокристалла FeBO3. Магнитооптическим методом проведено исследование влияния наведенной напряжениями анизотропии на основные магнитные свойства этого слабого ферромагнетика. Показано, что возникновение в борате железа дополнительной анизотропии приводит к преобразованию его доменной структуры из 180-ной в структуру, в которой доменные границы образуют в базисной плоскости кристалла между собой углы 120, однако в отличие от обычной 120-ной доменной структуры азимут вектора спонтанной намагниченности в возникающих доменах изменяется вдоль длины доменных границ. Установлено, что вызванная напряжениями перестройка доменной структуры кристалла оказывает заметное влияние на форму петель гистерезиса, наблюдаемых при квазистатическом режиме намагничивания, увеличивает начальную магнитооптическую восприимчивость, а также приводит к возникновению анизотропии коэрцитивной силы.

PACS: 75.50.Bb Борат железа (FeBO3) — легкоплоскостный слабый правильной шестиугольной формы толщиной 55 µmс ферромагнетик с температурой Нееля TN 348 K — поперечными размерами 4 mm. Развитые грани криодин из немногочисленных известных магнитоупорядо- сталла совпадали с плоскостью легкого намагничивания ченных при комнатной температуре кристаллов, про- (с базисной плоскостью) и имели достаточно высокое оптическое качество.

зрачных в видимой области спектра. По этой причине FeBO3 является перспективным материалом для эле- Образец приклеивался (клей БФ-2) тремя углами к медной шайбе (см. рис. 1) так, чтобы его центр ментной базы различных магнитооптических приборов и устройств. При температуре ниже TN в FeBO3 возникает устойчивая доменная структура (ДС), определяющая, в основном, процесс его технического намагничивания в квазистатическом или низкочастотном переменном магнитном поле. Экспериментально установлено, что, поскольку внутриплоскостная магнитокристаллическая анизотропия в FeBO3 незначительна (эффективное поле анизотропии HA < 1Oe [1]), как относительная ориентация вектора спонтанной намагниченности ms в соседних доменах, так и направления доменных границ (ДГ) чрезвычайно чувствительны к наличию в кристалле механических напряжений [2–4]. Последнее обстоятельство, в принципе, позволяет с помощью заданных напряжений управлять видом доменной конфигурации FeBO3 и как следствие — его статическими и динамическими магнитными характеристиками.

В настоящей работе представлены результаты исследований влияния незкосимметричных (C3-симметрии) Рис. 1. Схематическое изображение исследованного образца:

механических напряжений на ДС, петли магнитного заштрихованные области — капли клея, которыми кристалл гистерезиса и начальную магнитную восприимчивость приклеен к медной шайбе; штриховые линии — основные этого слабого ферромагнетика. направления возникающих напряжений; штрих-пунктирные линии — направления осей C2; двойными стрелками показана преимущественная ориентация векторов спонтанной намагниОбразцы и методика эксперимента ченности в различных областях кристалла. Справа — ориентация осей лабораторной системы координат (ось X совпадает с Исследованный образец монокристалла FeBO3 пред- направлением одной из трех осей C2, Z — ось с направлением ставлял собой плоско-параллельную пластинку почти оси C3).

Влияние низкосимметричных механических напряжений на магнитные свойства бората железа совпадал с центром отверстия шайбы, после чего вся плоскости падения (геометрия, обеспечивающая максиконструкция размещалась на хладопроводе азотного оп- мум || [7]). С целью уменьшения влияния на результаты тического криостата. При температуре, ниже комнатной, измерений четных магнитооптических эффектов (магпо мере охлаждения происходит деформация медной нитного линейного двупреломления и магнитного лишайбы (ее диаметр уменьшается), которая передает- нейного дихроизма) плоскость поляризации падающего ся образцу. Очевидно, что в этом случае наиболее на образец света ориентировалась параллельно H.

сильные напряжения в образце возникают вблизи „приклеенных“ углов с максимумом вдоль направлений их Экспериментальные результаты биссектрис (см. рис. 1), причем симметрия векторов возникающих напряжений такова, что поворотная C3-ось и их обсуждение является главной осью симметрии в базисной плоскости Доменная структура напряженного кристалла, а оси C2, существующие в FeBO3 в отсутствие напряжений, перестают быть осями Кристаллическая симметрия FeBO3 (пространственсимметрии (направления C2-осей показаны на рис. 1). ная группа D6 ) допускает существование в базисной 3d Для изучения влияния низкосимметричных напряже- плоскости 60-, 120- и 180-ных ДГ. Однако, согласно ний на магнитные свойства FeBO3 исследовались его экспериментам [2,3], в тонких пластинках FeBO3 реаДС, низкочастотная магнитная восприимчивость и маг- лизуется 180-ная ДС, обеспечивающая минимум магнитный гистерезис, сопровождающий процесс техниче- нитоупругой энергии — основного вклада в термодинаского намагничивания. При этом результаты экспери- мический потенциал кристалла при H = 0 [8]. При этом ментов, выполненных на „приклеенном“ образце, сопо- в свободных от механических напряжений кристаллах ставлялись с данными соответствующих исследований, домены образуют по толщине кристалла слои, паралполученных на „ненапряженном“ кристалле. В послед- лельные базисной плоскости, с ДГ неелевского типа, нем случае образец размещался в специальной оправке, ориентированными вдоль C2-осей, являющихся осями позволяющей свести к минимуму воздействие на него легкого намагничивания FeBO3 (ДГ между доменными вызванных изменением температуры деформаций метал- слоями блоховского типа) [8]. Именно такая (двуслойлических частей криостата (подробнее см. [4]).

ная) ДС существует у исследованного кристалла при Все исследования проводились магнитооптическим комнатной температуре (рис. 2, a).

методом в окне максимальной оптической прозрачности При понижении температуры ДС кристалла продолFeBO3 (в области длин волн 0.52 µm) в магнитном пожает оставаться двуслойной, однако доменная конфигуле H 50 Oe в температурном интервале 90-290 K при рация постепенно меняется, приобретая при T 250 K ориентации вектора H параллельно плоскости легкого вид, приведенный на рис. 2, b, который остается практинамагничивания кристалла.

чески без изменений вплоть до минимально достижимой ДС образца визуально наблюдалась при помощи пов эксперименте T = 90 K (у „ненапряженного“ кристалляризационного микроскопа „на просвет“ по методике, ла ДС не зависит от T).

описанной в [4,5]. Процесс технического намагничиПреимущественная ориентация ms в кристалле опревания изучался на основе петель гистерезиса эффекделялась по реакции ДС на внешнее магнитное поле, та Фарадея, которые возникали при квазистатическом прикладываемое вдоль различных направлений в базисрежиме намагничивания либо при перемагничивании ной плоскости: с ростом поля площади доменов, вектор кристалла с частотой 95 Hz. Магнитооптическая восприms в которых составляет острый угол с направлениимчивость d/dH ( — угол фарадеевского вращения) ем H, растут за счет доменов с энергетически менее измерялась в переменном (частотой 95 Hz) магнитном выгодной ориентацией ms (рис. 3, a, b). Исходя из реполе с амплитудой 0.05 Oe. Известно [3,6,7], что зультатов этих наблюдений и учитывая, что при сжатии в слабом магнитном поле эффект Фарадея в FeBO3 FeBO3 в базисной плоскости вектор ms ориентируется линейно связан с проекцией вектора намагниченности M перпендикулярно, а при растяжении — параллельно на направление распространения света. Поэтому можнаправлению напряжений [3,8], а также принимая во но считать, что измеряемая в эксперименте величивнимание симметрию напряжений образца (см. рис. 1), на d/dH пропорциональна низкочастотной начальной пространственное распределение ms в ДС, наблюдаемагнитной восприимчивости кристалла, а наблюдаемые мой в напряженном состоянии кристалла, схематически зависимости (H) с хорошим приближением отражают можно представить диаграммой, показанной на рис. 2, c.

ход соответствующих зависимостей M(H).

Из этой диаграммы, в частности, следует, что в обВ этих экспериментах образец ориентировался так, разце возникают напряжения сжатия, т. е. коэффициент чтобы нормаль к его плоскости составляла с направлелинейного расширения в базисной плоскости FeBOнием падающего света угол 10, а вектор H лежал в меньше коэффициента линейного расширения меди во Нам не известен коэффициент линейного расширения FeBO3, но всем исследованном интервале температур.

можно предположить, что он отличается от такового для меди, по крайней мере в некотором интервале используемых в эксперименте Все приводимые в работе изображения ДС получены при повороте температур. Как показали выполненные исследования (см. ниже) при образца вокруг оси Y на угол 10 (оси лабораторной системы понижении температуры происходит сжатие кристалла. координат показаны на рис. 1).

Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. 58 Б.Ю. Соколов Рис. 2. Изображения доменной структуры центральной части „приклеенного“ кристалла FeBO3, полученные при H = 0:

Рис. 3. Изображения доменной структуры центральной части a — T = 290, b — 90 K; c — преимущественная ориеннапряженного кристалла FeBO3, полученные при T = 90 K:

тация вектора спонтанной намагниченности ms в доменах a — H = 0.5Oe (H X), b — H = 0.5Oe (H X), c — при T = 90 K (сплошными линиями и сплошными стрелками H = 1.5Oe (H X). Стрелками показано преимущественное показаны соответственно доменные границы и направления ms направление вектора спонтанной намагниченности в доменах, в верхнем доменном слое, пунктирными линиями и пунктирстелкой в левом верхнем углу кадра — направление намагниными стрелками — то же в нижнем доменном слое).

чивания.

Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. Влияние низкосимметричных механических напряжений на магнитные свойства бората железа Таким образом, возникающие напряжения наводят в вид кривой (H) существенно меняется в зависимости FeBO3 так называемую вращающуюся анизотропию, ось от направления намагничивания. В частности, как видно которой поворачивается в базисной плоскости, описывая из рис. 4, a, зависимость (H) „приклеенного“ образца, некоторую замкнутую кривую вокруг геометрического наблюдаемая при H X, при выходе на насыщение центра кристалла. Последнее приводит к преобразова- имеет практически „безгистерезисный“ квазилинейный нию его ДС из 180-ной в ДС с границами между участок, отсутствующий у кривой (H), полученной доменами, составляющими между собой угол 120 и при H X (во всех экспериментах температурная заориентирующимися вдоль направлений, перпендикуляр- висимость угла (H = 50 Oe) примерно соответствует ных осям C2, существовавшим в кристалле в отсутствие зависимости ms от T, приведенной в [10]).

напряжений (см. рис. 1). При этом каждый домен разде- Для интерпретации результатов исследований полен по толщине кристалла на два слоя с антипараллель- левой зависимости эффекта Фарадея в напряженном ными векторами ms (за счет разной толщины доменных FeBO3 обратимся к рис. 3, где показана эволюция его ДС в слабом магнитном поле. Из рис. 3, a, b видно, что при слоев результирующая величина в каждом домене отлична от нуля, что и обеспечивает магнитооптический наложении поля в первую очередь (из-за незначительной толщины образца) исчезают границы между доменными контраст ДС, показанной на рис. 2, b). Отметим, что слоями, в результате чего ДС становится сквозной с в отличие от обычной 120-ной ДС, где угол между ориентацией ms в каждом домене, соответствующей векторами ms в соседних доменах постоянен вдоль ДГ, наиболее энергетически выгодной из двух возможных, в наблюдаемой ДС „приклеенного“ образца вследствие пространственной неоднородности возникающих напря- существовавших при H = 0 (см. рис. 2, b, c). Обратим внимание, что в процессе намагничивания некоторые ДГ жений (см. рис. 1) ориентация векторов ms по обе (на рис. 3, a — правая и левая, на рис. 3, b —идущие стороны от ДГ меняется вдоль ее длины (очевидно, снизу вверх слева направо) приобретают зигзагообразчто направление локального вектора ms в доменах при ную форму, а плоскость других (на рис. 3, a — левой, H = 0 определяется конкуренцией между обменным и а на рис. 3, b — верхней ДГ) оказывается наклонной к магнитоанизотропным взаимодействиями).

плоскости образца. Такие ДГ уменьшают плотность одПетли гистерезиса ноименных магнитных полюсов, возникающих на краях Из общих физических представлений о намагничивасоседних доменов (см. рис. 3, a, b) снижая магнитостатинии многодоменного кристалла известно, что механичеческую энергию их взаимодействия.

ские напряжения увеличивают его неоднородность и, как Дальнейший рост H приводит к смещению ДГ в баследствие, вызывают рост коэрцитивной силы Hc [9], зисной плоскости кристалла под действием давления [9]:

что наблюдается экспериментально. Действительно, из сравнения представленных на рис. 4 зависимостей (H), P = msH(cos - cos ), (1) 1 полученных при T = 90 K, следует, что петли гистерезиса „приклеенного“ образца характеризуются большей где, — углы, которые вектор ms составляет с H 1 коэрцитивностью, причем при намагничивании вдоль по обе стороны от ДГ.

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.