WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. 6 05;12 Магнитные и магнитоупругие свойства аморфных ферромагнитных сплавов, обработанных электрическим током © А.А. Гаврилюк, А.Л. Семенов, А.Ю. Моховиков, Д.В. Прудников, Д.А. Ширяев Иркутский государственный университет, 664003 Иркутск, Россия e-mail: zubr@api.isu.ru (Поступило в Редакцию 29 июля 2005 г.) Исследованы зависимости магнитных и магнитоупругих параметров аморфных ферромагнитных сплавов Fe64Co21B15 и Fe81.5B13.5Si3C2 в виде узких полосок различной длины от величины внешнего магнитного поля и плотности постоянного электрического тока обработки, проводимой на воздухе. Показано, что обработка на воздухе аморфных ферромагнитных сплавов различного состава постоянным электрическим током приводит к качественно различным зависимостям их магнитоупругих параметров от величины внешнего магнитного поля. На основании анализа поведения магнитных и магнитоупругих характеристик исследованных образцов в магнитном поле предложена модель неоднородного распределения намагниченности в аморфных ферромагнитных сплавах, обработанных постоянным электрическим током.

PACS: 75.50.Kj В работе исследовано влияние обработки постоян- этом преобладющим механизмом намагничивания под ным электрическим током на магнитные и магнито- действием постоянного магнитного поля, ориентированупругие свойства аморфных ферромагнитных сплавов ного перпендикулярно наведенной оси легкого намагниFe64Co21B15 и Fe81.5B13.5Si3C2. Образцы в виде полосок чивания образцов является поворот намагниченности в длиной 0.03-0.06 m, толщиной 2.5 · 10-5 m и шири- направлении H. Величина плотности электрического тоной (1-1.2) · 10-3 m вырезались вдоль длины исход- ка j, при которой возникает отрицательный E-эффект ной ленты и обрабатывались на воздухе постоянным в образцах состава Fe64Co21B15, не изменяется при электрическим током, протекающим вдоль их длины. уменьшении длины полосок (рис. 2,a).

Плотность электрического тока обработки изменялась На рис. 1,b приведены зависимости величины E-эфот j = 2 · 107 A/ m2 до j = 7.3 · 107 A/ m2 для сплава фекта от внешнего магнитного поля для образцов Fe64Co21B15 и от j = 3 · 107 A/ m2 до j = 6.8 · 107 A/ m2 Fe81.5B13.5Si3C2 длиной 0.05 m, обработанных при раздля сплава Fe81.5B13.5Si3C2. Время обработки образцов личных значениях j. Как следует из рис. 1,b, в составляло две минуты. Целью проведения обработки обработанных электрическим током образцах состава являлось наведение в образцах одноосной анизотропии с Fe81.5B13.5Si3C2, практически во всем интервале дейосью легкого намагничивания, перпендикулярной длине ствующих постоянных магнитных полей H наблюдается полосок. Измерения E-эффекта проводились методом только положительный E-эффект.

резонанса–антирезонанса [1]. Постоянное H и малое пе- При увеличении плотности электрического тока обраременное магнитные поля прикладывались вдоль длины ботки j от 3 · 107 до (5.0-5.6) · 107 A/ m2 у образцов полосок. Кривые намагничивания и петли гистерезиса состава Fe81.5B13.5Si3C2 происходит монотонный рост исследованных сплавов снимались баллистическим ме- E-эффекта во всем исследованном диапазоне внешних тодом. магнитных полей. При дальнейшем увеличении j до На рис. 1,a приведены зависимости E-эффекта 6.5 · 107 A/ m2 значение E-эффекта уменьшается. На( E/E0 =(EH - E0)/E0, где E0 — модуль упругости личие в магнитострикционном ферромагнитном сплаобразца при H 0, EH — модуль упругости образца ве только положительного E-эффекта, как правило, в магнитном поле H) от H для образцов Fe64Co21B15 свидетельствует о том, что основным механизмом его длиной 0.05 m, прошедших обработку при различных j. намагничивания является смещение на 180 доменных При малых значениях j ( j < 3.3 · 107 A/ m2) в сплавах границ [3]. Таким образом, на основании данных по наблюдается положительный E-эффект (увеличение измерению E-эффекта, в обработанных постоянным значения EH с ростом H). С ростом плотности электри- электрическим током образцах состава Fe81.5B13.5Si3C2, ческого тока обработки j от 3.3 · 107 до 7.3 · 107 A/ m2 можно предположить, что преоблающим механизмом их в образцах возникает отрицательный E-эффект (умень- намагничивания является процесс смещения доменных шение величины EH с ростом H). Наличие отрицатель- границ.

ного E-эффекта в аморфных металлических сплавах, В сплаве Fe81.5B13.5Si3C2 величина E-эффекта в как правило, свидетельствует о существовании в та- максимальном магнитном поле измерения H = 550 A / m ких образцах одноосной анизотропии с осью легкого уменьшается с уменьшением длины образцов L намагничивания, перпендикулярной их длине [2]. При (рис. 2,b). Вместе с тем, абсолютные значения E-эфМагнитные и магнитоупругие свойства аморфных ферромагнитных сплавов... процессов кристаллизации. Наибольшие изменения в ходе петель гистерезиса образцов состава Fe81.5B13.5Si3Cпроисходят при j > 5.6 · 107 A/ m2 (рис. 4). У обоих исследованных сплавов наблюдаются достаточно высокие значения остаточной индукции Br, которая снижается при уменьшении длины полосок (рис. 5).

На рис. 6,a,b приведены зависимости магнитной проницаемости µ от H для образцов, обработанных при различных значениях j. Максимальные значения µ наблюдаются для образцов состава Fe64Co21B15 при плотности тока обработки j =(4-4.7) · 107, а для образцов состава Fe81.5B13.5Si3C2 —при j =(5.2-5.6) · 107 A/ m2.

Вобразцах состава Fe64Co21B15 величина j, при которой наблюдается максимальный отрицательный E-эффект, меньше значений j, при которых наблюдаются максимальные значения µ (рис. 6,a). В то же время Рис. 1. Зависимости величины E-эффекта от величины магнитного поля H: a — для сплава Fe64Co21B15 (1 — j = 2 · 107, 2 — 2.7 · 107, 3 — 3.3 · 107, 4 — 4.7 · 107, 5 — 5.3 · 107, 6 — 6.6 · 107 A/ m2); b — для сплава Fe81.5B13.5Si3C(1 — j = 4.3 · 107, 2 —4.6 · 107, 3 —4.9 · 107, 4 —5.2 · 107, 5 —5.5 · 107 A/ m2).

фекта в сплаве Fe81.5B13.5Si3C2 значительно выше, чем в сплаве Fe64Co21B15.

Для выяснения причин появления качественно различных зависимостей E-эффекта от внешнего магнитного поля у исследованных образцов, обработанных при различных значениях плотности электрического тока j, были сняты петли гистерезиса.

На рис. 3 приведены петли гистерезиса образцов состава Fe64Co21B15 длиной 0.05 m, обработанных при различных значениях j. Наибольшие изменения в ходе Рис. 2. Зависимость величины E-эффекта от длины образцов:

петель гистерезиса наблюдаются при j > 6 · 107 A/ m2, — 0.06, — 0.05, — 0.04, —0.03 m; a — для сплава что может свидетельствовать о протекании в сплаве Fe64Co21B15 — при плотности тока j = 5.3 · 107 A/ m2, b — при таких значениях плотности электрического тока для сплава Fe81.5B13.5Si3C2 при плотности тока 5.6 · 107 A/ m2.

Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. 70 А.А. Гаврилюк, А.Л. Семенов, А.Ю. Моховиков, Д.В. Прудников, Д.А. Ширяев Рис. 3. Петли гистерезиса сплава Fe64Co21B15 для различных плотностей токов (a — j = 4 · 107, b —5.6 · 107, c —6.4 · 107, d —7.2 · 107 A/ m2).

максимальные значения магнитной проницаемости и тивоположным образом на нижней и верхней поверх E-эффекта у образцов состава Fe81.5B13.5Si3C2 наблю- ностях образца, то и ориентация намагниченности на даются при одинаковых значениях плотности электриче- них будет иметь противоположные направления. При ского тока обработки (рис. 6,b). Максимальные значения этом в серединной части полосок находится область магнитной проницаемости уменьшаются с уменьшением толщиной d, в которой ось легкого намагничивания длины исследованных образцов. Необходимо отметить, ориентирована вдоль длины образцов. Предполагаемое что наличие максимумов на зависимостях µ(H) у ис- распределение оси легкого намагничивания по толщине следованных образцов свидетельствует о том, что зна- образца представлено на рис. 7. Похожая магнитная чительную роль в процессах перестройки их доменной структура ранее наблюдалась в магнитных пленках при структуры играет смещение доменных границ. Таким их изготовлении во вращающемся магнитном поле [4,5].

образом, несмотря на качественно различные зависимо- Между приповерхностной и серединной областями сусти E-эффекта от H у обработанных постоянным элек- ществует область, в которой осуществляется переход натрическим током сплавов Fe64Co21B15 и Fe81.5B13.5Si3C2, магниченности от перпендикулярного к параллельному у них наблюдаются близкие по характеру зависимости по отношению к образцу направлению. Толщину такой µ(H), а также относительно высокие значения остаточпереходной области t в первом приближении можно ной индукции Br, что также является свидетельством оценить, предполагая, что распределение намагниченноналичия вклада смещения доменных границ в процессе сти в ней аналогично распределению намагниченности намагничивания образцов.

в 90 доменной границе. Выражение для толщины Полученные результаты могут быть объяснены, если доменной границы можно представить в следующем предположить, что протекающий по образцам постовиде:

янный электрический ток наводит в приповерхностных = 0.5(A/K)1/2, (1) областях толщиной S ось легкого намагничивания, перпендикулярную их длине. Так как магнитное поле от где A (1-3) · 10-11 J / m — константа обменного взаипостоянного электрического тока ориентировано про- модействия, K — константа анизотропии в переходной Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. Магнитные и магнитоупругие свойства аморфных ферромагнитных сплавов... Рис. 4. Петли гистерезиса сплава Fe81.5B13.5Si3C2 для различных плотностей токов (a — j = 4 · 107, b —5.6 · 107, c —6.4 · 107, d —6.8 · 107 A/ m2).

области образца, величина которой зависит от величины перестройки доменной структуры в приповерхностных константы наведенной одноосной анизотропии на по- областях исследованных образцов будут определять ход верхности образца KS и величины константы анизотро- зависимости величины E-эффекта от H.

Проведем анализ зависимости величины E-эффекта пии, обусловленной действием внутренних напряжений от внешнего магнитного поля в образцах с магнитной в объеме образца Kd. Так как значения KS и Kd в структурой, представленной на рис. 7. При этом будем аморфных ферромагнитных сплавах на основе железа учитывать вклад в величину E-эффекта только припосоставляют примерно 50-100 J / m3, то и величина K верхностной области образца, ось легкого намагничиизменяется в этом же интервале. С учетом этого толвания которой ориентирована перпендикулярно длине щина переходной области в образце t составляет исследуемых полосок. Зависимость величины модуля (0.5-1.2) · 10-6 m. Так как толщина исследованных обупругости EH от внешнего магнитного поля H в слуразцов на порядок больше, чем толщина переходной чае перестройки доменной структуры приповерхностобласти, при дальнейшем рассмотрении будем пренебреной области посредством поворота намагниченности гать влиянием процессов перестройки доменной струкв направлении действия магнитного поля может быть туры в этой области на магнитные и магнитоупругие представлена в виде [6,7] свойства образцов.

При приложении внешнего магнитного поля, ориен- 3 EH = E0 2K-3S +NM2µ0 2K -3S +NM2µS S тированного вдоль длины полосок, в их серединной области протекают, в основном, процессы смещения 2 + 9SM2H2µ0E0, (2) S доменных границ. По всей видимости, именно такими процессами в серединной области образца обусловле- где MS — намагниченность насыщения образца, N — но появление характерного максимума на зависимости размагничивающий фактор приповерхностной области µ(H) и относительно высокие значения остаточной маг- вдоль длины полоски, µ0 — магнитная проницаемость нитной индукции Br исследованных сплавов. Процессы вакуума, — величина внешних упругих напряжений, Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. 72 А.А. Гаврилюк, А.Л. Семенов, А.Ю. Моховиков, Д.В. Прудников, Д.А. Ширяев приложенных вдоль длины образца, S —константа магнитострикции. Как следует из выражения (2), с ростом внешнего магнитного поля должно происходить уменьшение величины EH, т. е. наблюдаться отрицательный E-эффект. Выражение для N может быть приближенно записано в виде [8] N =(1/L) [(1/L) +(1/s) +(1/b)], (3) где b — ширина приповерхностной области полоски.

Выражение для абсолютной величины E-эффекта может быть представлено в виде [7] 2 E/E0 = 9S + M2H2µ0E0 2K - 3S S 2 + NM2µ0 + 9SM2H2µ0E0. (4) S S Как следует из выражений (3) и (4), абсолютное значение отрицательного E-эффекта снижается с уменьшением длины полосок L. Как следует из экспериментальных данных, модель вращения намагниченности в приповерхностной области позволяет адекватно описать ход зависимости величниы E-эффекта от H только у сплава состава Fe64Co21B15. У сплава состава Fe81.5B13.5Si3C2, прошедшего обработку электрическим током, отрицательного E-эффекта не наблюдается, что может быть связано со следующими обстоятельствами.

Предположительно, в процессе обработки на воздухе постоянным электрическим током на поверхности этого сплава образуется слой соединения FeSiO, создающий значительные внутренние сжимающие напряжения и разрушающий наведенную одноосную анизотропию.

В результате этого доменная структура поверхностного слоя будет иметь неоднородный характер, а основным механизмом ее перестройки под действием магнитного поля будет являться смещение не 180 доменРис. 6. Зависимости магнитной проницаемости µ от величины магнитного поля H: a — сплав Fe64Co21B15, b — сплав Fe81.5B13.5Si3C2; (1,a — j = 3.2 · 107; 1,b — 4 · 107; 2 — 5.6 · 107; 3 —6.4 · 107; 4, a —7.2 · 107; 4,b —6.8 · 107 A/ m2).

ных границ, приводящее к появлению положительного E-эффекта.

Следует отметить, что уменьшение величины остаточной индукции Br и магнитной проницаемости с уменьшением длины исследованных образцов также можно объяснить ростом размагничивающего фактора серединной области. Создаваемые на торцах образца магнитные полюса создают поля рассеяния, препятствующие протеканию процессов смещения доменных границ и уменьшающие компоненту намагниченности вдоль длины образца.

Таким образом, на основании проведенных исследований могут быть сделаны следующие выводы.

Рис. 5. Зависимость значения остаточной индукции Br Зависимость величины E-эффекта от внешнего магот длины образцов для сплавов: • — Fe64Co21B15; — нитного поля в магнитостриционных аморфных ферроFe81.5B13.5Si3C2.

Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. Магнитные и магнитоупругие свойства аморфных ферромагнитных сплавов... [4] Thompson D.A., Finzi L.A., Chang H. // J. of Appl. Phys. 1966.

Vol. 37. P. 1271–1274.

[5] Улымжиева Э.Ц., Прищепа А.Г. // Физика магнитных пленок. Красноярск, 1974. С. 13–16.

[6] Livingston J.D. // Solid. State Phys. 1982. Vol. 70. N 8.

P. 591–596.

[7] Гаврилюк А.А., Семенов А.Л., Моховиков А.Ю. // Письма в ЖТФ. 2005. Т. 31. Вып. 6. С. 51–56.

[8] Ким П.Д. Динамика доменных стенок в магнитных пленках.

Красноярск, 1988. 246 с.

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.