WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Журнал технической физики, 2003, том 73, вып. 5 05;12 Влияние внутренних ростовых напряжений на процесс намагничивания кристаллов гематита в базисной плоскости © А.Т. Караев, Б.Ю. Соколов Национальный университет Узбекистана, 700174 Ташкент, Узбекистан e-mail: optic@nuuz.uzsci.net (Поступило в Редакцию 19 сентября 2002 г.) Магнитооптическим методом исследовано поведение доменной структуры тонких пластинок гематита во внешнем магнитном поле. Обнаружено, что в кристаллах, имеющих внутренние напряжения, в некотором интервале магнитного поля, приложенного в базисной плоскости в направлении трудной оси намагничивания, возникает магнитная сверхструктура с осциллирующим вдоль направления магнитного поля азимутом вектора ферромагнетизма. Полученные экспериментальные результаты обсуждаются в рамках теории магнитной ряби.

История исследований доменной структуры (ДС) ге- в окне прозрачности гематита (в области длин волн матита насчитывает уже более 30 лет. Для наблюдения 0.9 < < 1.2 µm) при нормальном падении света на доменов в этом слабом ферромагнетике использовались плоскость образца (свет распространялся вдоль C3-оси) различные экспериментальные методы: порошковых фи- в скрещенной геометрии осей пропускания поляризатогур [1], рентгеновской топографии [2], магнитоопти- ра и анализатора. Изображение доменов считывалось ческий [3,4]; теоретическое рассмотрение возможных с экрана электронно-оптического преобразователя витипов ДС гематита выполнено в [5]. Казалось бы, на деокамерой, состыкованной с компьютером. Кроме этосегодняшний день этот предмет достаточно хорошо изу- го, в эксперименте измерялись магнитополевая и ориентационная зависимости изменения интенсивности света, чен как экспериментально, так и теоретически. Тем не прошедшего систему поляризатор–образец–анализатор менее в [6] сообщалось об особенностях эволюции ДС гематита, содержащего примесь ионов Ga, при намаг- (фотоприемником служил ФЭУ-62).

ничивании вдоль трудной оси — появлении квазиперио- Однородное магнитное поле напряженностью H 100 Oe создавалось двумя парами катушек дической микромагнитной структуры с осциллирующим Гельмгольца и могло ориентироваться в любом вдоль направления магнитного поля азимутом вектора ферромагнетизма. Обнаруженная модулированная маг- направлении в базисной плоскости образца с сохранением заданной величины |H|. Образцы размещались нитная структура (ММС) связывалась в [6] с переходом в оптическом криостате, позволяющем проводить кристалла из однородного в неоднородное магнитное исследования в температурном интервале 80-290 K. Во состояние и описывалась с привлечением концепции всех экспериментах плоскость образца ориентировалась случайного поля, возникающего вследствие замещения перпендикулярно магнитному полю Земли.

части ионов Fe в составе гематита диамагнитными ионаПоскольку известно [8,9], что величина магниооптими Ga. Однако, как показали дальнейшие исследования, ческих эффектов в гематите существенно зависит от появление ММС наблюдается и в номинально чистых ориентации намагниченности в базисной плоскости, прокристаллах гематита при наличии в них внутренних анализируем взаимосвязь между азимутальным углом напряжений. Результаты исследований условий возбувектора ферромагнетизма m и изменением интенсивнождения и существования ММС в таких кристаллах сти света, прошедшего систему поляризатор–образец– представлены ниже.

анализатор, вызванным основными магнитооптическими эффектами. Используя формализм матриц Джонса (матОбразцы и методика эксперимента рица Джонса для ромбоэдрических слабых ферромагнетиков получена в [10]) и учитывая, что в ближней Для исследований использовались монокристаллы геинфракрасной области спектра основными магнитоопматита -Fe2O3 (пространственная группа D6 ), выра3d тическими эффектами в гематите являются магнитное щенные методом спонтанной кристаллизации из растволинейное двупреломление [8] и эффект Фарадея [9], ра в расплаве [7]. Образцы представляли собой плоскоинтенсивность света на выходе системы поляризатор– параллельные пластинки с поперечными размерами образец–анализатор можно представить в виде 55mmи толщиной 200-300 µm, развитые плоскости которых совпадали с базисной (плоскостью (111)). I() A sin2 2( + 1)+B sin 3( + 1)+C sin( + 2), Для изучения ДС применялся магнитооптический (1) метод. Наблюдение доменов осуществлялось при по- где A — магнитооптический коэффициент, характеризумощи поляризационного микроскопа „на просвет“ ющий магнитное линейное двупреломление; B и C —коВлияние внутренних ростовых напряжений на процесс намагничивания кристаллов гематита... Экспериментальные результаты Как показали экспериментальные исследования эволюции ДС гематита, в некоторых кристаллах при наложении поля H в базисной плоскости в направлении, перпендикулярном направлению доменных границ (ДГ), наблюдаемых в размагниченном состоянии образца, возникают ММС, аналогичные обнаруженным ранее в -Fe2O3 : Ga [6]. В качестве примера на рис. 2, a покаРис. 1. Зависимость интенсивности света, прошедшего си- зана ДС одного из таких кристаллов, визуализированная стему поляризатор–образец–анализатор, от ориентации магв отсутствие внешнего магнитного поля при комнатнитного поля H = 100 Oe в базисной плоскости -Fe2O3.

ной температуре. Как оказалось, более контрастным — угол между направлением вектора H и произвольно изображение доменов получается, когда C3-ось образвыбранным направлением в базисной плоскости кристалла.

ца слегка отклонена от направления распространения Точки — эксперимент, сплошная кривая — результат подгонки света, т. е. визуализация ДС осуществляется в основном с использованием формулы (1).

за счет эффекта Фарадея. Такой результат возможен, если домены 90- или 180-ные. Поскольку введение четвертьволновой фазовой пластинки в оптический тракт микроскопа также не позволило надежно наблюдать ДС эффициенты, описывающие эффект Фарадея; —угол при нормальном падении света, было установлено, что между вектором m и направлением C2-оси; 1, 2 — домены 180-ные. Характерно, что изображение одной параметры, определяющиеся ориентацией плоскости поиз ДГ (правой) на рис. 2, a размыто, т. е. эта ДГ наклонна ляризации падающего света относительно C2-оси.

к базисной плоскости кристалла. При этом оказалось, В (1) учтено, что главная ось симметрии кристалла что ДГ ориентированы в направлении, не связанном ни может быть незначительно отклонена от направления с каким из выделенных направлений в базисной плосраспространения света. Это приводит к тому, что в I() кости кристалла (для большинства исследованных криимеется вклад от эффекта Фарадея как от поперечной сталлов они ориентировались вдоль одной из C2-осей, (гармоника B), так и продольной (гармоника C) комявляющихся при комнатной температуре легкими осями понент вектора m. Для учета этих, вообще говоря, мевнутриплоскостной кристаллографической (гексагональшающих при определении азимута вектора m эффектов ной) анизотропии гематита [5]). Известно, что причиной были проведены измерения зависимости фототока фотопоявления наклонных ДГ и несовпадения оси легкого наприемника от ориентации магнитного поля в базисной магничивания с C2-осью в -Fe2O3 являются внтуренние плоскости кристалла. Величина прикладываемого поля напряжения, возникающие в поцессе роста кристалла [5].

выбиралась такой, чтобы магнитное состояние образцов При наложении магнитного поля в плоскости этого было однородным (монодоменным). Как показали наши образца в направлении, перпендикулярном направлению измерения, это достигалось при H > 30 Oe.

ДГ в размагниченном состоянии, вначале образец моНа рис. 1 приведена типичная ориентационная занодоменизировался, а затем в полях H 6-15 Oe висимость сигнала I, полученная для -Fe2O3 при на некотором участке поверхности образца наблюдалось T = 290 K, откуда методом наименьших квадратов изпоявление ММС, проявляющейся в виде системы полос влекались амплитуды присутствующих в (1) гарморазличного магнитооптического контраста с нечеткими ник (угол между направлением распространения света границами (рис. 2, b, c). При отклонении вектора H от и C3-осью 1-2). Найденные из приведенных на рис. этого направления на угол < 10 полосы видоизменяютрезультатов величины магнитооптических коэффициенся: меняется их ширина, они смещаются, но их направлетов соотносятся между собой как A : C : B 10: 1: 0.1.

ние и контраст изображения сохраняются. Дальнейшее Следовательно, за модуляцию интенсивности I в основотклонение поля от указанного направления приводит ном ответственно магнитное линейное двупреломление, к исчезновению ММС.

и, добиваясь большей точности ориентации плоскости Так же как и в случае -Fe2O3 : Ga, пространственный образцов относительно падающего света, можно уменьпериод обнаруженной ММС зависит от величины поля:

шить амплитуду первой гармоники так, чтобы добиться с ростом H расстояние между полосами уменьшается соответствия между изменением величины I и азимутом (рис. 2, b, c). Изменение периода в поле происходит вектора m. Таким образом, анализируя интегральные скачкообразно, путем изменения числа полос на регихарактеристики светового потока на выходе образца, стрируемой длине, причем кроме этого эффекта пининга на основе (1) можно установить ориентацию векто- при инверсии направления H наблюдается гистерезис ра m в базисной плоскости (определить направление значений : при уменьшении поля (на обратном ходе C2-осей), а из анализа локальных характеристик светово- намагничивания) средний период ММС оказывается го потока — судить о пространственных вариациях маг- меньше, чем при его увеличении.

нитного параметра порядка кристалла, положив угол Отметим, что полосы на рис. 2, b, c отчетливо наблюфункцией координат. даются при нормальном падении света на образец, при 9 Журнал технической физики, 2003, том 73, вып. 132 А.Т. Караев, Б.Ю. Соколов рующей зависимости азамутального угла вектора m от пространственной координаты 25 cos kx, где k = 2/ — волновой вектор ММС, x — текущая координата (H X).

Понижение температуры не приводит к заметному изменению периода ММС или контраста ее изображения, но при T 260 K как ДС, так и ММС в исследованном кристалле практически скачком исчезали. Это закономерно, поскольку при температуре Морина TM = 260 K в -Fe2O3 происходит переход из слабоферромагнитного лекгоплоскостного состояния (T > TM) в легкоосное антиферромагнитное (T < TM). Сравнение кривых полевых зависимостей магнитооптического сигнала I(H), снятых с участка образца, где наблюдалось появление ММС, с кривыми I(H), полученными с участков, где она не возникала, показало, что эти участки не различаются ни коэрцитивной силой, ни величиной поля насыщения, однако температура Морина (определяемая по исчезновению сигнала I) для первого из них оказалась ниже примерно на 3 K.

Обсуждение результатов По внешним признакам обнаруженная в имеющих внутренние напряжения кристаллах ММС схожа с хорошо известным явлением магнитной ряби („magnetization ripple“), наблюдаемым в поликристаллических пленках пермаллоя [11]. Магнитная рябь возникает при намагничивании пленки в плоскости и связана с переходом пермаллоя в магнитную фазу с осциллирующим около направления поля H азимутом вектора локальной намагниченности, при этом пространственный период модуляции, так же как и период ММС в -Fe2O3, уменьшается с ростом поля. Как показано в [12], равновесная магнитная структура типа магнитной ряби возникает за счет конкуренции между случайной анизотропией, роль которой играет кристаллографическая анизотропия в кристаллах, ориентированных случайным образом относительно друг друга, одноосной анизотропией, наведенной текстурой пленки, и внешним магнитным полем.

Рис. 2. Поверхность образца -Fe2O3 в поляризованном Если считать, что к возбуждению обнаруженной ММС свете (толщина образца 210 µm, T = 290 K): H = 0 (a), 6 (b), приводят аналогичные причины, следует предположить 14 Oe (c).

наличие в тех областях кристалла, где возникают ММС, одноосных магнитных центров со случайным направлением легких осей. В частности, такие центры могут этом соответствующим подбором азимута поляризато- представлять собой комплексы, образованные ионами примеси (неконтролируемые примеси технологического ра можно инвертировать контраст изображения ММС.

Последнее достигалось при повороте поляризатора на происхождения в некотором количестве всегда приугол 50 относительно положения, в котором наблю- сутствуют в реальных кристаллах) и окружающими дались полосы, показанные на рис. 2, b, c. Это, очевидно, их матричными ионами Fe. Различие ионных радиусов означает, что азимут вектора m в центре соседних полос или / и зарядового состояния примесных и матричных различается примерно на 50. Отсутствие резких границ ионов будет приводить к искажениям кристаллической у наблюдаемой системы полос позволяет заключить, решетки и, как следствие, к отличию ориентации магчто в ней m является не просто знакопеременной нитных моментов комплексов от направлений, задававеличиной, как в обычной ДС, а плавно меняет свое емых гексагональной анизотропией кристалла. Именно направление. Наглядно обнаруженная ММС может быть с присутствием такого рода анизотропных магнитных приближенно представлена в виде одномерной осцилли- центров обычно связывается появление дополнительной Журнал технической физики, 2003, том 73, вып. Влияние внутренних ростовых напряжений на процесс намагничивания кристаллов гематита... одноосной анизотропии в базисной плоскости гема- J = 2, K = -, M = µl2, где,, µ — коэффициенты тита [13,14]. Возникновение наведенной анизотропии разложения термодинамического потенциала по степеобъясняется процессами упорядочения ионов примеси, ням магнитного порядка, l — модуль вектора антиферпроисходящими путем ионной диффузии. Внутренние ромагнетизма.

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.