<<
>>

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи работы, методология и методы исследования, аргументирована научная новизна, показана практическая значимость полученных результатов, представлены апробация работы и выносимые на защиту научные положения, раскрыты структура и объем диссертации по главам.

Первая глава содержит обзор научной литературы по кристаллической структуре и магнитным свойствам интерметаллических соединений R2Fe17, в частности, по температурному поведению констант МКА и магнитострикции. Особое внимание уделено анализу данных по

магнитной доменной структуре гексагональных магнетиков с различными типами МКА. Приведены сведения о первых исследованиях ДС в монокристаллах Gd, ТЬ и Dy в области сверхнизких температур. Показано, что примененный метод сухих порошковых осадков имеет ограниченную разрешающую способность и не позволяет изучать перестройку ДС в магнитном поле в динамике. Выполнен анализ работ по ДС магнетиков с ориентационными фазовыми переходами.

Значительное место уделено работам, посвященным ДС материалов с МКА типа ПОЛИ. Показано, что ДС гексагональных магнетиков с плоскостным типом анизотропии исследована только методом порошковых фигур Акулова-Биттера, за исключением единственной работы [5], где исследования выполнены магнитооптическим методом Керра. Как известно, метод порошковых фигур не позволяет провести как температурные исследования ДС, так и исследования перестройки ДС в магнитном поле, что подтверждает актуальность выбора темы данной диссертации.

В заключительной части главы приведены сведения по существующим моделям ДС магнетика с типом анизотропии плоскость осей легкого намагничивания, сделаны выводы по обзору, обоснован выбор объектов исследования и уточнены цель и задачи работы.

Вторая глава посвящена описанию экспериментальных методов, использованных для решения задач работы. Образцы для исследований получались методом индукционной плавки в алундовых тиглях. Монокристаллические образцы препарировались из поликристаллических слитков. Режим получения крупнозернистых слитков детально описан в работе. Аттестация образцов проводилась методами рентгеноструктурного, термического магнитного, энергодисперсионного и металлографического анализов. Измерения полевых и температурных зависимостей намагниченности в магнитных полях до 50 кЭ и в интервале температур от 5 К до 350 К проведены на SQUID-магнетометре Quantum Design MPMS 5- S в Институте физики твердого тела и исследования материалов г. Дрезден (Германия).

Подготовка образцов для наблюдений ДС проводилась следующим образом. Вначале монокристаллическим зернам придавалась сферическая форма. Полученные образцы диаметром 3-5 мм заливались эпоксидной смолой и в несколько стадий ориентировались в магнитном поле для получения поверхностей шлифов, соответствующих базисной и призматической плоскостям гексагональной кристаллической решетки. На заключительной стадии ориентация поверхностей шлифов уточнялась методом Лауэ на установке ИРИС. Повторно ориентация поверхностей шлифов и ОЛИ проверялась в Макс-Планк-Институте физики твердого тела, г. Штутгарт (Германия).

Рис. 1. Расположение осей легкого намагничивания (оси Ъ ’ для соединений с ТЬ, Но, Ег и оси а - для соединения с Dy) в базисной плоскости гексагональной элементарной ячейки кристаллической решетки соединений R2Fei7.

Для выявления ДС использовались полярный и меридиональный магни­тооптические эффекты Керра и метод магнитной силовой микроскопии. Ориентация поверхности наблюдения, на которой исследовалась ДС моно­кристалла H02Fe17, с целью анализа температурного поведения третьей

магнитной фазы в двухфазной доменной

структуре, на заключи­тельной стадии исследо­ваний дополнительно уточнена на химическом факультете МГУ им.

М.В.

Ломоносова. Исследования магнитной восприимчивости выполнены в Университете г. Сарагоса (Испания).

Третья глава работы содержит результаты исследований температурной трансформации ДС соединений R2Fe17 на базисной

плоскости монокристаллов в виде пластин диаметром 2,5÷3,5 мм и толщиной 1,5÷1,6 мм. Такая ориентация поверхности наблюдения выбрана в связи с тем, что 180-, 120- и 60-градусные доменные границы, расположенные в данной плоскости, имеют минимальную поверхностную плотность энергии из всех границ, возможных в рассматриваемых соединениях [11]. Три оси легкого намагничивания расположены в этой плоскости под углом 120 градусов друг к другу (рис.1). В соединениях Tb2Fe17, H02Fe17, Er2Fei7θCH легкого намагничивания параллельны оси Ъ\ а в соединении Dy2Fe17, - оси а. На рис. 2-5 показаны типичные картины ДС соединений H02Fe17, Er2Fe17, Dy2Fe17 и Tb2Fe∏, выявленные методом меридионального эффекта Керра.

Рис.2. Доменная структура на базисной плоскости образца монокристалла H02Fe∏. T= 15 К (а), 20 К (б), 100 К (в), 250К (г).

Рис.З. Доменная структура на базисной плоскости образца монокристалла Dy2Fe17. Т= 20 К (а), 50 К (б), 150 К (в-г).

Рис.4. Доменная структура на базисной плоскости образца монокристалла Er2Fe17. Т = 20 (а), 80 (б), 150 (в) и 290 К (г).

Рис.5. Доменная структура на базисной плоскости образца монокристалла Tb2Fe17 при наличии напряжений в области высокой (а,б) и низкой МКА (в,г) в базисной плоскости. Т= 15 К (а,б) и 290 К (в,г).

Размер полей зрения на рисунках 2-5 составляет 150x150 мкм.

Изменение МКА в базисной плоскости этих соединений с изменением температуры заметно сказывается на характере ДС. Так, при повышении температуры ДС, характерная для плоскостных магнетиков, трансформируется при приближении к температуре ≈200 К. При дальнейшем повышении температуры характер ДС в значительной степени

начинает определяться магнитоупругим вкладом в МКА, обусловленным остаточными напряжениями в поверхностном слое образцов. На рис.2 в ДС соединения H02Fe17 в области низких температур отчетливо прослеживаются кроме 180-градусных ДГ границы 120-градусного и 60- градусного типа. ДС соединения Er2Fe17 более подвержена действию напряжений в поверхностном слое, поэтому в этом соединении наблюдается характерная для обнаруженной ранее в поликристаллических образцах плоскостных магнетиков полосовая ДС, образованная 180- градусными доменными границами. Особенно заметен магнитоупругий вклад в соединении Tb2Fe17, обладающем наибольшей магнитострикцией из данной группы соединений (рис.5). По результатам экспериментальных данных, приведенных в третьей главе, сделан вывод, что в области низких температур в образцах соединений R2Fe17, у которых МКА в базисной плоскости выше магнитоупругого вклада в МКА (соединения H02Fe17 и Dy2Fe17) на поверхностях монокристаллов с базисной ориентацией при наличии локальных напряжений выявляется ДС, содержащая как 180- градусные, так и 120- и 60-градусные доменные соседства (рис.2, рис.З). В соединениях, у которых МКА в базисной плоскости мала и не способна конкурировать с магнитоупругим вкладом в МКА (соединение Tb2Fe17), формируется ДС, основными доменами в которой являются полосовые домены, разделенные 180-градусными доменными границами (рис.5). Если естественная МКА в базисной плоскости сопоставима по величине с магнитоупругим вкладом в МКА (соединение Er2Fe17), то на 180-градусных ДГ появляются разрывы или дополнительные замыкающие домены, аналогичные обнаруженным ранее в материалах, имеющих ориентационные фазовые переходы (рис.4).

Возможные схемы появления в магнетиках с МКА типа ПОЛИ доменных структур, содержащих не только 180-градусные ДГ, но и 120- и 60- градусные, обсуждаются в четвертой главе диссертации.

Четвертая глава работы содержит анализ ДС на призматической плоскости (120) монокристаллического образца H02Fe17. На рис. 6 приведены микрофотографии ДС, выявленной при комнатной температуре методом магнитно-силовой микроскопии. При получении изображений ДС, представленных на рис.6, расстояние от кантилевера до образца выбиралось таким образом, чтобы выявить как основную ДС в объеме монокристалла H02Fe17 (полосовые домены на рис.6), так и замыкающие домены в поверхностном слое образца (более мелкие домены, ДГ которых перпендикулярны ДГ основных доменов). Рис.7 показывает с большим увеличением поля рассеяния замыкающих доменов, формирующихся в поверхностном слое образца. Таким образом, хотя исследуемые интерметаллические соединения R2Fe17 не имеют спин-пере-

Рис.6. Изображение ДС, полученное Рис.7. Поля рассеяния замыкающих доме- методом магнитной силовой микроскопии на нов на поверхности (120) образца поверхности (120) образца монокристалла монокристалла H02Fe17, когда в нем имеются H02Fe17. Размер поля зрения 50x50 мкм. напряжения в поверхностном слое,

возникшие при подготовке шлифа. Размер поля зрения 25x25 мкм.

ориентационных фазовых переходов, наличие остаточных напряжений в поверхностном слое образца, как и в случае магнетиков, имеющих СПП, приводит к формированию комплексной ДС, в которой обнаруживаются как основные домены, характерные для объема образца, так и развитая система замыкающих доменов, в значительной степени маскирующая основные домены.

После дополнительной подготовки поверхности образца на нем же был выполнен анализ температурной трансформации ДС на плоскости (120) в магнитном поле. Этот анализ показал возможность появления в двухфазной ДС соединения H02Fe17 третьей магнитной фазы, намагниченность которой Мз составляет с намагниченностью исходных фаз Mi и М2 углы 120 и 60 градусов. Проведен сопоставительный анализ температурных изменений коэрцитивности ДГ, начальной магнитной восприимчивости соединения и поля появления в двухфазной магнитной структуре третьей магнитной фазы. Полученные данные использованы для построения модели ДС магнетика с МКА типа плоскость осей легкого намагничивания и анализа температурного поведения ДС. Рис. 8 показывает рост третьей магнитной фазы на плоскости (120) образца монокристалла H02Fe∏ в магнитном поле, приложенном перпендикулярно поверхности наблюдения в положительном и отрицательном направлениях. T = 10K.

Рис.8. Рост третьей магнитной фазы Мз на плоскости (120) образца монокристалла H02Fe∏ в магнитном поле, перпендикулярном поверхности наблюдения. Т= 10 К. Полярный эффект Керра.

Намагниченности основ­ных доменов Mi и М2 направлены вдоль оси b,, составляющей с поверх­ностью наблюдения угол 29 градусов (рис.1). Как следует из рис.8, третья магнитная фаза с намагниченностью Мз, перпендикулярной поверх­ности образца, появляется на доменных границах фаз Mi и М2 и дефектах на поверхности кристалла. Намагниченность Мз этой фазы составляет с намагниченностями Mi и М2 углы 120 и 60 градусов. Таким образом, рис. 8 показывает возможную схему появления в присутствии магнитного поля трехфазной магнит­ной структуры в магнетике с типом анизотропии плоскость осей легкого намагничивания. Неожи­данной является темпера­турная зависимость величи­ны магнитного поля, в котором появляется третья магнитная фаза. Как следует из рис. 9, коэрцитивность ДГ в соединении Hθ2Fei7 с ростом температуры от 10 до 110 К падает с μoH=15 мТл практически до нуля, что сопровождается резким ростом магнитной восприимчивости в этой

Рис.9. Коэрцитивность ДГ в образце соединения H02Fe17.

Рис. 10. Начальная восприимчивость образца соединения H02Fe17.

Рис. 11. Температурная зависимость объема третьей магнитной фазы на поверхности (120) монокристалла H02Fe17 в магнитном поле μ0H = 160 мТл. T = 10 К (а), 50 К (б), 75 К (в), 110 К (г). Поле направлено перпендикулярно поверхности образца.

области температур (рис. 10). Данную ситуацию иллюстрирует рис.11. На рис. И показано изменение объема доменов третьей магнитной фазы с температурой в поле 160 мТл на поверхности (120) образца H02Fe17, перпендикулярной оси, обозначенной на рисунке 1 как b,[120]. Поляриза­тор и анализатор микроскопа наст­роены так, чтобы керровский конт­раст этой фазы был максималь­ным. В этом случае фазы с намагниченностя­ми Mi и М2 не выявляются. При этом векторы намагниченности данных фаз расположены антипараллельно друг другу вдоль одной из осей b,, составляющей с поверхностью образца угол в 29 градусов, и разделены 180-градусными доменными границами. В

появляющейся третьей магнитной фазе спонтанная намагниченность ориентируется перпендикулярно поверхности образца и эта фаза Мз отделена от исходных магнитных фаз 60- и 120-градусными доменными границами. Геометрия данной задачи детально представлена в диссертации. Из рис.11 следует, что объем третьей магнитной фазы в поле 160 мТл по мере роста температуры резко уменьшается. То есть для появления третьей магнитной фазы с ростом температуры требуется все большее магнитное поле (оис.12).

На первый взгляд, этот факт не согласуется с увеличением подвижности доменных границ при повышении температуры от 10 до 110 К, которое следует из рис.9. Однако расчет энергии доменных границ, выполненный в работе [12], объяснивший, почему в железе могут формироваться 180-градусные

доменные границы II типа, хотя их поверхностная плотность энергии γ приблизительно вдвое выше чем у 90-градусных границ, позволяет понять проблему роста поля, необходимого для образования третьей магнитной фазы при изменении температуры интерметаллического соединения H02Fe17 от 10 до 110 К. Как показано в [12], появление 180-градусных ДГII типа в кубических кристаллах связано с тем, что разбиение таких границ на две 90-градусных приводит к росту магнитоупругого вклада в энергию образующейся ДС. Аналогичная ситуация реализуется в магнитном поле в соединении H02Fe17 в области низких температур. Как известно, в гексагональных магнетиках с МКА типа ПОЛН естественная МКА в базисной плоскости, как правило, мала [2]. Поэтому магнитоупругий вклад в анизотропию в таких магнетиках часто играет определяющую роль при формировании ДС. Это, в частности, является причиной того, что в магнетиках с МКА типа ПОЛН ранее выявлялась только двухфазная ДС [5]. Появление третьей магнитной фазы, намагниченность которой Мз составляет с намагниченностями исходных магнитных фаз Mi и М2 60 и 120 градусов, приводит к образованию ДС, в которой вектор намагниченности одной из фаз составляет с векторами намагниченности исходных фаз угол, отличный от 0- и 180-градусов. В этом случае возникает дополнительный магнитоупругий вклад в энергию

14

формирующейся ДС. Если учесть, что соединение H02Fe17 имеет наряду с соединением Tb2Fe17 наивысшую магнитострикцию из рассмотренной группы соединений, то этот вклад является значительным даже при относительно малом угле (60 градусов) между ОЛН, вдоль которых расположены векторы Mi и М2, и вектор намагниченности появляющейся в магнитном поле фазы Мз. При повышении температуры этот вклад растет, чем и объясняется рост поля, в котором появляется третья магнитная фаза.

Полученные данные существенно уточняют модель ДС гексагонального магнетика с типом анизотропии плоскость осей легкого намагничивания. Основные домены в таком магнетике разделены доменными границами, плоскости которых перпендикулярны гексагональной оси кристаллической решетки (рис. 12).

Рис. 12. Модель доменной структуры гексагонального магнетика с анизотропией типа плоскость осей легкого намагничивания.

В заключительной части четвертой главы в рамках концепции фаз Нееля [13] анализируются общие закономерности и различия в процессах трансформации ДС при перемагничивании в магнитном поле многоосных магнетиков, в которых (1) уже имеются все возможные магнитные фазы, (2) имеется меньшее число фаз, чем возможных направлений легкого намагничивания, и (3) в процессе изменения типа анизотропии в области ориентационных фазовых переходов различной природы.

Последний параграф четвертой главы посвящен анализу возможного влияния обнаруженных в работе особенностей процессов температурной и полевой трансформации ДС в магнетиках с МКА типа ПОЛИ на процессы перемагничивания в многокомпонентных МТМ типа Sm-Zτ-Co-Cu-Fe, в которых фазы типа R2Fe∏ могут присутствовать.

Помощь с написанием академических работ
<< | >>
Источник: Антонова Екатерина Сергеевна. ТЕМПЕРАТУРНАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ ДОМЕННОЙ СТРУКТУРЫ МОНОКРИСТАЛЛОВ ИНТЕРМЕТАЛЛИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ R2Feι7 (R = Tb, Dy, Но, Ег). АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Тверь - 2018. 2018

Еще по теме ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ:

  1. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
  2. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
  3. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
  4. II. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
  5. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
  6. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
  7. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
  8. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
  9. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
  10. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
  11. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
  12. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
- Xимическая физика, в том числе физика горения и взрыва - Акустика - Астрономия - Астрофизика и радиоастрономия - Биомеханика - Геометрия и топология - Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры - Дискретная математика и математическая кибернетика - Дифференциальные уравнения - Кристаллография, физика кристаллов - Лазерная физика - Математика - Математическая логика, алгебра и теория чисел - Математическая физика - Математический анализ - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ - Механика - Механика деформируемого твердого тела - Механика жидкости, газа и плазмы - Операционный анализ - Оптика - Планетные исследования - Приборы и методы экспериментальной физики - Радиофизика - Теоретическая механика - Теоретическая физика - Теория вероятностей и математическая статистика - Теплофизика и теоретическая теплотехника - Физика - Физика атомного ядра и элементарных частиц - Физика высоких энергий - Физика конденсированного состояния - Физика магнитных явлений - Физика низких температур - Физика плазмы - Физика полупроводников - Физика пучков заряженных частиц и ускорительная техника - Физика солнца - Физико - математические науки - Физическая электроника - Электрофизика, электрофизические установки -