Введение к работе
Актуальность темы
Интерметаллические соединения редкоземельных металлов (РЗМ, R) с металлами группы железа являются уникальными физическими объектами и находят широкое практическое применение в ряде важнейших наукоемких отраслей современной промышленности: твердотельной электронике, приборостроении, авиационной и космической технике, атомной энергетике и других [1,2].
Гигантские значения магнитокристаллической анизотропии и
магнитострикции, значительный по величине магнитокалорический
эффект в сочетании с высокими температурами Кюри и возможностью
реализации высококоэрцитивного состояния обуславливают
неослабевающий интерес исследователей к этим материалам. Постоянные магниты на основе РЗМ с Зс1-переходными металлами успешно используются в течение многих лет, однако, фундаментальные вопросы, связанные с механизмом магнитного гистерезиса и природой высококоэрцитивного состояния остаются до конца не выясненными до настоящего времени.
В ряде практически важных соединений с кобальтом и железом наблюдается значительное магнитное последействие (сверхвязкость), причем времена релаксации в ряде случаев превышают 10 с [3,4]. Комплексное исследование этих процессов с учетом реальной структуры материалов является актуальной задачей как с фундаментальной, так и с прикладной точек зрения.
Фундаментальный интерес обусловлен отсутствием, несмотря на почти многолетнюю историю исследования процессов магнитной релаксации [3-6], достаточной ясности в поведении магнитных характеристик с течением времени в магнитотвердых магнетиках и отсутствием информации о возможностях определения параметров релаксационной зависимости. Изучение эффекта магнитного последействия в интерметаллических соединениях редкоземельных металлов с металлами группы железа поможет проникнуть в природу особенностей высококоэрцитивного состояния в материалах для постоянных магнитов.
Важнейшей характеристикой магнитных систем на основе постоянных магнитов является временная и температурная стабильность основных магнитных параметров. Магнитная вязкость вносит существенный вклад в процессы намагничивания и перемагничивания магнетиков, поэтому учет магнитных релаксационных процессов является актуальной прикладной задачей.
Цель работы и задачи исследования
Целью данной работы является комплексное исследование магнитных релаксационных процессов в интерметаллических соединениях редкоземельных металлов с металлами группы железа и моделирование этих процессов на основе сопоставления результатов магнитных измерений, исследований микро- и наноструктурных неоднородностей и магнитной доменной структуры.
Были поставлены следующие задачи:
выполнить комплексное исследование структуры и магнитных релаксационных процессов в квазибинарных соединениях R(Co,M)5 (R=Sm, Gd; M=Cu, Ni) и литых высококоэрцитивных образцах (R,Zr)(Co,Cu,Fe)z (R=Sm, Gd) с применением методов оптической металлографии, сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ) и магнитных измерений;
провести исследования гистерезисных свойств и магнитных релаксационных процессов в соединении S1T1C03CU2 в интервале температур от 4,2 до 350 К и установить закономерности поведения основных гистерезисных характеристик в зависимости от температуры;
установить основные закономерности трансформации магнитной доменной структуры в процессе временной релаксации намагниченности образцов R(Co,M)5 и (R,Zr)(Co,Cu,Fe)z в магнитных полях, близких к коэрцитивной силе (Hci);
определить функции распределения времен релаксации и энергий активации релаксационных процессов;
- разработать модель, описывающую процессы магнитной
релаксации.
Объекты исследования
В качестве объектов исследования были выбраны сплавы следующих составов:
R(Coi.xMx)5j где R=Sm, Gd, M=Cu, Ni, x=0,2-0,8;
(Ro,85Zro,i5)(Coo,7oCuo,o9Fe0,2i)z, где R=Sm, Gd; z=5,2; 5,6; 6,0; 6,4; 6,7.
Научная новизна и практическая значимость
В работе проведено комплексное исследование эффекта магнитного последействия в редкоземельных интерметаллидах R(Co,M)5 и R-Zr-Co-Cu-Fe, включающее магнитные измерения, оптическую металлографию и СЗМ.
Проведено систематическое исследование релаксационных процессов литых высококоэрцитивных сплавов Ко,852го,і5(Соо,7оСио,о9рЄо,2і)г (R=Sm, Gd). Впервые обнаружено магнитное последействие в сплавах
Gdo,85Zro,i5(Coo,7oCuo,o9Fe0,2i)z (z = 5,6; 6,0; 6,4). Для всех исследуемых составов выявлен спектр значений размагничивающих полей и получены временные зависимости относительной намагниченности.
Впервые получены изображения рельефа поверхности сплавов R(Co,M)5 методами атомно-силовой микроскопии и выявлены наноструктурные неоднородности, размеры которых сопоставимы с
эффеКТИВНОЙ ШИРИНОЙ ДОМеННОЙ ГраНИЦЫ 5эфф.
Впервые проведены исследования гистерезисных свойств и магнитных релаксационных процессов в соединении S1T1C03CU2 в интервале температур от 4,2 до 350 К.
Впервые предложена модель магнитного последействия, основанная на рассмотрении термических флуктуации энергии взаимодействия доменной границы с дефектами структуры.
Полученные в работе результаты могут быть использованы при разработке новых гетерогенных наноструктурных магнитных материалов с заданными физическими свойствами с учетом эффекта магнитного последействия.
Диссертационная работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 02-02-96001 «Исследование процессов перемагничивания гетерогенных редкоземельных магнетиков» и Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 гг.» ГКП745.
Основные научные положения, выносимые на защиту
-Результаты экспериментальных исследований структуры и магнитных релаксационных процессов в квазибинарных соединениях R(Co,M)5 (R=Sm, Gd; M=Cu, Ni) и литых высококоэрцитивных образцах (R,Zr)(Co,Cu,Fe)z (R=Sm, Gd).
- Результаты исследования магнитной доменной структуры образцов в магнитных полях, близких к коэрцитивной силе.
-Результаты анализа функций распределения времен релаксации, интервалов времен релаксации и энергий активации.
-Полученные впервые данные о характере наноразмерных структурных неоднородностей в сплавах R(Co,M)5, показавшие, что размеры неоднородностей сопоставимы с эффективной шириной доменных границ.
-Полученные впервые результаты исследования гистерезисных свойств и магнитных релаксационных процессов в соединении S1T1C03CU2 в интервале температур от 4,2 до 350 К.
-Модель магнитного последействия, основанная на рассмотрении термических флуктуации энергии взаимодействия доменной границы с дефектами структуры.
Апробация результатов работы
Основные материалы диссертации опубликованы в научной печати, докладывались на Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов-99» (Москва, 1999 г.), V научной конференции молодых ученых и специалистов ОИЯИ (Дубна, 2001 г.), XVII Международной школы-семинара «Новые магнитные материалы микроэлектроники» (Москва, 2000 г.), Шестой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых ВНКС-6 (Екатеринбург-Томск, 2000 г.), I Международной конференции «Функциональные наноматериалы и высокочистые вещества» (Суздаль, 2008 г.) XVII Международной конференции по постоянным магнитам (Суздаль, 2009 г.), VII Международной научно-технической конференции INTERMATIC-2010 (Москва, 2010 г.), 1-ой международной конференции «Образование в сфере нанотехнологий: современные подходы и перспективы» (Москва, 2010 г.), XLV Школе ПИЯФ РАН (Гатчина, 2011 г.), Moscow International Symposium on Magnetism (Москва, МГУ им. М.В. Ломоновова, 2011 г.), XVIII Международной конференции по постоянным магнитам (Суздаль, 2011 г.).
Публикации
Основные результаты диссертации опубликованы в 11 печатных работах, из которых 2 опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК и приравненных к ним.
Личный вклад автора в разработку проблемы
Автором получены все основные экспериментальные результаты, выполнены соответствующие расчеты физических параметров, проведена интерпретация экспериментальных данных.
Выбор темы, планирование работы, постановка задач и обсуждение полученных результатов проводились автором совместно с научным руководителем.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка цитированной литературы. Общий объем составляет 134 страницы, включая 48 рисунков, 9 таблиц. Список цитированной литературы содержит 120 наименований.
