временные магнитные эффекты и процессы перемагничивания

ВРЕМЕННЫЕ МАГНИТНЫЕ ЭФФЕКТЫ И ПРОЦЕССЫ ПЕРЕМАГНИЧИВАНИЯ
В МАГНИТНЫХ НАНОСТРУКТУРАХ НА ОСНОВЕ Со
Шадров В.Г., .Болтушкин А.В.
ГО «НПЦ НАН Беларуси по материаловедению»,
ул.П.Бровки,19,220072 Минск, Беларусь
Магнитные свойства материалов существенным образом изменяются во времени, что
проявляется как при квазистатическом намагничивании, так и при намагничивании в
переменных полях и имеет большое практическое значение [1]. Среди методов исследования магнитных временных эффектов выделяют измерение магнитной вязкости,
измерение петли гистерезиса при различных скоростях развертки, использование
импульсного поля при перемагничивании и т.д. [2]. В настоящей работе с помощью
изучения магнитной вяз-кости, измерения петли гистерезиса при различных скоростях
развертки
проведено
иссле-дование
роли межкристаллитного магнитного
взаимодействия в сложном механизме про-цессов перемагничивания, оценен обьем
элементарной ячейки перемагничивания магнитных структур на основе Со [3],
проанализировано влияние термоактивируемых процессов и меж-кристаллитного
магнитного взаимодействия на магнитное состояние ансамбля однодоменых частиц.
Проведенные исследования позволили установить, что межкристаллитное магнитное
взаимодействие является одним из основных факторов, определяющих особенности временной зависимости намагниченности [4]. Так, установлено, что зависимость намагниченности от времени в пленках Co-W (11–12 вес.%W) со столбчатой микроструктурой и
плоскостной ориентацией намагниченности имеет логарифмический характер в области
полей, близких к Нс. При этом увеличение магнитостатического взаимодействия
субзерен, из которых состоят столбчатые кристаллиты сначала уменьшает коэффициент
магнитной вязкости, а затем приводит к нелинейной зависимости М от lnt и усложнению
полевых зависимостей коэффициента магнитной вязкости S и флуктуационного поля Hf =
S/χ, где χ- необратимая восприимчивость, которые характеризуются экстремумами вблизи
Нс [3]. В случае нелинейной зависимости М от lnt можно говорить о двух механизмах
релаксации
намагниченности:
термоактивируемом
механизме
и
механизме,
обусловленном влиянием магнитостатического взаимодействия [5].
Значительный интерес представляет анализ связи флуктуационного поля Hf и
коэрцитивной силы Hc, которая для ряда магнитомягких и магнитожестких материалов
характеризуется линейной зависимостью логарифмов соответствующих величин lg Hf =
lg Hc +Const с наклоном 1.3 (график Барбье) [6]. Зависимость lg Нf от lg Нс для образцов
Сo-W с плоскостной ориентацией намагниченности и образцов Со-Ni-W с близкими
микроструктурными параметрами [3] также имеет линейный характер с наклоном ∼1.3 и
характеризуется значением lg Hc =2.7 в точке lg Hf = 0. Последнее обстоятельство согласно
работе [7], в которой теоретическая зависимость lg Hf от lg Hc рассчитана для различных
механизмов перемагничивания, соответствует модели однодоменных частиц, перемагничивающихся вращением вектора намагниченности. Проведенный анализ показывает,
что наличие магнитостатического взаимодействия в магнитных материалах обуславливает
отклонение наклона экспериментального графика Барбье от теоретического значения,
равного 1, влияя на соотношение термоактивируемых и полевых процессов при перемагничивании. В частности, для пленок Co-W c преимущественно отрицательными
величинами lg Hf магнитостатическое взаимодействие кристаллитов уменьшает долю
термоактиви-руемых процессов при перемагничивании. Тем самым, явление Барбье
можно определить
как корреляционное явление, характеризующее взаимосвязь
термоактивируемых и полевых процессов при перемагничивании через влияние
межкристаллитного магнитного взаимо-действия.
Величина и характер изменения активационного объема Vact, полученного из
временной зависимости намагниченности и Нс, также позволяют судить о процессах
перемагничивания и характере магнитного взаимодействия кристаллитов [5]. В
соответствие с уравнением Vact=kT/HfMs была рассчитана величина активационного
обьема магнитожестких пленок на основе Co-W и магнитных структур на основе АОП.
Расчет показал, что величина Vact (3 10-17 см3)
для образца Co-W со смешанной
текстурой прак-тически совпадает с обьемом сферических субзерен (∅ 40- 50 нм), из
которых состоят столбчатые кристаллиты ,и увеличивается до ∼ 10 *10 -17 см 3 для
пленок с текстурой [100] и вытянутой формой кристаллитов. Это подтверждает
некогерентный характер перемаг-ничивания столбчатых кристаллитов в пленках Co-W и
предполагает (при отсутствии обменного взаимодействия между кристаллитами)
различную форму элементарной ячейки перемагничивания Vact. В случае нелинейной
зависимости M от lnt расчет активационного обьема усложняется, поскольку следует
учитывать и перемагничивание столбчатых крис-таллитов (или значительной части их)
как целого.
Проведенные измерения Нс образцов Co-W cо смешанной текстурой и
коэффициентом прямоугольности петли ∼0.6 (т.е. характеризующихся хаотическим
распределением в плоскости магнитных моментов невзаимодействующих кристаллитов)
на вибрационном магнитометре и феррометре, скорость развертки которых и,
соответственно, эффективное время перемагничивания отличается на 5 порядков,
показывает увеличение Нс на 9-12 %, что приводит к величине Vперем 2÷4 *10-17 cм3,
соответствующей измеренной по временной зависимости намагниченности [5]. Измерения
на Со содержащих АОП показали, что V act практически не зависит от длины частиц, а
его величина Vact = 1.2 -1.4 10-18 см3 при комнатной температуре много меньше
экспериментально измеренного (1.7- 4.2 10-17 см3) обьема самих частиц и близка к
теоретическому пределу суперпарамагнитного состояния. Если предположить, что Vact
соответствует обьему сферической формы, то сфера диаметром равным диаметру частиц
даст измеренные значения Vact. Тот факт, что Vact для Со содержащих покрытий по
крайней мере не меньше теоретического предела для супер-парамагнитного состояния
предполагает, что элементарная ячейка перемагничивания не может быть меньше этого
предела. Анализ временных магнитных эффектов позволил уточнить природу магнитного
состояния наноструктурированных покрытий и влияние меж-кристаллитного магнитного
взаимодействия на их характеристики, в частности, температуру блокирования ТВ, а также
оценить критерий термостабильности сред магнитной записи [8].
Литература
1..С.В. Вонсовский Магнетизм. Наука, М. ( 1971) 1032 с.
2. D.Weller, A.Moser, M.E.Best. IEEE Trans.Magn. 36,10 (2000)
3. В.Г..Шадров, А.В.Болтушкин Сб.докл. ФТТ-05, Минск (2005).440
4. В.Г.Шадров Металлы.6,111 (2001)
5. R.W.Chantrell J.Magn.Magn. Mater. 95,135 (1991)
6. E.P.Wohlfarth J.Phys.F 14,L155 (1984)
7. J.F.Liu ,H.L.Luo..J.Magn.Magn.Mater. 85,153 (1990)
8. В.Г.Шадров. Материаловедение 12,42 (2006)