Книги по разным темам Pages:     | 1 | 2 | Физика твердого тела, 2000, том 42, вып. 8 О зависимости импульсных свойств монокристаллов бората железа от их толщины й А.В. Буквин, О.С. Колотов, В.А. Погожев Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, 119899 Москва, Россия (Поступила в Редакцию 24 декабря 1999 г.) Установлено, что степень излома кривой импульсного перемагничивания, определяемая как отношение коэффициентов переключения Sw1 и Sw2, соответствующих ее первому и второму участкам, уменьшается с увеличением толщины монокристаллов бората железа. Это изменение в основном обусловлено уменьшением коэффициента Sw1, величина которого обратно пропорциональна толщине образца. Для анализа полученных -1 результатов использовалось предложенное ранее выражение = aHs - bA2, связывающее скорость -1 перемагничивания с амплитудой магнитного поля Hs и интенсивностью A магнитоупругих колебаний, сопровождающих импульсное перемагничивание. Обнаружено, что величина коэффициента a слабо зависит от толщины образца, в то время как коэффициент b обратно пропорционален квадрату толщины. Отсюда следует, что основная часть потерь энергии, обусловленных магнитопругими колебаниями, связана с упругими колебаниями кристаллической решетки.

Как известно [1Ц3], наиболее полно импульсные свой- результатов проводится с помощью предложенного в ства магнетиков характеризуются кривой импульсного работе [11] выражения, описывающего зависимость ско-1 перемагничивания, представляющей зависимость обрат- рости перемагничивания от амплитуды Hs перемаг-1 ного времени перемагничивания (или скорости пе- ничивающего поля и интенсивности A магнитоупругих ремагничивания [4]) от амплитуды импульса магнитно- колебаний, -1 = aHs - bA2, (1) го поля Hs. Структура этой кривой отражает качественные и количественные изменения в механизмах где a Ч коэффициент пропорциональности, зависящий импульсного перемагничивания. Большой физический от коэффициента затухания Гильберта (т. е. потерь в интерес представляет поиск и исследование изменений, магнитной подсистеме) и от типа переходного процессвязанных с особенностями взаимодействия магнитной са, коэффициент b для режима 180-перемагничивания и упругой подсистем кристалла. До сих пор такие изравен ak/2Ms, Ms Ч намагниченность насыщения, а менения удалось обнаружить лишь в монокристаллах k Ч коэффициент в выражении для плотности потерь бората железа FeBO3. Установлено [5Ц7], что форма энергии, связанных с возбуждением магнитоупругих кокривой импульсного перемагничивания бората железа лебаний: wme = kA2.

в отличие от других исследованных к настоящему времени [2,3,8Ц10] магнетиков обусловлена не изменением 1. Методика эксперимента природы механизма перемагничивания, а определяется характером зависимости потерь энергии, связанных с Исследования выполнены на индукционной установке возбуждением ударных магнитоупругих колебаний, от с временным разрешением 1ns [12]. Исходное оддлительности переходного процесса. Найдено, что при нодоменное состояние образца задавалось с помощью < 13-17 ns наблюдается отставание упругой постоянного установочного поля Hb, превышающего на подсистемы кристалла от магнитной, причем значение 20Ц25% поле его технического насыщения Hsat и на слабо зависит от толщины образца и определяемого правленного параллельно плоскости образца. Изучаемый ею периода колебаний. В результате потери энергии процесс инициировался импульсом магнитного поля Hp, на возбуждение магнитоупругих колебаний уменьшаютнаправленного противоположно полю Hb. При построеся, скорость перемагничивания возрастает и на кривой -нии зависимостей (Hs) использовалось результирую- (Hs) появляется излом.

щее значение перемагничивающего поля Hs = Hp - Hb.

Очевидно, что для более глубокого понимания физики Исследована партия из восьми образцов толщиной от импульсного перемагничивания монокристаллов FeBO3 24 до 130 m. Образцы имели форму неправильных мно(как и других магнетиков с ярко выраженным характером гоугольников с поперечными размерами от 4 до 8 mm.

магнитоупругого взаимодействия) необходимо исследоПлоскость образцов перпендикулярна оси C. В таблице вание зависимости формы кривой импульсного перемаг- приведены параметры четырех образцов из исследованничивания от свойств и характеристик монокристаллов.

ной партии, на примере которых иллюстрируются основВ данной работе приводятся результаты исследования за- ные результаты. Указаны толщина d, поле насыщения висимости степени излома кривой импульсного перемаг- Hsat, период магнитоупругих колебаний (измеренный при ничивания от толщины монокристаллов. Рассматривает- одной и той же напряженности поля Hs = 3.5Oe) и знася случай 180-перемагничивания. Анализ полученных чения коэффициентов a и b в выражении (1), найденные 1438 А.В. Буквин, О.С. Колотов, В.А. Погожев Параметры образцов В то же время видно, что коэффициент Sw2 изменяется незначительно, возрастая от 0.02 до 0.25 Oe s. Таким № d, Hsat, T, a, b, образом, в исследованном интервале толщин отношение образца m Oe ns Oe-1 s-1 s-1 mV-Sw1/Sw2 изменяется до 6 раз.

1 24 1.3 13 36 9.Для обсуждения полученных результатов обратимся 2 45 1.4 22 33 3.к выражению (1). Напомним, что применимость этого 3 80 1.8 40 33 1.выражения была показана [11] в основном для случая 4 110 2.1 56 30 0.указанным ниже способом. Отметим, что величина коэффициента k и, следовательно, коэффициента b зависит от метода определения интенсивности магнитоупругих колебаний. Как и в прежних наших экспериментах [5Ц7], за меру интенсивности этих колебаний выбиралась амплитуда A колебаний напряжения продольного сигнала перемагничивания, наблюдаемых непосредственно после окончания основной стадии перемагничивания. Время перемагничивания полагалось равным интервалу между моментами, для которых напряжение сигнала равно 0.1 его амплитуды.

2. Результаты и их обсуждение Проведенные исследования показали, что форма кривой импульсного перемагничивания заметным образом зависит от толщины образца. В сказанном можно убедиться на примере кривых, полученных для наиболее Рис. 1. Сравнение экспериментальных и расчетных значений тонкого (№1) и одного из толстых (№4) образцов, скорости перемагничивания. Сплошная линия Ч экспериментальная кривая импульсного перемагничивания; штриховая липоказанных на рис. 1 и 2 сплошными линиями. В соответ-ния Ч прямая = aHs; 1 Ч расчетные значения скорости ствии с ранее опубликованными данными [13] эти кривые перемагничивания; 2 Ч значения bA2. Образец №1.

состоят из двух участков, каждый из которых хорошо аппроксимируется прямой линией. Видно, что для образца большей толщины степень излома кривой импульсного перемагничивания, определяемая разностью наклона аппроксимирующих прямых к оси абсцисс, заметно меньше, чем для тонкого образца. В магнитодинамике [1Ц3] темп изменения скорости перемагничивания принято характеризовать величиной, обратно пропорциональной указанному наклону и называемой коэффициентом пе-реключения Sw = dHs/d. В соответствии с этим степень излома можно характеризовать отношением коэффициентов переключения на первом (Sw1) и втором (Sw2) участках обсуждаемых кривых. Для образца № толщиной 24 m Sw1 = 0.29 и Sw2 = 0.022 Oe s. Для образца № 4 Sw1 = 0.06 и Sw2 = 0.025 Oe s. Отсюда видно, что увеличение толщины образца приводит к существенному уменьшению степени излома кривой импульсного перемагничивания.

На рис. 3 приведены зависимости коэффициентов Swи Sw2 от толщины для всех исследованных образцов.

Значения коэффициента Sw1 с увеличением толщины от Рис. 2. Сравнение экспериментальных и расчетных значений 24 до 130 m уменьшается примерно в 5.3 раза. Опыт скорости перемагничивания. Сплошная линия Ч эксперименпоказывает, что зависимость Sw1(d) хорошо аппрокситальная кривая импульсного перемагничивания; штриховая ли-мируется гиперболой Sw1 = f /d (рис. 3), причем для ния Ч прямая = aHs; 1 Ч расчетные значения скорости исследованной партии образцов f 7.3Oe m s. перемагничивания; 2 Ч значения bA2. Образец №4.

Физика твердого тела, 2000, том 42, вып. О зависимости импульсных свойств монокристаллов бората железа от их толщины на рисунках, видно, что тормозящее влияние магнитоупругих колебаний уменьшается с ростом толщины образца. Ясно, что степень излома кривой импульсного перемагничивания можно характеризовать и величиной aHs - ( )-1 = bA2(Hs) Ч величиной ФпрогибаФ этой кривой.

Уменьшение потерь энергии, наблюдаемое при увеличении толщины монокристалла, приводит таким образом к уменьшению степени излома (или же прогиба) кривой импульсного перемагничивания. Оно же приводит к уменьшению коэффициента переключения Sw1. Рассмотрим этот вопрос подробнее. Из рис. 1 и 2 видно, что в первом приближении величина bA2 с ростом напряженности перемагничивающего поля вплоть до Hs = Hs увеличивается по линейному закону bA2 (Hs - H0)m1, (2) причем поле H0( 1.4-1.8Oe) близко к значению поля Hs, при котором кривая импульсного перемагничивания Рис. 3. Зависимости коэффициентов переключения от толщипересекается со своей асимптотикой. На рис. 4 показана ны d образцов. 1 Ч экспериментальные значения Sw1, 2 Ч Sw2.

зависимость коэффициента пропорциональности m1 от Сплошная линия Ч гипербола Sw1 = f /d.

толщины образцов. Видно, что эта зависимость является практически линейной m1 = m10 - pd, (3) 90-перемагничивания. Поэтому, прежде всего, необходимо убедиться в применимости этого выражения к рас- причем коэффициент пропорциональности p = 0.125 (Oe m s)-1, а m10 = 31 (Oe s)-1 опресматриваемому в данной работе переходному процессу.

деляет значение m1 при d 0.

На рис. 1 и 2 показаны значения обратного времени Опираясь на приведенные выше результаты, можно перемагничивания, рассчитанные с помощью выражения предположить, что при уменьшении толщины монокри(1). При расчете использовались экспериментальные сталла коэффициент переключения Sw1 должен неогранизначения интенсивности магнитоупругих колебаний и ченно возрастать или, другими словами, при d 0 угол величины коэффициентов a и b, подобранные методом наклона первого участка кривой импульсного перемагнинаименьших квадратов по экспериментальным данным чивания к оси абсцисс должен принимать значения, близ(см. таблицу). Видно, что рассчитанные значения очень хорошо ложатся на экспериментальные кривые импульс- кие к нулю. Поскольку, согласно выражениям (1) и (2), ного перемагничивания, а потому выражение (1) примеSw1 =, (4) нимо и к режиму 180-импульсного перемагничивания.

a - mОпираясь на этот результат, можно получить наглядное то из соотношения (3) следует, что коэффициенты a представление о влиянии потерь энергии, обусловлени m10 должны иметь близкие значения. В справедлиных магнитоупругими колебаниями, на скорость перевости этого вывода можно убедиться, сравнивая средмагничивания.

нее значение приведенных в таблице коэффициентов a В выражении (1) влияние указанных потерь определяется величиной bA2, пропорциональной плотности энергии этих колебаний. Из рис. 1 и 2 видно, что потери вначале растут с ростом поля Hs, а затем, достигнув максимума при напряженности поля близкой к полю излома -Hs кривой (Hs), начинают уменьшаться. В полях 10-15 Oe влияние магнитоупругих колебаний практически уже не сказывается на скорости перемагничивания.

Отсюда следует, что первый член в выражении (1) определяет скорость перемагничивания, которая должна была бы достигаться, если бы магнитоупругие колебания отсутствовали. Другими словами, уравнение асимптоты кривой импульсного перемагничивания в больших полях -должно иметь вид: = aHs. На рис. 1 и 2 асимптоты изображены штриховыми прямыми. Из сопоставления этих асимптот и других линий, представленных Рис. 4. Зависимость коэффициента m1 от толщины d образца.

Физика твердого тела, 2000, том 42, вып. 1440 А.В. Буквин, О.С. Колотов, В.А. Погожев Рассмотрим теперь кратко вопрос о коэффициенте переключения Sw2. На основании данных, приведенных на рис. 1 и 2, можно считать, что в полях Hs > Hs величина bA2 с ростом перемагничивающего поля убывает примерно по линейному закону bA2 bA2(Hs ) - (Hs - Hs )m2, где коэффициент пропорциональности m2 > 0. Следовательно, коэффициент переключения Sw2 (a + m2)-должен быть меньше предельного коэффициента переключения Sw0 = a-1, характерного для асимптоты. Так, для образца № 1 Sw0 = 0.028 Oe s, а экспериментальное значение Sw2 = 0.022 Oe s, для образца № Sw0 = 0.033 Oe s, а Sw2 = 0.025 Oe s. Мы видим, что разница в значениях Sw0 и Sw2 действительно заметна. Однако сами эти значения малы и для их более детального исследования (в том числе экспериментального нахождеРис. 5. Зависимость коэффициента b от толщины d образца.

ния асимптоты) необходимо существенное повышение Сплошная линия Ч квадратичная гипербора b = q/d2.

временной разрешающей способности установки.

Список литературы ( 33 (Oe s)-1) и указанное выше значение m10.

Отсюда в свою очередь следует, что Sw1 (pd)-1. [1] F.B. Humphrey, E.M. Gyorgy. J. Appl. Phys. 30, 6, 935 (1959).

= [2] О.С. Колотов, В.А. Погожаев, Р.В. Телеснин. УФН 113, 4, Это приближенное выражение хорошо согласуется с 569 (1973).

приведенными ранее экспериментальными результатами:

[3] С. Крупичка. Физика ферритов и родственных им магниткоэффициент переключения, соответствующий первому ных окислов. Ч. II. М. (1976). 504 с.

участку кривой импульсного перемагничивания, обратно [4] Магнетизм и магнитные материалы. Терминологический пропорционален толщине образца, и полученное экспесправочник / Под ред. Ф.В. Лисовского, Л.И. Антонова. М.

риментально значение f = 7.3Oe m s близко к (1997).

ожидаемому значению коэффициента пропорционально[5] О.С. Колотов, Ким Ен Хен, А.П. Красножон, В.А. Погожев.

сти p-1 = 8Oe m s. Письма в ЖЭТФ 58, 1, 52 (1993).

[6] О.С. Колотов, Ким Ен Хен, А.П. Красножон, В.А. Погожев.

Очевидно, что проведенный анализ носит полуэмФТТ 36, 1, 231 (1994).

пирический характер. Для строгого объяснения обсу[7] О.С. Колотов, А.П. Красножон, В.А. Погожев. ФТТ 40, 2, ждаемых зависимостей необходимы более детальные 305 (1998).

представления о потерях энергии как в упругой, так и [8] А.С. Кашинцев, О.С. Колотов, В.А. Погожев. ФММ 64, 5, в магнитной подсистемах кристалла и их влиянии на 891 (1987).

переходные процессы. К сожалению, экспериментальные [9] О.С. Колотов, В.А. Погожев. Вестн. МГУ. Сер. 3. Физика, и теоретические исследования указанных вопросов до астрономия 32, 5, 3 (1992).

[10] А.А. Глазер, А.С. Кашинцев, О.С. Колотов, В.А. Погожев, сих пор находятся в зачаточном состоянии. Тем не Р.И. Тагиров. ФММ 2, 154 (1992).

менее нам удалось выявить один фактор, который при [11] О.С. Колотов. ФТТ 41, 4, 654 (1999).

Pages:     | 1 | 2 |    Книги по разным темам