Введение к работе
кандидат физико-математических наук, доцент Соппа И.В.
Актуальность темы
В последние годы наблюдается возрастающий интерес к ферромагнитным материалам, перемагничивание которых осуществляется путем вращения вектора спонтанной намагниченности в пределах наноразмерных ферромагнитных зерен. На основе таких систем возможно создание как магнитно-мягких материалов, превосходящих по своим свойствам традиционные сплавы, так и магнитно-жестких материалов для постоянных магнитов [1]. Подобные вещества с упорядоченным расположением магнитных зерен оказались перспективными и для использования их в устройствах хранения информации [2]. Открытие аморфных сплавов и создание ферромагнитных материалов на их основе привело к новому всплеску интереса к гранулированным ферромагнетикам. Стимулом к исследованиям таких систем и взаимодействия между частицами в них явилась необходимость создания материалов для магнитных носителей информации, обеспечивающих повышение плотности ее хранения. Уникальные магнитные свойства этих материалов появляются лишь в результате частичной кристаллизации исходных сплавов [3]. Варьируя концентрацию и размеры образующихся нанокристаллов, можно получить материалы с самыми разнообразными свойствами. Кроме чисто практического применения, такие ферромагнетики представляют интерес как объекты для исследования фундаментальных свойств ферромагнетизма.
Весьма существенную, а часто и определяющую роль играет магнитное взаимодействие между образующимися нанокристаллами. Вопросам магнитного взаимодействия в системах таких однодоменных частиц посвящено большое количество теоретических работ, результатами которых являются функции распределения случайных полей взаимодействия и среднее поле [4]. Теоретические модели этих соединений постоянно развиваются и совершенствуются [5], однако далеко не всегда согласуются с результатами экспериментов. Реальные системы, как правило, осложнены многими факторами, такими как слипанием частиц, образованием кластеров повышенной плотности, наличием окружения из частиц с сильно отличающимися временами релаксации и тому подобным, которые не могут быть учтены в теоретических расчетах [6].
Фазовые диаграммы [7], как наиболее общий экспериментальный способ описания магнитостатического взаимодействия однодоменных частиц, в силу различных причин, к которым, в частности, относятся трудоемкость и значительная продолжительность регистрации наряду со сложностью и неоднозначностью обработки полученных результатов, не могут быть использованы в полной мере. Поэтому задача поиска эффективных методов исследования систем взаимодействующих ферромагнитных частиц остается актуальной.
Цель диссертационной работы – разработка подходов к экспериментальному определению плотности распределения случайных полей взаимодействия в системе однодоменных частиц.
Основные задачи диссертационной работы
-
Оценить возможность применения фазовых диаграмм для анализа взаимодействия в системе однодоменных частиц.
-
Изучить структуру и магнитные свойства аморфных сплавов в процессе их кристаллизации.
-
Разработать метод исследования структурно-сложных магнитных систем и апробировать его на материалах с различными свойствами.
-
Выполнить моделирование распределения полей взаимодействия однодоменных частиц и процессов их перемагничивания.
Научная новизна работы
-
Показано, что фазовая диаграмма системы однодоменных частиц позволяет получить не истинное распределение полей взаимодействия, а характерное для того вида намагниченности, при помощи которого построена сама диаграмма.
-
Разработан метод экспериментального определения случайных полей взаимодействия в системе однодоменных частиц, позволяющий, в частности, независимо исследовать характеристики этих полей для нескольких одновременно присутствующих ферромагнитных фаз.
-
Модель Прейзаха дополнена таким понятием, как перемешивание знака представляющих точек на фазовой диаграмме.
Практическая ценность
-
Определены характеристики ферромагнитных фаз, образующихся в процессе расстеклования аморфного сплава Fe78,6Cr18,8B2,6.
-
Метод поперечных профилей, по сравнению с прямым использованием фазовых диаграмм, позволяет просто и быстро получить эффективное распределение полей взаимодействия системы однодоменных частиц.
-
Предложена модель, с помощью которой выполнена интерпретация магнитных свойств системы однодоменных частиц и показано качественное совпадение экспериментальных данных с результатами моделирования.
Основные защищаемые положения
-
Вид фазовой диаграммы распределения полей взаимодействия и критических полей системы однодоменных частиц зависит от способа получения диаграммы.
-
Метод поперечных профилей, основанный на изучении зависимости полной или парциальной идеальной намагниченности от постоянного поля, дает возможность определить распределение локальных полей магнитостатического взаимодействия в системах ферромагнитных однодоменных частиц.
-
При кристаллизации аморфного сплава Fe78,6Cr18,8B2,6 возникают две ферромагнитные фазы.
Обоснованность и достоверность полученных результатов заключается в последовательном и корректном применении современных методов исследования магнитных свойств и структуры изучаемых материалов, воспроизводимости и повторяемости экспериментальных данных и согласованности с результатами работ других исследовательских групп.
Апробация результатов работы. Результаты диссертационной работы были представлены в 2 устных докладах на международных и российских конференциях, а также в 5 устных докладах на всероссийских и региональных конференциях студентов и аспирантов с 2000 по 2010 годы.
Публикации. По материалам диссертации опубликованы 7 статей (2 статьи в журналах из списка ВАК РФ, 5 статей в сборниках трудов международных и региональных конференций) и 3 тезиса сообщений в сборниках трудов конференций.
Личный вклад автора. Автор провёл бльшую часть экспериментов по исследованию взаимодействия магнитных частиц и структурных изменений аморфных сплавов, природных объектов и образцов из -Fe2O3. Автор обрабатывал основные экспериментальные данные, участвовал в анализе результатов, обсуждении и подготовке публикаций. Вошедшие в диссертацию результаты отражают итоги исследований, проведенных автором в Институте физики и информационных технологий ДВГУ совместно с сотрудниками кафедры электроники и кафедры теоретической и ядерной физики ДВГУ.
Участие основных соавторов публикаций заключалось в следующем: д.ф.-м.н. Белоконь В.И., к.ф.-м.н. Иванов В.А., к.ф.-м.н. Нефедев К.В., к.ф.-м.н. Соппа И.В. участвовали в постановке задач, обсуждении результатов и подготовке публикаций; к.ф.-м.н. Иванов В.А. участвовал в написании программного продукта для моделирования процессов, происходящих в образцах в результате магнитного взаимодействия между частицами.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Общий объем диссертации составляет 110 страниц, включая 45 рисунков, 2 таблицы и список литературы из 117 наименований.
