Высокочастотные магнитные свойства наногранулированных композитов ферромагнетик—диэлектрик

В первой части было показано, что морфология наногранулированных композитов определяется концентрацией металлической фазы. Подобным образом и высокочастотные магнитные свойства композитов немонотонно и резко меняются при увеличении содержания магнитной фазы.

Концентрационная зависимость магнитной проницаемости наногранулированных композитов ферромагнетик—диэлектрик

На рис. 3.31, а показана типичная концентрационная зависимость действительной (кривая /) и мнимой (кривая 2) частей комплексной магнитной проницаемости композитов на примере системы (Со4оРе4оВ2о),(8Ю2)„>о-,.

При небольшой концентрации металлической фазы ^ 43% (ат.)] обе части комплексной магнитной проницаемости // и //' равны единице и практически не меняются при изменении х, что характерно для суперпарамагнитного состояния композитов [3.90]. Увеличение концентрации металла [для системы (Со4о Ре^Вго )* (БЮг) 1 оо-.г это область составов 46 х% (аг.) ^51] приводит к появлению ферромагнитного взаимодей-

Зависимости действительной

Рис. 3.31. Зависимости действительной (кривые 1, 3) и мнимой (кривые 2, 4) частей комплексной магнитной проницаемости наногранулированных композитов (Со4оРе4оВ2оМ8Ю2)1-, от содержания металлической фазы, измеренные на частоте 50 МГц: а — в отсутствии внешнего магнитного ноля (кривые I, 2); б — во внешнем постоянном магнитном поле Н, соответствующем максимальным значениям ц' и //" (кривые 3, 4)

ствия между наногранулами, что обусловлено уменьшением межгрануль- ного расстояния при приближении состава композита к порогу перко- ляции. С точки зрения магнитных свойств, эта область соответствует магнитному порогу перколяции и образованию макродоменов, размеры которых превышают размеры отдельных наногранул (на рис. 3.31, а это область I).

Рост магнитной проницаемости за порогом перколяции связан с формированием фрактальной структуры из ферромагнитных проводящих каналов в диэлектрической матрице и увеличением намагниченности образца вследствие увеличения размеров кластеров (левый склон максимума в области концентраций II на рис. 3.31, а). При дальнейшем росте концентрации металлической фазы рассмотрение композита как сетки металлических каналов становится неправильным, поскольку его структура представляет собой уже сплошную металлическую среду с наноразмерными включениями диэлектрика. Для такого материала перемагничивание происходит за счет движения доменных стенок, что приводит к низким значениям магнитной проницаемости, слабо меняющимся с концентрацией (диапазон концентраций III на рис. 3.31, а).

Зависимости на рис. 3.31, а являются частным случаем, поскольку величина магнитной проницаемости в большой степени зависит от ориентации осей легкого и трудного намагничивания относительно направления измерительного ноля. В процессе высокочастотного пере- магничивания основной вклад в изменение внутреннего поля материала вносит вращение векторов намагниченности, тогда как вкладом от движения доменных границ при частотах в десятки мегагерц можно пренебречь. Следовательно, при совпадении направления ОТН образца и высокочастотного поля катушки измеряемое значение комплексной магнитной проницаемости будет максимальным. В случае, когда вдоль оси образца ориентирована ось легкого намагничивания и ось катушки измерительного комплекса (рис. 3.32), для создания магнитной структуры, в которой реализуется условие перпендикулярности магнитного ноля катушки индуктивности измерительного комплекса и магнитных моментов гранул образца, в процессе эксперимента накладывалось в плоскости пленки дополнительное постоянное магнитное поле, перпендикулярное осям катушки и образца (см. рис. 3.32). При этом с увеличением ноля подмагничивания внсш) происходит поворот магнитных моментов гранул в сторону ОТН, и при напряженности, равной полю анизотропии

Схема проведения высокочастотных измерений комплексной магнитной проницаемости во внешнем постоянном магнитном поле

Рис. 3.32. Схема проведения высокочастотных измерений комплексной магнитной проницаемости во внешнем постоянном магнитном поле

Яд, векторы намагниченности поворачивются перпендикулярно Яизм. При Явнеш > Я происходит закрепление векторов намагниченности композита и величины действительной и мнимой частей комплексной магнитной проницаемости будут стремиться к значениям, равным 1 и О соответственно. На рис. 3.31,6 приведены максимальные значения // и /т", измеренные в некотором поле подмагничивания Явнеш,тах (кривые 3 и 4 соответственно). Очевидно, что в этом случае нет необходимости учитывать взаимное расположение измерительного поля и осей анизотропии образца, тем более что в разных композитах распределение осей анизотропии в плоскости пленки различно. Таким образом, наиболее подходящим параметром для описания высокочастотных свойств композитов могут служить максимальные значения // и //", измеренные в ноле подмагничивания. Величина Явнеш,тах пропорциональна Яд, что также является важной характеристикой магнитного материала.

Анализ экспериментальных данных, полученных при исследовании магнитной структуры композитов различного состава и концентрации металлической фазы, выявил два типа гетерогенных систем.

Первый тип —это композиты с изотропным распределением ферромагнитных частиц и с вектором намагниченности образца, лежащим в плоскости пленки. Такие композиты имеют невысокие ноля анизотропии.

Ко второму типу можно отнести композиты с анизотропным распределением ферромагнитных частиц. В этом случае основной вклад в магнитную анизотропию вносит форма неоднородностей в виде столбчатой структуры, сформированной в процессе осаждения пленки (см. разд. 3.3.3 и рис. 3.17). Такие композиты имеют большое значение поля анизотропии Яд, ориентированного перпендикулярно поверхности пленки. Очевидно, что высокочастотные свойства таких гетерогенных систем будут различаться.

На рис. 3.33 показаны концентрационные зависимости з! и ц" для первой группы композитов (изотропное распределение наногранул), а на рис. 3.34 концентрационные зависимости // и ц" анизотропных нанокомпозитов. Измерения проведены в постоянном магнитном иоле, направленном перпендикулярно оси образца в плоскости пленки, соответствующем максимальным значениям // и /г".

Сопоставление зависимостей магнитной проницаемости этих двух групп композитов позволяет выявить их отличия и особенности.

Во-первых, в изотропных композитах максимумы // и /г" наблюдаются за порогом перколяции (см. рис. 3.31, 3.33), в то время как в анизотропных композитах максимумы расположены до порога (см. рис. 3.34). Данная особенность связана с тем, что образование столбчатой структуры, перпендикулярной плоскости образца, происходит при концентра-

ции меньшей, чем порог перколяции, — в плоскости пленки композит остается доперколяционным, что следует из анализа электрических и магниторезистивных свойств. Наличие столбчатой структуры приводит к появлению взаимодействия между гранулами этой области, следствием чего является уменьшение дисперсии локальных осей анизотропии по сравнению с аналогичными составами в изотропных композитах. Намагниченность столбчатой доиерколяционной структуры оказывается выше, чем изотропной, отсюда и рост проницаемости в доперколяционной области.

Второе отличие заключается в том, что абсолютные значения магнитной проницаемости р! и р” в изотропных системах более чем на порядок выше, чем в анизотропных. Это обусловлено тем, что в первом случае процессы перемагничивания материала измеряются в плоскости, в которой лежит ось легкого намагничивания. В анизотропных композитах ОЛН ориентирована перпендикулярно плоскости, в которой осуществляется неремагничивание и измерение величины магнитной проницаемости, поэтому получаемые значения р! и /г" невысоки.

Третья особенность сводится к тому, что величина действительной магнитной проницаемости // за порогом перколяции в анизотропных композитах слабо зависит от состава (см. рис. 3.34). В изотропных нанокомпозитах увеличение доли металлической фазы за порогом перколяции приводит к значительному снижению значений р' и р" (см. рис. 3.31, 3.33). Это также связано с наличием столбчатой структуры в анизотропных композитах. За порогом перколяции неремагничивание изотропного композита начинает осуществляться за счет движения доменных стенок. Чем больше доля этого механизма в неремагничивании (она возрастает с увеличением концентрации ферромагнетика), тем ниже значения действительной магнитной проницаемости в области высоких частот (50 МГц) вследствие диссипации энергии. В анизотропных композитах даже при большой концентрации металлической фазы сохраняется перпендикулярная текстура, поскольку она задается перпендикулярной ориентацией диэлектрических областей в объеме металлической матрицы (см. рис. 3.17). Незначительная концентрационная зависимость р' в данном случае обусловлена взаимосвязью двух объективных нроцес-

Рис. 3.33. Концентрационные зависимости действительной (кривые /) и мнимой (кривые 2) частей комплексной магнитной проницаемости нано- гранулированных композитов, измеренные на частоте 50 МГц: а — (Со40Ив4оВ20)*(АЬОз) 1 оо-*; б — (Co4oFe4oB2o).t(MgO)loo-*; в — (Со4оРе4оВ2о)^(Сар2) юо-л'-

Прямая линия П.П показывает положение порога перколяции сов —зависимостью ц от концентрации и процесса перемагничивания материала в плоскости, в которой лежит ось трудного намагничивания.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >