Температурная зависимость первой константы анизотропии и

\
{•
IJ
1
i '.
;:
,,
Л. ;в. КИР.ЕНСIШИ, А\ .И . .ДРОКИН, В~ Д. ДЫЛГЕРОВ, Н. И. СУД,АКОВ и
\ "'-.·
.
'
.
.
/- ·г~
Е. К. ЗАI'ЙРОВА
ТЕМПЕРАТУРНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ ПЕРВОЙ КОНСТАНТЫ
АНИЗОТРОПИИ И МАГНИТНАЯ СТРУКТУРА
ЖЕЛЕЗО-МАРГАНЦЕВЫХ ФЕРРИТОВ
Введение
В настоящее вреМЯ значительное внимание исследователей уделяется
изучению энергетической анизотропии ферритов [1], ее температурной
зависимости [2~3] и доменной структуры ферритовх кристаллов [4-9].
В 1950 г. БиRфорд [2] методом измерений резонансной частоты опре­
делил . температурную зависимость первой константы
анизотропии
для
природного магнетита. С ростом температуры до -80° константа анизотро­
пии уменьшалась, а затем, при дальнейшем нагревании образца, несколько:
возрастала.
Температурная
зависимость
первой
константы
анизотропии
на
ко­
бальтовых ферритах была исследована Пере:Rалиной и АскоченсRим [3].
Ими было поRазано, что эта зависимость подчиняется экспериментальному
закону
Брюхатова
-
:Кир.енского
К - К е:_аТ',
0
где К - значен~е 'п~рвой Rонстанты ~низотропии при температуре
(1)
Т0
К,
Ко - значение К при 0 °К, а - постоянная. Теоретическое исследова­
ние температурной зависимости Rонстант анизотропии· для ферритов дано
в работе Турова и МицеRа [10].
В настоящей работе методом мехнических моментов проведело иссле-·
дование температурной зависимости первой Rонстанты магнитной анизо­
тропии моноRристалла железо-марганцевого феррита, а также произве­
·дены наблюдения его доменной струRтуры . Феррит такого состава типичен
для большинства моноферритов со структурой типа шпинели; у него в от­
личие от к.обальтовых _ ,ферритов направления легRого намагничивания (
параллельны осям типа
[111]. ,
Эксперимент
Для изготовлениЯ образцов были использованы монокристаллы мар- ,
ганцевых ферритов MnFe 2 0 4 с избыт-ком марганца (25% гаусманита
Mn 30 4 ). МоноRристалличесRие бульки были выращены А. А. Поповой
на аппарате Вервейля в Институте кристаллографии АН СССР. Из этих
Магнитная структура .
Fe -
Мn·ферритов
1473..
булек при помощи стальных заточенных трубок были выточенw ·щ:арюш
диаметром от 4 до 8 мм.
,
.
.
_
. ,
,
·
Измерения первой константы магнитной анизотропии и е~ температур­
ной
зависимости
проводилисЪ
методом
опред'еления
вращателЬ:f!ЫХ -мо­
ментов, действующих на образец, помещенп'ЫЙ 11 однородное МаГНИТНОI;)
поле. Поле создавалось вращающимсн электроZ~шгнитом . Однородность
ПОЛЯ В МеЖПОЛЮСНОМ ПростраНСТВе ОПредеЛЯЛаСЬ балЛИСТИЧеСКИМ метоДом .
Углы поворота электромагнита фикспровались при помощи специ'аль­
ного лимба с точностью до 0,5. мин. Измерение механИческих моментов
производиЛось при помощи ' анизометра системы Акулова с несколько
измененным
тензометром.
Чувствительность
авизометра
равнялась .
1,3 ·10 2 эрг см- 3 на 1 MJ}I шкалы . .Ошибка при· измерении механических
моментов не превь;пнала
-2%. ПогрешностЬ при измерениях температуры·
был а не более ±2°.
Оси ,легкого намагничивания определялись при помощи сПециально­
изготовленных Кардановых подвесов. Механические моменты оnределялись в плоскости
(100).
'
. .
'
Вначале были сняты кривые меха_цд:'lеС,I}ИХ, .J}IQМентов ' в зависимость .
от угла между направлением поля и 6сЬю [lОО] "в' разных полях при ком­
натной температуре и при температуре жИдкого кислорода. Затем фикси-­
ровалось непрерывное изменение :Максимального крутильного момент а..
в этой плоскости с изменением температуры при нагревании от -183°
до +300° и при последующем охлаждении до -183°. Напряженность.
магнитного поля при этом равнялась 5100 ·ое, что обеспечИвало техниЧе­
ское насыщение образца.
' Наблюдение доменной структуры проводилось на плоскости (110);
для этого на шариках были сточены и тщательно отшлифованы nоверх-:­
ности .плоскостей этого типа, после чего шарики были прокипячены в.
30%-ном растворе серной
кислоты.
'
' Порош~овые фигуры получались по способу Элмора [11]. Наблюде­
нйе -и -'фото'гр-аф~рев'ание' порошк()вмх фигур проводили при помощи ми­
кроскопа МБИ-6 при линейном увеличении 117 и 234.
Результаты эвеперимента и их анализ
Кривые механических моментов как при комнатной температур е,
так и при температуре жидкого кислорода имели форму совершенно пра-
вильных <<синусоид>> с периодом -л/2 (с той лишЬ
разницей, _ чта при низких . температурах
возрастала nx амплИтуда).
,
резко .
2
5
1
5
хан:Ич~ского момента в плрскост:\1 (100) от ,на-
4
'температурах -183° ri 22° показава на ри~ . 1,
3
пряж енности , 'внешнего магнитно.го поля irpИ
·
·'
7
ОбразованИе. Петель . между кривыми момен-
ТОJ1 при прямом и, обратном враЩении поля свидетельствует · о юiлич:ИЦ потерь на гистерезис в
сильных вра:ЩаiощихсЛ: долях.
.
·
Зависимость велиЧины максимального ме­
..
N-10-~ Jpz сн·J
2
Рис. 1. З ависимость максималЬного механического мо·­
м ента
от
наnрлженJ!ОСТJ!:
В!Jешнего
1 - nри 22°; 2--
цр_и
магни11ного
nос11л:
-183°
f
о
1
/
из которого видно, что при температуре' 22° в полях До 750 О е :момент·
практически ра;в ен нулю. З~а.чит, в nолЯ ~ Д о
феррит энергетич~ски изотропен. В полях от
750 Ое железо-марганцевый
750 до 1000 О е величина мо,­
мента возрастает, достигает предещ,'ных з наченИй О, 71 · 10- 4 эрг см-з и при ·
1474
Л.
В. Кирепский, А. И. Дрокип и др .
далЬнейшем увеличении поля остается постоянной. Резкое возрастание
механического момента при температур е кипящего кислорода наблюдается
в магнитных полях до 3000 О е. Из рис. 1 видно также, что с пониженнем
температуры от 20° до -182° механический момент возрастает прибли­
зительно
в
десять
раз.
Поскольку · исследования проводились в плоскости
~ервой
то подсчет
(100),
константы магнитной анизотропии проводился по формуле
~Л"
](l
.
.l v1 = Т Slll
4 •1,
,У ,
(2)
где М- механический момент, К 1 -первая константа магнитной анизо­
тропии, '\J - угол между Н и направлением · [100].
Для '\J
22°30'
К1
2М.
Температурная зависимость первой константы магнитной анизотропии
представлена на рис. 2. Из этого рисунка видно, что для железо-марган­
цевого ф ерриз:а К 1 отрицательна и
в интервале температур l от -183°
T2 ·to-J
40
80
12/J' 150 200 240
т 0/(
о
100
200
JOO
400
500 5о о
. о
=
=
~
5
f
~
v
-ч
v
2
j
·10
-!5
""<.Q(D
~
3
./(, ·!0 ,:щгсн -.J
5
~
7
v
/
v
t
1
((
ln~·/0-J
Рис .
2. Зависимость первой константы
анизотропии отiтемпературы
Рис .
3.
Зависимость lн К1 от т ~
до 220 о убывает по абсолютной)еличине с ростом температуры, оставаясь
все
время · отрицательной.
На рис.
3 представлена зависимость ln К 1 от Т 2 • Линейный характер
атой з ависимости говорит о справедливости и для данного iтипа кристал­
uов экспериментального закона Брюхатова
ция прямой н
-
абсолютному нулю дает К 0 =
Rиренского.
17 ·10 4
Экстраполя­
эрг см- 3 •
Исследования домецной струнтуры показывают, что характер струк­
туры зависит от направления размагничивания образца. При размагни­
чивании образца вдоль направления [110] на плоскости (110) порошковые
фигуры имеют вид толстых параллельных линий, направленных перпен­
дикуля рно к одной из осей легкого намагничивания (рис. 4, а). Между основными линиями наблюдается вторичная клинообразная структура,
·свиде тельствующая о том, что поверхность образца несколько отнлонена
I)T кристаллографической плоскости (110) .
При намагничивании в направлении
[110] в полях до 400 Ое. изме­
нений доменной структуры не наблюдается (рис. 4, 6). При дальнейшем
увеличении поля до 600 Ое (рис . 4, в) происходят изменения лишь во вто­
ричной структуре. Начиная с 750 до 1000 Ое (рис. 4, г, д) происходит резкое
изменение доменной
вые
границы,
структуры. В
идущие
этом интервале полей
перпендикулярно
второму
возникают но­
наnравлению
легкого
11амагничивания. При этом между новыми границами также наблюдается
вторичная клинообразная струнтура. В полях около 1000 Ое (рис. 4, е)
г
Jl,faг uumnaя
cmpy~>mypa
Fe-
Рис. 4. Доменная структура на плоскости (110):
.==: 400 Ое; в - Н = 600 Ое; г - Н = 760 Ое; д = 1000 Ое
·процесс
· установления
новых
границ
1475
Мп-ферритов
а
Н
Н
-
=
= О; б- Н =
800
заканчивается
и
Ое; е
-
Н
=
старые границы
почти исчезают. Вновь образованные границы размываются и исчезают
в поле около
1300
Ое.
·
Не везде на указанной плоскости наблюдается появление новых гра­
ниц . В таких местах, где новых границ не возникает, поел~ размагни:чи-
, "Вания
вдоль [110] устанавливается исходная доменная структура, ана.ло:.
гичная предыдущей. С ростом поля до 'lt~ Ое изменений в структуре не
наблюдается, если не считать Неi{ОТорых изменений во вторичной клино­
()бразной струнтуре. При, дальнейшем намагничивании основные линии
1476
Л. В . Нире нсr.ий, А. И. Дроr.ин и др.
местами размываются и в поле около 1300 Ое исчезают. Никаrшх смещений.
границ не наблюдается.
Сопоставление изменений механических моментов и доменной струк­
туры с нарастанием поля показывает, что наиболее резкие изменения до~
менной струi,туры наблюдаются в полях, соответствующих
растанию
анизотропии
ре з кому
воз~
кристалла.
Какие-либо модели кан самой струнтуры, таи и ее изменения с попем
nостроитh
несьма
затруднительно .
В занлючение выражаем глубокую приз нательность А. А. Поповой за,
любезное предоставление образцов мононристаллов ферритов.
Институт фи зики Сибирско го
отделения Академии наук СССР
Институт цветных металлов
им. М . И. Калинина
Кра сноярекий педагогический
институт
Литература
z о r t h R . М . , Т i l d е 11 Е. F., W i ll i а т s А. J., Phys. Rev . , 99, 6, 178;
(1955) .
2. В i с k f о r d L. R . , Pbys. Rev ., 78, 449 (1950).
3. Пер е к а л и н а Т. М., А с к о ч-е н с кий А. А., статья в сб.: Ферриты. Изд .
АН БССР, Минск, 1960 .
4. В а t е s L. F. , С l' а i k D. J., G l' i f f i t h s Р. М., 1 s а а с Е . D ., Р1·о с . Roy.
Soc ., А 253, 1 (1959).
W i ll i а ш s G. W.,
Санаd .
J . Pbys., 38,, 9,.
5 . S т i t h А . W.,
1187 (1960).
6. Шур Я . С., К а н д а у ров а Г. С., статья в сб . : Ферриты . И зд . АН БССР ,
Минск, 1960.
7. Д ы л г е р о в В . Д . , Др о к и н А. И., Кристаллография, 5, 6, 945 (1960).
8. С т ар ц е в а И. Е., Шур Я . С., Физ. металлов и металловедение, 2, 1, 158(1961).
9. Др о к и н А. И., Д ы л г е р о в В. Д ., 3 о л о т ар е в а Ю. М., Физик а твер­
дого тела, 3, 2, 553 (1961) . .
10 . Т у ров Е. А., М и ц е к А. И., стат ь я в сб.: Ф ерриты. И зд . АН БССР, Минск,
1960.
11 . Е l т о r е W . S., Phys . Rev . , 51, 10, 1092 (1 938); 62, 468 (1942).
1.
В о