Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Визуализация магнитных полей. Требования к ЖК материалам.
Структурные неоднородности в магнитных материалах оказались тесно связаны с областями однородной ориентации магнитных доменов. Поэтому представляется логичным рассмотреть в настоящей главе вопросы визуализации структур с неоднородными магнитными полями.
Визуализация магнитных доменов в минералах
Для изучения топографии магнитных полей в минералах обычно использовались либо метод магнитных эмульсий, либо эффекты Фарадея [42]. Получаемая с помощью эмульсий картина магнитных доменов выглядит хаотичной, и ее расшифровка вызывает трудности. На рис.14.32 показаны в сравнении картины магнитных доменов на одной и той же поверхности кристаллов пирротина, визуализированные методами магнитных эмульсий и НЖК.
Метод ЖК дает дополнительную информацию о структурных неоднородностях изучаемой поверхности и выявляет направления намагничивания в каждой точке поверхности, в том числе внутри отдельных блоков и зерен [40]. В каждом блоке домены имеют регулярную ориентацию, и вся картина обретает ясность.
Метод НЖК является новым инструментом для изучения магнитных свойств минералов, например, отличия структуры магнитных доменов в минералах различных месторождений.
Рис.14.32. Структура магнитных доменов на поверхности кристаллов пирротина, визуализированная методами магнитных эмульсий (слева) и НЖК (эвтектическая смесь МББА и ЭББА) (справа); Т = 20ºC, 300x.
Визуализация магнитных доменов в материалах для запоминающих устройств
Тонкие пленки в виде двойных слоев (YLa)3Fe5O12, выращенные на подложке Gd3Ga5O12, используются в запоминающих устройствах с высокой плотностью записи информации, основанных на переориентации цилиндрических магнитных доменов (ЦМД). Магнитооптические дефекты в упорядочении доменов могут явиться причиной дефектов в работе запоминающих устройств. Это явилось причиной изучения ЦМД. Вектор Н-поля в пленке может быть направлен параллельно или перпендикулярно к вектору оптической поляризации Р. Когда H ┴ P, визуализацию ЦМД можно осуществить с помощью магнитооптического эффекта Фарадея. Когда H P, эффект Фарадея не позволяет визуализировать ЦМД, однако это можно осуществить с помощью НЖК (рис.14.33).
Рис.15.33. Структуры магнитных доменов, выявленные с помощью НЖК: полосчатые (1), лабиринтные(2) и цилиндрические (3). Т=20ºC, 5CB, 2000х.
Показаны различные структуры магнитных доменов, визуализированные с помощью НЖК: полосчатые (1), лабиринтные (2) и цилиндрические (3). Методом НЖК было также установлено, что регулярные структуры магнитных доменов искажаются под воздействием дефектов в материале.
Визуализация магнитных доменов в тонких пленках на основе сплавов кобальта
Тонкие пленки на основе сплавов Co используются в кораблестроении в качестве материала для экранирования магнитных полей. Они получили название аморфных по результатам рентгеноструктурных исследований, хотя структура их поверхности изучена недостаточно. Магнитная структура этих пленок зависит от технологии их изготовления. Для выявления их магнитной структуры использовались методы магнитной эмульсии и НЖК.
Размеры магнитных доменов в пленках на основе сплавов Co оказались меньше, чем разрешающая способность оптического микроскопа. Для увеличения размеров доменов прикладывалось поле от постоянного магнита. С помощью НЖК была выявлена морфология поверхности пленки, содержащие зерна различного химического состава, декорированные в различные цвета (рис.14.34). Этот результат позволяет изучать причину неоднородности магнитных структур материалов не вслепую, а в связи с однородностью морфологии. Размеры доменов в зернах были в пределах от 1 до 10 мкм, изредка до 20 мкм. По сравнению с методом эмульсий НЖК позволяют определять напряженности магнитных полей доменов.
Рис.14.34. Изображения магнитных доменов на поверхности аморфных пленок, визуализированные методом НЖК (МББА:ЭББА), размером от 1 до 10 мкм, t = 20ºC. Домены наблюдаются внутри визуализированных поликристаллических зерен.
Для сокращения времени воздействия и увеличения чувствительности к магнитному полю был использован новый класс ЖК, содержащий редкоземельные металлы с гигантской величиной , обусловленной вкладом парамагнитной анизотропии ионов лантаноидов [44]. Слои металломезогенов на основе редкоземельных металлов переориентировались магнитным полем доменов за доли секунды. Использовались ЖК координационные соединения оснований Шиффа с ионами Tb(III) – L3Tb(C12H25SO4)3 [45]. Используемый ЖК материал имел температуру мезофазы ТК 84 СЖК 115 ИЖ и гигантскую величину =-22800●10-6см3/моль. Это приводило к быстрой переориентации слоя ЖК под воздействием магнитных полей доменов. Другой особенностью этого класса соединений является их способность к переохлаждению. После охлаждения образца из мезофазы до комнатной температуры со скоростью 2-3 град/мин он сохраняет зарегистрированную в мезофазе структуру доменов. Этот «эффект памяти» открывает новые возможности для изучения неоднородных магнитных полей в материалах.
Проведенный анализ позволил уточнить представление об аморфности исследуемых пленок, что справедливо при изучении малых размеров образцов рентгеновскими методами. Методом оптической микроскопии с использованием термотропных ЖК надежно установлена поликристаллическая структура «аморфных» пленок. Этот результат открывает новые возможности в изучении природы неоднородных магнитных структур материала и ее связи с морфологией образцов. Он является независимым физическим методом для визуализации структуры доменов на поверхности магнитных материалов в статическом и динамическом режимах, обладающим высокой чувствительностью и пространственным разрешением.
Метод ЖК показал свою эффективность при изучении неоднородных магнитных полей на поверхности минералов, пленок ферромагнитных материалов и пленок на основе сплавов кобальта. Достоинством метода ЖК по сравнению с методом магнитных эмульсий является возможность визуализации неоднородных магнитных полей на поверхности материалов одновременно с визуализацией структурных неоднородностей материалов. Другим достоинством метода ЖК является его метрологические возможности, позволяющие рассчитывать напряженности локальных магнитных полей на поверхности образцов. Слои ЖК, охлажденные до твердокристаллического состояния, сохраняют зарегистрированное в мезофазе изображение неоднородных магнитных полей и структурных неоднородностей в твердокристаллическом состоянии (эффект памяти).
Лайтовое объяснение всему вышеописанному научному прорыву. Итак, магнитные материалы существуют, их используют в промышленности и к ним предъявляются определенные требования. Поэтому их нужно изучать. В частности, обнаруживать структурные неоднородности и, как следствие, области детектировать области неоднородной ориентации доменов. Существуют различные методы для этих дел, наибольшее распространение получили – метод магнитных эмульсий и методы на основе эффекта Фарадея. (/*Для справки: Магнитные эмульсии – магнитная жидкость, взвешенная в среде. Действие магнитного поля на эмульсию приводит к возникновению в них структурной анизотропии, что сказывается на изменении их физических свойств, что можно задетектировать. Эффект Фарадея заключается во вращении плоскости поляризации света при прохождении через оптически неактивное вещество в магнитном поле.*/). Но нам нужны альтернативные методы. ЖК! ЖК наносятся на магнитный материал и позволяют визуализировать ориентацию доменов (из рисунка 14.32. лично я не могу вынести для себя ничего ровным счетом… где там, *автор соизволил сквернословить*, домены? В случае с ЖК, по-моему хрен проссышь *цензура не поспела за автором*). Дальше переходим к разделу (значимость анализа магнитоматериалов уже зашкаливает). Нам надо визуализировать магнитные свойства материала запоминающих устройств. Здесь (да и везде, по сути) ЖК могут задоминировать методы Фарадея, т.к. те нечувствительны к магнитному полю, сонаправленному с вектором оптической поляризации (т.к. эффект, повторюсь, основан на изменении вектора поляризации…а тут они сонаправлены и магнитные штуки-дрюки не действуют). На арену выходят ЖК все в белом и наносятся на материал. Как видно из рисунка 15.33 (из этого рисунка РЕАЛЬНО видно!!!) можно детектировать разные типы доменных структур, что клево. И клево то, что ЖК не завязаны на векторе поляризации света (хотя по идее должны бы быть…наверное, это все по тому, что мы смотрим именно фазовую задержку, а не направление вектора поляризации, который здесь также будет менять направление в зависимости от направления действия магнитного поля). Дак вот, упорядоченность доменов зависит от структурных дефектов, что показывают ЖК. Далее тонкие магнитные пленки. Все соль мы, по идее, должны понять из различий в цветовой гамме на черно-белом рисунке 14.34 (почему-то предыдущий был 15…. где-то косяк).По идее, суть такова: изучая пленку из магнитного материала мы будем видеть домены окрашенными в различные цвета, что поможет нам отличить их от зерен.
Требования к материалам простые: «Жидкие кристаллы, выходите с поднятыми концевыми группами и давайте нам максимальный контраст, а не то мы превратим вас в изотропную жидкость или просто кровавое месиво!». Короче, главное требование – замаксить магнитную анизотропию («ХИ»). В принципе она для ЖК не особо велика – порядка 10-6, если не ошибаюсь. Так вот, в таких опытах используют выкованные в аду жидкие кристаллы с магнитной анизотропией на 3 с лишним порядка выше, т.е. 2*10-3 см3/моль. Их недостаток (который Томилин пытается втюхать как достоинство) – не имеют мезофазы при комнатных градусах. Соответственно их надо наносить на образец разогретыми градусов до 100++. Но если уж их разогреть и нанести, то из-за охреневших значений дельта-хи мы имеем очень быструю переориентацию ЖК по магнитному полю (смотря локальнее – молекулы повторят доменную структуру). Потом ЖК остывают на воздухе, но распределение магнитных свойств образца будет зафиксировано – «эффект памяти». «Эффектом памяти» можете восхищаться максимально долго. Томилину очень нравится эта тема.
По сути, ЖК можно считать лучшими, чем эмульсии только в том пункте, что они еще и реагируют на структурные дефекты, а не только на распределение магнитных свойств. В остальном то они сосут. Но, об этом говорить не советую.