Экспериментальное изучение коллективных процессов при пластической деформации кристаллов и перемагничивании гетерофазных магнетиков

• Автор: Шашков, Иван Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Черноголовка
• Количество страниц: 165 с. : ил.

Оглавление
Оглавление
Введение
Глава 1 Литературный обзор
1.1 Прерывистость и степенной скейлинг в физике конденсированног о состояния
1.2 Теоретические подходы к степенной статистике
1.2.1 Самоорганизующаяся критичность
1.2.2 Альтернативные объяснения степенного поведения
1.2.3 Роль конечной скорости нагрузки и перекрытия
1.2.4 Отношение к другим динамическим режимам
1.3 Эффект Портевена-Ле Шателье
1.3.1 Общее поведение
1.3.2 Микроскопический механизм
1.3.3 Наблюдение сложного поведения
1.3.4 Численные модели
1.4 Лавинная динамика при перемагничивании тонких плёнок
1.4.1 Эффект Баркгаузена в 20 системах
1.4.2 Особенности перемагничивания слоистых структур типа
ферромагнетик/антиферромагнетик
1.5 Постановка задачи
Глава 2 Экспериментальные и аналитические методики
2.1 Деформационные измерения
2.1.1 Объекты исследования и подготовка образцов
2.1.2 Механические испытания
2.1.3 Измерения акустической эмиссии
2.1.4 Индивидуализация акустических событий
2.2 Магнитные измерения
2.2.1 Объекты исследования
2.2.2 Магнитные измерения
2.3 Методы анализа динамических систем
2.3.1 Статистический анализ

2.3.2 Фурье анализ
2.3.3 Мультифрактальный анализ
Г лава 3 Влияние суперпозиции дислокационных лавин на статистику
акустических событий при пластической деформации
3.1 Сплавы ]У^г
3.2 Сплавы
3.3 Выводы
Глава 4 Самоорганизация и коллективные эффекты при гладком и прерывистом течении сплава АП^
4.1 Визуальный и спектральный анализы акустических сигналов
4.1.1 Волновые формы акустической эмиссии
4.1.2 Спектральный анализ
4.1.3 Обсуждение
4.2 Процессы пластичности на разных временных масштабах: от микросекунд до минут
4.2.1 Статистический анализ
4.2.2 Мультифрактальный анализ
4.2.3 Обсуждение
4.3 Выводы
Глава 5 Самоорганизация при нестационарном движении доменных границ в обменно-связанных гетероструктурах
5.1 Статистические и мультифрактальные свойства кривых намагничивания гетерофазных обменно-связанных пленок
5.2 Влияние дислокаций на перемагничивание квазидвумерно го ферромагнетика с однонаправленной анизотропией
5.3 Выводы
Общие выводы и заключение
Литература

Введение
Пластическая деформация и перемагничивание кристаллов представляют собой сугубо нелинейные процессы зарождения и движения топологических дефектов в атомарной и магнитной подсистемах — дислокаций при механическом нагружении кристаллов и доменных границ (ДГ) при перемагпичивании ферромагнетиков. Общее свойство механизмов пластичности и намагничивания -это зарождение и движение дефектов, которые в основном происходят коллективным образом. Например, в пластичности, дислокации формируют связанную систему, которая имеет характерные время и размерность, существенно влияющие на механические свойства материала. До недавнего времени исследования в этой области развивались в двух основных направлениях. С одной стороны, изучались структура и микроскопические механизмы движения отдельных дислокаций, а с другой — макроскопическое поведение материала в условиях воздействия на него внешней силы. При этом макроскопическое поведение рассматривалось как результат усреднения большого числа локальных случайных смещений дислокаций. Такое усреднение приводит к возникновению квазиоднородных в пространстве и непрерывных во времени процессов пластического течения в кристаллах при механическом нагружении. Однако, как затем было показано, каждый ансамбль таких дефектов представляет собой нелинейную диссипативную динамическую систему, в которой взаимодействие между различными её составляющими может привести к явлениям самоорганизации. Динамические системы из разных областей науки, таких как физика, механика, химия и биология, имеют общие характерные свойства[9, 12]. Каждую такую систему можно отнести к определённому классу универсальности, а её динамику часто можно описать с учетом масштабной-инвариантности, или самоподобия, которое проявляется через степенные соотношения.

анализ[99], вейвлет анализ[92], мультифрактальный анализ[108], и т.д.) были использованы для описания сложного поведения зубчатых деформационных кривых. Каждый из этих методов позволил выделить тот или иной аспект поведения. Совокупность всех результатов доказывает коррелированную природу скачков напряжения. Однако корреляции сильно зависят от материала и экспериментальных условий (температура, скорость деформации, микроструктура). В частности, корреляции при неустойчивости типа А характеризуются степенными статистическими распределениями амплитуд и длительностей падений напряжения, а также степенным законом Фурье-спектра[20, 31, 99]. На основе анализа критических показателей степени была выдвинута гипотеза о поведении СОК. Однако это предположение остается дискуссионным. Например, Анантакришна и Бхарати[ 18] отмечают, что модели СОК требуют медленной управляющей скорости, в то время как поведение эффекта ПЛШ своеобразно в этом смысле: степенная статистика наблюдается при высоких величинах £а , уменьшение £а приводит к гистограммам с пиком. Эти авторы предположили, что критическое поведение при высоких значениях ёа подобно поведению при гидродинамической турбулентности[79]. Для зубцов типа В было доказано появление детерминированного хаоса[19, 20, 31]. В этом случае статистические распределения падений напряжения имеют асимметричную относительно пика форму. Наконец, зубцы типа С характеризуются распределением близким к Гауссову. Тем не менее, с помощью мультифрактального анализа было выявлено, что даже эти зубцы не являются полностью стохастическими[107]. Вообще говоря, мультифрактальный скейлинг был найден для кривых напряжение-время во всем диапазоне скоростей деформации соответствующих неустойчивости ПЛШ[31, 104, 108].
Недавние исследования выявили, что степенные распределения могут возникнуть даже в условиях поведения типа С[105]. Неожиданный для этих условий вывод касается флуктуаций напряжения, которые возникают на меньшем масштабе напряжений, чем глубокие зубцы типа С. Действительно, при низких скоростях