Электромагнитно-акустическое преобразование в магнетиках с одноосной кристаллографической и наведенной анизотропией

• Автор: Главатских, Марина Юрьевна
• Шифр специальности: 01.04.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Ижевск
• Количество страниц: 121 с. : ил.

Глава 1. ЭМЛП вблизи магнитных фазовых переходов ( Лит. обзор)

1.1. ЭМАП в окрестности точки Кюри

1.2. ЭМАП вблизи ориентационных фазовых переходов

1.3. Нелинейное ЭМАП

1.4. Постановка задачи

Глава 2. ЭМАП в области спиновой переориентации в одноосных кристаллах

2.1. Термодинамическая модель ЭМАП одноосного магнетика вблизи СП

2.2 Экспериментальное исследование электромагнитной генерации

объемных волн в монокристалле кобальта

2.2.1 Методика исследования и образцы

2.2.2 Результаты экспериментальных исследований в монокристаллах

кобальта
2.3. Выводы
Глава 3. ЭМАП в области спиновой переориентации в поликристатлических
магнетиках
3.1. Линейное ЭМАП в поликристатлическом кобатьте
3.1.1. Методика эксперимента и образцы
3.1.2. Экспериментальные зависимости параметров линейного ЭМАП
в окрестности спиновой переориентации
3.2. Линейное ЭМАП в поликристатлическом гадолинии
3.3. Нелинейное ЭМАП в одноосных магнетиках
3.3.1. Особенности экспериментальных измерений ультразвука
на удвоенной частоте
3.3.2. Нелинейное ЭМАП в кобальте
3.3.3. Особенности нелинейного ЭМАП в гадолинии
3.4. Выводы
Глава 4. ЭМАП в изотропных магнетиках с наведенной одноосной анизотропией
магнитоупругой природы
4.1. Влияние одноосных упругих напряжений на ЭМАП в изотропных магнетиках
вблизи точки Кюри
4.1.1. Результаты эксперимента

4.1.2. Термодинамическая модель ЭМАП вблизи точки Кюри с учетом
влияния упругих напряжений
4.2. ЭМАП в аморфных магнитных сплавах
4.2.1 Методика зксперимеїгга и образцы
4.2.2 Экспериментальные результаты и их обсуждение
4.3. Выводы
Заключение
Литература

Ультразвуковые методы исследования свойств твердых тел и диагностики изделий известны и широко используются довольно давно. Но в большинстве случаев способы возбуждения и регистрации акустических колебаний требуют обеспечения надежного акустического контакта между преобразователем и изучаемым образцом. Создание такого контакта с помощью иммерсионной жидкости ведет к ограничению возможностей использования традиционных пьезопреобразователей при высоких и низких температурах, на сверхвысоких частотах, а также при работе с чистыми монокристаллами. Перечисленные обстоятельства обусловили поиск новых бесконтактных способов возбуждения ультразвуковых колебаний. Первые работы по использованию электромагнитного бесконтактного метода генерации ультразвука в металле появились в 1930-х гг. [1], задолго до теоретических исследований.
Начальный этап изучения превращения энергии электромагнитных колебаний в энергию колебаний акустических, как в экспериментальном, так и в теоретическом плане, связан с нормальными металлами [2-6]. Возбуждение ультразвуковых колебаний происходит в результате взаимодействия кристаллической решетки с электронами проводимости, на которые действует в скин-слое сила Лоренца, и возможно лишь в присутствии постоянного магнитного поля.
Изучение процессов взаимной трансформации упругих и электромагнитных колебаний послужило началом развития одного из перспективных акустических методов исследования свойств твердых тел - электромагнитно-акустического преобразования (ЭМАГГ). В широком диапазоне частот, магнитных полей и температур в ферромагнитных металлах имеют место три основных механизма генерации ультразвука: лоренцев, модифицированный наличием намагниченности [7-12], магнитный, возникающий при неоднородном перемапшчивании поляризованного ферромагнетика [13,14] и магнитоупругий, обусловленный магнитострикцией [14-20]. ЭМАП может проходить как в линейном режиме, когда частота упругих колебаний совпадает с частотой электромагнитной волны, так и в нелинейном, когда частота возбуждаемых ультразвуковых колебаний кратна частоте электромагнитных колебаний. Наблюдение ЭМАП в магнитоупорядоченных средах за счет вышеупомянутых механизмов в линейном режиме возможно лишь в присутствии постоянного магнитного поля. Любые процессы, происходящие при намагничивании вещества - смещение доменных границ, вращение векторов намагниченности доменов, приводят к четко выраженным изменениям эффективности преобразования. ЭМАП по-разному проявляется в материалах с регулярной и нерегулярной структурой. Кроме того,
состояние магнитного насыщения, когда вектор спо1гганной намагниченности достигает базисной плоскости Ы5 Н0, уже в области температур Г < Тг. Причем, чем выше значение поляризующего поля, тем при более низких температурах достигается состояние насыщения и прекращается генерация ультразвука. Следует отметить, что максимум максиморум семейства кривых £'аг(7') (наибольшее значение семейства полевых и температурных зависимостей) наблюдается в окрестности 7) (рис.2.11).
Далее рассмотрим генерацию продольных волн в тангенциальном поле, когда направления внешнего поля и гексагональной оси кристалла совпадают (На с,На ||Л). Зависимости эффективности ЭМАП от поля и температуры для этой ситуации представлены на рис.2.12 и 2.13, соответственно. Видно, что единственный максимум генерации продольного ультразвука локализован вблизи температуры Т2 (рис.2.13), что согласуется с модельными представлениями. Однако, в отличие от предыдущего случая, величины приложенного поля оказалось недостаточно для перехода в высокополевую фазу, и эффект сдвига максимума £)(Т) отсутствует. Вид полевых зависимостей также изменяется при переходе в области этой температуры. Ниже Т2 сигнал быстро проходит через максимум и исчезает, причем максимум £,(Н) с ростом температуры смещается в сторону меньших полей. При переходе через точку Т2 характер кривых меняется, они становятся более пологими и не достигают насыщения. Максимум максиморум эффективности генерации продольного ультразвука £)таг (рис.2.14) для рассматриваемой геометрии эксперимента совпадает с температурой 1
Подтверждают основные модельные представления и эксперименты, проведенные в нормальном поле, то есть в геометрии генерации поперечных волн. Рассмотрим следующую ситуацию: внешнее поле параллельно оси с, то есть На 11 с, Н о _1_ /), И Ф. с. Экспериментальные зависимости эффективности генерации поперечного звука от поля и температуры для этого случая приведены на рис. 2.15 и 2.16, соответственно. Анализ полевых зависимостей показывает, что в рассматриваемой геометрии эксперимента генерация поперечных волн может происходить как за счет механизма анизотропной магнитост-рикции, так и за счет электродинамического механизма. В полях ниже 5-102 кА/м, где наблюдается четко выраженный экстремум эффективности ЭМАП, основной вклад дает маппггоупругий механизм, выше — электродинамический. Экстремум магнитоупругого механизма по мере увеличения темпералуры растет и смещается в область слабых полей,