К ВОПРОСУ О МЕХАНИЗМЕ ФОРМИРОВАНИЯ И СТАБИЛЬНОСТИ НАВЕДЕННОЙ МАГНИТНОЙ АНИЗОТРОПИИ И ДОМЕННОЙ СТРУКТУРЫ В МОНОКРИСТАЛЛАХ МАГНИТОМЯГКОГО СПЛАВА Fe–18 ат.%Ga

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

The influence of thermomagnetic treatment (TMT) including annealing and cooling of the alloy in a constant magnetic field of 10 kOe applied both along the <100> direction and across one on the magnetostriction of single-crystal samples of the Fe–18 at % Ga alloy has been studied. The samples in the form of thin disks had the “Goss” orientation of the crystallographic axes – {011}<100>. The field dependences of the longitudinal – λ100 and transverse – λ100 ⊥ magnetostriction coefficients were measured before and after TMT. By comparison with literature sources dealing with domain structure, it is shown that magnetoelastic properties correspond to the type of domain structure in alloy samples after slow cooling without external influences (before TMT) and after TMT in a magnetic field parallel or perpendicular to the easy magnetization axis [001] lying in the plane of the sample. Before and after TMT, in a field parallel to the [001] axis, there is a small longitudinal magnetostriction λ100 within a few tens of ppm, while its transverse component λ100 ⊥ is negative and reaches an absolute value of 160–190 ppm. This corresponds to a stripe domain structure, when the magnetization is predominantly oriented parallel to the [001] axis. If during TMT the magnetic field was applied perpendicular to the [001] axis and parallel to the [110] axis, then after TMT a twofold increase in the coefficient λ100 and a 40 percent decrease in λ100 ⊥ are observed. Such changes in magnetoelastic deformation indicate the formation of a transverse domain structure, the domains in which are predominantly magnetized parallel to the [100] and [010] axes. The observed TMT effects and their stability under normal conditions are explained by the directional ordering of Ga–Ga pairs in the bcc lattice of the Fe–Ga alloy.

Об авторах

Вера Анатольевна Лукшина

Институт физики металлов УрО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: lukshina@imp.uran.ru

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории микромагнетизма отдела магнитных материалов

Россия, ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108 Россия

Валерий Анатольевич Кочурин

Институт физики металлов УрО РАН

Email: valerii_kochurin@mail.ru

главный специалист лаборатории микромагнетизма отдела магнитных материалов

Россия, ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108 Россия

Анастасия Владимировна Тимофеева

Институт физики металлов УрО РАН

Email: 3103anastasiya98@gmail.com
ORCID iD: 0009-0003-1237-1247

младший научный сотрудник лаборатории микромагнетизма отдела магнитных материалов

Россия, ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108 Россия

Денис Александрович Шишкин

Институт физики металлов УрО РАН;
Уральский федеральный университет

Email: shishkin@imp.uran.ru

кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории микромагнетизма отдела магнитных материалов

Россия, ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108 Россия; ул. Мира, 19, Екатеринбург, 620002 Россия

Юрий Николаевич Горностырев

Институт физики металлов УрО РАН

Email: yug@imp.uran.ru

доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник лаборатории цветных сплавов отдела материаловедения

Россия, ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108 Россия

Николай Владимирович Ершов

Институт физики металлов УрО РАН

Email: nershov@imp.uran.ru

доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории микромагнетизма отдела магнитных материалов

Россия, ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108 Россия

Список литературы

  1. Goertz M. Iron-Silicon Alloys Heat Treated in a Magnetic Field // J. Appl. Phys. 1951. V. 22. No. 7. P. 964–965.
  2. Forsch K. Diffusions anisotropie in Eisen-Silizium-Legierungen // Phys. Stat. Sol. 1970. V. 42. No. 1. P. 329–344.
  3. Старцева И.Е., Шулика В.В., Шур Я.С. Влияние индуцированной магнитной анизотропии на магнитные свойства и доменную структуру нетекстурованной трансформаторной стали // Изв. АН СССР. 1972. Т. 36. № 7. С. 1597–1601.
  4. Шулика В.В., Старцева И.Е., Шур Я.С. Термомагнитная обработка трансформаторной стали в переменном магнитном поле // ФММ. Т. 40. № 2. С. 296–303.
  5. Старцева И.Е., Шулика В.В., Шур Я.С. Влияние стабилизации доменной структуры на магнитные свойства трансформаторной стали // Изв. АН СССР. Сер. физ. 1975. Т. 39. № 7. С. 1389–1391.
  6. Birkenbeil H.I., Cehn R.W. Induced Magnetic Anisotropy Created by Magnetic and Stress Annealing of Iron-Aluminium Alloys // Proc. Phys. Soc. 1962. V. 79. P. 831–847.
  7. Steinert J. Induced Uniaxial Magnetic Anisotropy of Fe-Al Alloys at Low Concentrations // Phys. Stat. Sol. 1967. V. 21. P. K13–K15.
  8. Restorff J.B., Wun-Fogle M., Hathaway K.B., Clark A.E., Lograsso T.A., Petculescu G. Tetragonal magnetostriction and magnetoelastic coupling in Fe–Al, Fe–Ga, Fe–Ge, Fe–Si, Fe–Ga–Al and Fe–Ga–Ge alloys // J. Appl. Phys. 2012. V. 111. No. 3. P. 023905-(1–12).
  9. Clark A.E., Hathaway K.B., Wun-Fogle M., Restorff J.B., Lograsso T.A., Keppens V.M., Petculescu G., Taylor R.A. Extraordinary magnetoelasticity and lattice softening in bcc Fe-Ga alloys // J. Appl. Phys. 2003. V. 93. No. 10. P. 8621–8623.
  10. Wu D., Xing Q., McCallum R.W., Lograsso T.A. Magnetostriction of iron-germanium single crystals // J. Appl. Phys. 2008. V. 103. P. 07B307-(1–3).
  11. Cullen J.R., Clark A.E., Wun-Fogle M., Restorff J.B., Lograsso T.A. Magnetoelasticity of Fe–Ga and Fe–Al alloys // J. Magn. Magn. Mater. 2001. V. 226–230. Part 1. P. 948–949.
  12. Wu R. Origin of large magnetostriction in FeGa alloys // J. Appl. Phys. 2002. V. 91. P. 7358–7360.
  13. Cullen J., Zhao P., Wuttig M. Anisotropy of crystalline ferromagnets with defects // J. Appl. Phys. 2007. V. 101. P. 123922-(1–4).
  14. Черненков Ю.П., Ершов Н.В., Лукшина В.А. Влияние отжига в ферромагнитном состоянии на структуру сплава железа с 18 at.% галлия // ФТТ. 2019. Т. 61. № 1. С. 12–21.
  15. Черненков Ю.П., Ершов Н.В., Горностырев Ю.Н., Лукшина В.А., Смирнов О.П., Шишкин Д.А. Рентгеноструктурный анализ ближнего порядка в твердых растворах железо–галлий // ФММ. 2022. Т. 123. № 10. С. 1054–1062.
  16. Pender H., Jones R.L. The Annealing of Steel in an Alternating Magnetic Field // Phys. Rev. 1913. V. 1. No. 4. P. 259–273.
  17. Perigo E.A., Weidenfeller B., Kollár P., Füzer J. Past, present, and future of soft magnetic composites // Appl. Phys. Rev. 2018. V. 5. P. 031301-(1–37).
  18. Черненков Ю.П., Федоров В.И., Лукшина В.А., Соколов Б.К., Ершов Н.В. Ближний порядок в монокристаллах α‒Fe-Si // ФММ. 2001. Т. 92. № 2. С. 95–100.
  19. Chernenkov Yu.P., Fedorov V.I., Lukshina V.A., Sokolov B.K., Ershov N.V. Short-range order in α‒Fe-Si single crystals // J. Magn. Magn. Mater. 2023. V. 254–255. P. 346–348.
  20. Лукшина B.A., Соколов Б.К., Ершов Н.В., Черненков Ю.П., Федоров В.И. Анизотропия локальной атомной структуры в монокристаллах Fe−5%Si как причина формирования и стабильности наведенной магнитной анизотропии // ФТТ. 2006. Т. 48. № 2. С. 297–304.
  21. Chernenkov Yu.P., Ershov N.V., Lukshina V.A., Fedo-rov V.I., Sokolov B.K. An X-ray diffraction study of the short-range ordering in the soft-magnetic Fe–Si alloys with induced magnetic anisotropy // Physica B: Condensed Matter. 2007. V. 396. No. 1–2. P. 220–230.
  22. Сериков В.В., Клейнерман Н.М., Лукшина В.А., Ершов Н.В. Ближний порядок в сплавах Fe1-xSix (x = 0.05 – 0.08) с наведенной магнитной анизотропией // ФТТ. 2010. Т. 52. № 2. С. 316–322.
  23. Горбатов О.И., Кузнецов А.Р., Горностырев Ю.Н., Рубан А.В., Ершов Н.В., Лукшина В.А., Черненков Ю.П., Федоров В.И. Роль магнетизма в формировании ближнего порядка в сплавах железо‒кремний // ЖЭТФ. 2011. Т. 139. № 5. С. 969–982.
  24. Ершов Н.В., Черненков Ю.П., Лукшина В.А., Федоров В.И. Структура сплавов α‒FeSi с 8 и 10 ат.% кремния // ФТТ. 2012. Т. 54. № 9. С. 1813–1819.
  25. He Y., Coey J.M.D., Schaefer R., Jiang Ch. Determination of bulk domain structure and magnetization processes in bcc ferromagnetic alloys: Analysis of magnetostriction in Fe83Ga17 // Phys. Rev. Mater. 2018. V. 2. P. 014412-(1-11).
  26. Yoo J.-H., Restorff J.B., Wun-Fogle M., Flatau A.B. The effect of magnetic field annealing on single crystal iron gallium alloy // J. Appl. Phys. 2008. V. 103. P. 07B325-(1–3).
  27. Yoo J.-H., Na S.-M., Restorff J.B., Wun-Fogle M., Flatau A.B. The Effect of Field Annealing on Highly Textured Polycrystalline Galfenol Strips // IEEE Trans. Magn. 2009. V. 45. No. 10. P. 4145–4142.
  28. 28. Brooks M., Summers E., Restorff J.B., Wun-Fogle M. Behavior of magnetic field–annealed Galfenol steel // J. Appl. Phys. 2012. V. 111. P. 07A907-(1–3).
  29. Wen S., Ma Y., Wanga D., Xu Z., Awaji S., Watanabe K. Magnetostriction enhancement by high magnetic field annealing in cast Fe81Ga19 alloy // J. Magn. Magn. Mater. 2017. V. 442. P. 128–135.
  30. Lukshina V.A., Shishkin D.A., Kuznetsov A.R., Ershov N.V., Gornostyrev Y.N. Effect of Magnetic Field Annealing on Magnetic Properties of Iron-Gallium Alloys // Phys. Solid State. 2020. V. 62. P. 1746–1754.
  31. Gou J., Ma T., Liu X., Zhang C., Sun L., Sun G., Xia W., Ren X. Large and sensitive magnetostriction in ferromagnetic composites with nanodispersive precip-itates // NPG Asia Mater. 2021. V. 13. No. 6. P. 1–13.
  32. Bai F., Li J., Viehland D., Wu D., Lograsso T.A. Magnetic force microscopy investigation of domain structures in Fe-x at% Ga single crystals (12
  33. Bai F., Zhang H., Li J., Viehland D. Magnetic force microscopy investigation of the static magnetic domain structure and domain rotation in Fe-x at.%Ga alloys // Appl. Phys. Lett. 2009. V. 95. P. 152511-(1–3).
  34. Song H.Z., Li Y.X., Zhao K.Y., Zeng H.R., Hui S.X., Li G.R., Yin Q.R., Wu G.H. Influence of stress on the mangetic domain structure in Fe81Ga19 alloys // J. Appl. Phys. 2009. V. 105. P. 013913-(1–4).
  35. Mudivarthi C., Na S.-M., Schaefer R., Laver M., Wuttig M., Flatau A.B. Magnetic domain observation in Fe–Ga alloys // J. Magn. Magn. Mater. 2010. V. 322. No. 14. P. 2023–2026.
  36. Carey R., Isaac E.D. Magnetic Domains and Techniques for their Observation. Chapter 4: The colloid technique. English Universities Press, 1966. 168 p.
  37. Golovin I.S., Palacheva V.V., Mohamed A.K., Balagurov A.M. Structure and properties of Fe–Ga alloys as promising materials for electronics // Phys. Metal. Metallogr. 2020. V. 121. P. 851–893.
  38. Golovin I.S. Anelastic Effects in Fe–Ga and Fe–Ga-Based Alloys: A Review // Materials. 2023. V. 16. P. 2365 (1–44).
  39. Zener C. Elasticity and Anelasticity of Metals. Chicago, IL, USA: University of Chicago Press, 1948. 170 p.
  40. Лукшина В.А., Старцева И.Е., Шур Я.С. Влияние доменной структуры и магнитных свойств кремнистого железа под влиянием термомагнитной, термомеханической и термомеханомагнитной обработок // ФММ. 1987. Т. 63. № 6. С. 1121–1126.
  41. Кочурин В.А., Лукшина В.А., Тимофеева А.В., Шишкин Д.А., Матюнина М.В., Ершов Н.В., Горностырев Ю.Н. Управление магнитоупругими свойствами сплавов Fe-Ga с помощью термомеханической обработки // ФММ. 2025. T. 126. № 3. С. 291–297.
  42. Зайкова В.А., Шур Я.С. О влиянии термомагнитной обработки на магнитные свойства и доменную структуру монокристаллов кремнистого железа // ФММ. 1967. Т. 23. № 4. С. 642–650.
  43. Старцева И.Е. Индуцированная магнитная анизотропия железо-кремнистых сплавов и ее влияние на доменную структуру и магнитные свойства / Физические свойства магнитных материалов. Свердловск: УНЦ АН СССР, 1982. С. 15–19.
  44. Birkenbeil H.J., Cahn R.W. Induced magnetic anisotropy created by magnetic and stress annealing of iron-aluminium alloys // Proc. Phys. Soc. 1962. V. 79. No. 4. P. 831–847.
  45. Лукшина В.А., Тимофеева А.В., Шишкин Д.А., Горностырев Ю.Н., Ершов Н.В. Влияние термомагнитной обработки на магнитные свойства магнитомягких сплавов железо–германий // ФММ. 2023. Т. 124. № 12. С. 1196–1204.
  46. Драгошанский Ю.Н., Шур Я.С. О формировании доменной структуры кристаллов кремнистого железа // ФММ. 1966. Т. 21. № 5. С. 678–687.
  47. Шур Я.С., Драгошанский Ю.Н. О виде замыкающих областей внутри кристаллов кремнистого железа // ФММ. 1966. Т. 21. № 5. С. 702–710.
  48. Зайкова В.А., Старцева И.Е., Филиппов Б.Н. Доменная структура и магнитные свойства электротехнических сталей. М.: Наука, 1992. 272 с.
  49. Hubert A., Schafer R. Magnetic Domains. The Analysis of Magnetic Microstructures. New York: Springer Berlin Heidelberg, Corrected, 3rd Printing, 2009. 707 p.
  50. Wun-Fogle M., Restorff J.B., Clark A.E. Magnetostriction of Stress Annealed Fe-Ga-Al and Fe-Ga Alloys Under Compressive and Tensile Stress // P. Soc. Photo.-Opt. Ins. 2004. V. 5387. P. 468–475.
  51. Neél L. Anisotropie magnétique superficielle et surstructures d’orientation // J. Phys.-Paris. 1954. V. 15. No. 4. P. 225–239.
  52. Черненков Ю.П., Ершов Н.В., Горностырев Ю.Н., Лукшина В.А., Тимофеева А.В., Шишкин Д.А. Ближний порядок в магнитомягком сплаве Fе–9 ат.%Ga и условия его термической обработки // ФММ. 2025. T. 126. № 3. С. 316–327.
  53. Taniguchi S., Yamamoto M. A note on a theory of the uniaxial ferromagnetic anisotropy induced by cold work or by magnetic annealing in cubic solid solutions // Sci. Rep. Res. Tohoku A. 1954. V. 6. P. 330–332.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).