Регистрация / Вход
Прислать материал

14.587.21.0028

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.587.21.0028
Тематическое направление
Индустрия наносистем
Исполнитель проекта
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"
Название доклада
Микроскопическая природа магнитотвердых фаз в наноструктурированных магнитных материалах, изучаемая методом XMCD
Докладчик
Менушенков Алексей Павлович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Цель:На основе анализа экспериментально полученных спектров рентгеновского магнитного кругового дихроизма (XMCD) вблизи К-краев поглощения Fe и L2,3-краев поглощения редкоземельных металлов (РЗМ), измеренных на литых и нанокристаллических образцах быстрозакаленных сплавов Nd-Fe и Sm2Fe17N, уточнить механизм формирования результирующего магнитного момента в литых и наноструктурированных сплавах путем получения количественной информации о магнитных взаимодействиях и магнитных моментах атомов в подрешетках магнитных фаз Fe-Nd и интерметаллическом соединении Sm2Fe17N.
Задачи научных исследований и возможные пути их решения
1. Отработка технологии синтеза образцов литых и быстрозакаленных сплавов Nd-Fe и Sm2Co17N подвергнутых различным видам термообработки, удовлетворяющих требованиям, предъявляемым для XMCD анализа.
2. Проведение комплексных исследований фазово-структурного состояния и магнитных свойств нанокристаллических сплавов Nd-Fe и Sm2Fe17N, установление закономерностей формирования в них высококоэрцитивного состояния.
3. Проведение экспериментального измерения спектров рентгеновского кругового магнитного дихроизма (XMCD) вблизи К- краев поглощения Feи L2,3-краев поглощения редкоземельных металлов (РЗМ) на станции ID12 ESRF.
4. Проведение анализа XMCD спектров с целью выявления корреляций между особенностями XMCD спектров и количественной информацией о магнитных взаимодействиях и магнитных моментах атомов в подрешетках магнитных фаз Fe-Nd и интерметаллидеSm2Fe17N.
Актуальность и новизна исследования
Редкоземельные постоянные магниты находят широкое применение в изделиях практически всех отраслей промышленности, науки и медицины.Одновременно с непрекращающимися лабораторными исследованиями продолжается интенсивный поиск путей дальнейшего повышения уровня энергетических характеристик ПМ из сплавов на основе систем Nd-Fe-B, Sm-Co и Sm-Fe-N, а также оптимизация существующих технологических процессов их производства.
Для успешного решения этих вопросов необходимы данные о корреляциях между электроннойструктурой, величиной магнитного взаимодействия, магнитными моментами и макроскопическими магнитными свойствами сплавов Nd-Fe и Sm-Fe(N). Одним из эффективных путей получения таких данных служат исследования спектров XMCD вблизи К-Fe и L2,3-краев поглощения редкоземельных металлов Nd и Sm в исследуемых сплавах и соединениях. Анализ экспериментальных спектров XMCD, измеренных на текстурованных образцах сплавов Nd-Fe и Sm2Fe17N с микро- и нанокристаллической структурой, которые были приготовлены путем ориентации порошков в магнитном поле, позволит получить дополнительные сведения о механизме перемагничивания перемагничивания сплавов и роли межзеренных фаз в формировании высококоэрцитивного состояния.
Исследования фундаментальных магнитных свойств сплавов на основе систем Nd-Fe и Sm-Fe(N) методом рентгеновского магнитного кругового дихроизма до настоящего времени не проводились и отличаются не только актуальностью, но и научной новизной.
Описание исследования

Взаимодействие рентгеновского  излучения со спинами электронов очень мало, но в случае выраженной анизотропии можно получить заметную разность поглощения сигналов для разных электронных конфигураций. На этом основан метод рентгеновского магнитного кругового дихроизма (XMCD). Дихроизм подразумевает зависимость поглощения материалом от поляризации падающего света. Круговой дихроизм – это зависимость от круговой поляризации падающего фотона, что в рассматриваемом случае происходит из-за нарушения T-симметрии материала магнитным полем. Спектр XMCD определяется как разность двух XANES- спектров, измеренных для двух противоположных круговых поляризаций в присутствии магнитного поля. Будучи разностным методом, XMCD обеспечивает простое определение магнитного вклада в спектр, в котором вычитаются немагнитные вклады. В сравнении с другими методиками XMCD имеет несколько интересных особенностей. Во-первых экспериментальные данные по  XMCD дают информацию о спиновой и орбитальной намагниченности раздельно, в то время как большинство методов (например, рассеяние нейтронов) дает лишь общую величину намагниченности. Во-вторых, так как магнитный дихроизм измеряется на определенных краях поглощения, XMCD является элементно-селективным методом. И, наконец, это очень чувствительный метод и может быть использован для фиксации очень малого значения магнитного момента и для изучения нужно очень малое количества материала. Минимально детектируемый магнитный момент составляет 0.001 магнетона Бора на атом.

Результаты исследования

При выполнении работы подготовлен аналитический обзор современной научно-технической и методической литературы, посвященный применению методов EXAFS и XMCD для исследования особенностей электронной структуры, параметров магнитного взаимодействия и магнитных моментах атомов РЗМ и Fe в сплавах на основе систем Fe-Nd и Sm2Fe17N, в том числе обзор научных информационных источников: статьи в ведущих зарубежных и (или) российских научных журналах, монографии за период 2010 – 2015 гг. Проведены патентные исследования в соответствии с ГОСТ 15.011-96.3.3.

Синтезированы образцы сплавов на основе системы Nd-Fe иинтерметаллида Sm2Fe17N в литом состоянии и после закалки из жидкого состояния методом спиннингования (инжектирование расплава на быстро вращающийся металлический цилиндр в инертной атмосфере). Синтезированные литые и быстрозакаленные порошки были подвергнуты текстурованию в магнитном поле и спрессованы с полимерной связкой для получения образцов, необходимого для проведения XMCD размера.

Полученные литые и нанокристаллические образцы сплавов Fe-Nd и Sm2Fe17N были подвергнуты комплексным исследованиям фазово-структурного состояния и магнитных свойств быстрозакаленных сплавов Nd-Fe и Sm2Fe17N с использованием рентгеноструктурного анализа, электронно-микроскопических исследований, дифференциальной сканирующей калориметрии и измерения магнитных свойств в замкнутой и разомкнутой магнитных цепях в намагничивающих полях до 9 Т.

Обнаружено, что в быстрозакаленных сплавах Nd-Fe при температурах ниже 50 K существуют несколько магнитных фаз с температурами магнитных превращений вблизи 7, 17, 33 и 47K. Температуры магнитных превращений при 7 и 17 K, предположительно, соответствуют анитифереромагнитному упорядочению Nd, температура Кюри вблизи 33 K может быть связана с аллотропическим превращением неодима и формированием фазы с ГЦК решеткой. Наконец, TC ≈ 47 K может быть соотнесена с магнитным превращением Nd-обогащенных нанокристаллитов, наблюдающихся в структуре быстрозакаленных сплавов Nd-Fe.

Высокие значения коэрцитивной силы в интервале температур 50 – 250 K хорошо описываются моделью закрепления доменных стенок на парамагнитных нанокристаллитах, однако причины высокой Hc при температурах ниже 50 K, при которых эти нанокристаллиты становятся ферромагнитными, остаются невыясненными. Важный вклад в решение этого вопроса дадут результаты анализа спектров XMCD вблизи К-краев поглощения Fe и L2,3-краев поглощения Nd, снятых при температурах выше и ниже 50K.

На опытных образцах из сплава Nd2(Fe,Zr)14B определены оптимальные режимы работы на станции ID12 ESRF для снятия спектров рентгеновского кругового магнитного дихроизма (XMCD) вблизи К-краев поглощения Feи L2,3-краев поглощения редкоземельных металлов (Nd, Sm).

Практическая значимость исследования
Полученные в ходе выполнения работы данные о корреляциях между электронной структурой, величиной магнитного взаимодействия, магнитными моментами и магнитными свойствами микро- и нанокристаллических сплавов Nd-Fe предназначаются для использования при разработке новых и совершенствовании существующих технологий изготовления магнитотвердых материалов на основе сплавов системы Nd-Fe-Bи постоянных магнитов с высокими гистерезисными характеристикам для электронной, радиоэлектронной, радиотехнической промышленности, приборостроения, медицины и бытовой техники.