Влияние режима локального лазерного отжига на доменную структуру микропроводов PrDyFeCoB

Научная библиотека Комментарии к записи Влияние режима локального лазерного отжига на доменную структуру микропроводов PrDyFeCoB отключены

Е. В. Дворецкая, О. В. Коплак, Д. В. Королев, Р. А. Валеев, В. Л. Сидоров, В. П. Пискорский, Р. Б. Моргунов // Электронный научный журнал «ТРУДЫ ВИАМ», 2022, УДК 631.437.8

С помощью непрерывного ИК-лазерного воздействия из аморфных микропроводов созданы периодические магнито-модулированные структуры. Локальный лазерный отжиг приводит к формированию областей нанокристаллических фаз 2-14-1, 1-4-1 и 2-1, чередующихся с аморфными участками, тем самым создавая на поверхности образца рисунок с заданным распределением намагниченности. В аморфных образцах без лазерного облучения наблюдаются хаотичные домены, исчезающие после двухчасового отжига при температуре 900 °С. В профилированных быстрым лазером образцах локальный отжиг приводит к дальнейшему превращению фаз лишь в самом центре лазерных «насечек», что выражается в изменении наклона линии профиля в районе доменной границы.

Одной из задач дизайна микромагнитных устройств является получение магнито-модулированных линейных объектов, которые могли бы служить в качестве устройств селекционирования и позиционирования биологических объектов с магнитными метками, способных перемещаться в периодическом магнитном рельефе под действием внешнего переменного магнитного поля [2–4]. Одним из эффективных методов программируемой инженерии магнитных микроструктур является лазерная аддитивная технология, используемая для нагрева выбранных участков микромагнита в течение короткого времени. Это позволяет производить локальную кристаллизацию исходно аморфного ферромагнетика, создавая на его поверхности нужный рисунок с заданным распределением намагниченности [5, 6].

Лазерная аддитивная технология является эффективным методом программируемой инженерии микромагнитов. Микронный лазерный пучок локально нагревает выбранные участки микромагнита в течение короткого времени (приблизительно несколько наносекунд), что позволяет производить локальную кристаллизацию исходно аморфного ферромагнетика, создавая на его поверхности магнито-модулированную структуру. Установлено, что локальный лазерный отжиг, применяемый к объемным аморфным магнитам и пленкам сплава NdFeB [7–14], создает на их поверхности участки магнитотвердой кристаллической фазы 2-14-1 с высокой коэрцитивной силой в областях, подвергнутых лазерному облучению.

В работе [15] установлено, что в микропроводах PrDyFeCoB наблюдаются домены с радиальной намагниченностью в поверхностных слоях. В работах [5, 6] для создания магнито-модулированной структуры использовался одиночный лазерный импульс с энергией 1 мДж, длительностью 120 нс и мощностью 10 кВт.

Цель данной работы – создание магнито-модулированной структуры аморфных микропроводов PrDyFeCoB непрерывным лазерным облучением, а также сравнение режимов лазерного облучения для создания магнито-модулированной структуры в аморфных и поликристаллических микропроводах PrDyFeCoB с последующим исследованием их магнитных свойств для развития материалов нового поколения [16–19].

Для модуляции микропроводов применяли иттербиевый ИК-лазер Raycus (максимальная средняя мощность ~20 Вт, длина волны λ = 1070 нм). Сфокусированный объективом F-100mm в пятно радиусом 10 мкм непрерывный лазерный луч с частотой 25 кГц передвигался по заданной системой Sino-Galvo траектории (точность позиционирования ~7 мкм) перпендикулярно длинной оси микропровода. Локальный лазерный отжиг микропроводов производили в двух режимах – быстром и медленном, реализованных с помощью программного пакета EzCAD 2.9.9. При быстром режиме скорость перемещения и мощность пучка составили 850 мм/с и 16 Вт соответственно, при медленном режиме использовали меньшие скорость перемещения и мощность пучка: 200 мм/с и 4 Вт соответственно.

Появление магнито-модулированных областей в аморфном микропроводе приводит к увеличению магнитной анизотропии НА (рис. 1, в), насыщение намагниченности достигается в поле Н = 500 Э, большем, чем в необлученных образцах. Поле насыщения в облученных участках микропровода можно воспринимать как результат появления магнито-кристаллической анизотропии величиной 500 Э. На электронограмме (вставка на рис. 1, в) образца ламели, вырезанной из облученного лазером участка микропровода, присутствуют точечные рефлексы, соответствующие фазам 2-14-1, 1-4-1 и 2-1, кристаллизации которых можно достичь локальным лазерным нагревом. При этом локальная кристаллизация не способствует значительному увеличению коэрцитивной силы по сравнению с длительным вакуумным отжигом (20 кЭ). Вероятнее всего, локальный лазерный отжиг приводит к образованию нанокристаллических структур в образце, в отличие от вакуумного отжига, приводящего к формированию микрокристаллитов. Хорошо известно, что в магнитах группы RE–TM–B (RE – редкоземельные металл(ы), ТМ – переходный металл(ы), В – бор) уменьшение среднего размера зерна вплоть до l = 0,2–0,3 мкм увеличивает коэрцитивную силу, а при дальнейшем уменьшении l коэрцитивная сила резко снижается [21]. Величина l = 0,2–0,3 мкм приблизительно равна пределу однодоменности в материалах группы RE–TM–B. В частицах DyFeB уменьшение их размера приводило к уменьшению коэрцитивности – с 16,8 до 0,4 кЭ, что указывает на существенную зависимость коэрцитивной силы и размера образца [22]. Несмотря на формирование основной ферромагнитной фазы 2-14-1 в облученных лазером участках, размеры ее зерен оказались слишком малы, что стало причиной низких значений коэрцитивной силы ~(40–50) Э, которые оказались все же больше, чем в исходном микропроводе или в его необлученных участках.

На рис. 2 представлена доменная структура, полученная методом магнитооптических индикаторных пленок, следующих микропроводов: а – аморфный микропровод (1.1) диаметром = 130 мкм до лазерной обработки; б – аморфный микропровод (1.2) диаметром = 130 мкм после быстрой лазерной обработки; в – поликристаллический микропровод (2.1)диаметром = 120 мкм до лазерной обработки; г – поликристаллический микропровод (2.2) диаметром = 120 мкм после быстрой лазерной обработки; д – аморфный микропровод (3) диаметром = 50 мкм после медленной лазерной обработки; е – поликристаллический микропровод (4) диаметром = 65 мкм после медленной лазерной обработки.

Заключения

Вакуумный отжиг аморфных микропроводов PrDyFeCoB при температуре 900 °С в течение 2 ч приводит к увеличению коэрцитивной силы с 10 Э до 20 кЭ, образованию поликристаллической структуры с наличием фаз 2-14-1, 1-4-1, 2-1 и исчезновению хаотичных доменов.

Локальный лазерный отжиг формирует в аморфных микропроводах нанокристаллические структуры. Быстрый, мощный режим лазерной обработки способствует зарождению магнитотвердой (2-14-1) и магнитомягких (1-4-1, 2-1) фаз, в отличие от медленного, маломощного режима, который позволяет зародиться лишь магнитомягким фазам.

Движущийся непрерывный ИК лазерный луч позволяет получить магнито-модулированные периодические структуры с чередованием аморфного и нанокристаллического материалов, которые могут быть использованы в программируемой инженерии магнитных микроструктур.

Полное содержание статьи на http://viam-works.ru/ru/articles?art_id=1859

Рекомендуем для Вас


© Интернет журнал "ЛАЗЕРНЫЙ МИР", 2019
Напишите нам:
laser.rf.mail@yandex.ru

Back to Top