Магнитооптическая визуализация полей рассеяния дисперсных магнитных систем при помощи доменной структуры аморфных пленок гадолиний-кобальт.

иванов В.Е.  
Екатеринбург, Российская федерация

Метрология магнитных полей наряду с традиционными задачами оценки значений однородного поля включает в себя  задачу исследования неоднородного распределения  поля. В последнем случае объем полезной информации определяется не только характеристиками отдельно взятого датчика, но и количеством точек измерения и их распределением в пространстве. Контроль распределения магнитного поля необходим при разработке устройств, основной характеристикой которых является магнитное поле заданной конфигурации: магнитные головки, носители информации, магнитные системы на постоянных магнитах, а также при решении обратных задач магнитометрии - определения внутренней структуры источника по его внешнему полю.
Одним из наиболее информативных способов контроля является метод магнитооптической визуализации, основанный на  наблюдении магнитооптического контраста (доменной структуры), возникающего под действием полей рассеяния в эпитаксиальных пленках ферритов-гранатов [1]. Количественные характеристики поля рассеяния определяются путем фиксирования линий равной напряженности в индикаторных пленках с перпендикулярной анизотропией  или по яркости изображения в пленках с плоскостной анизотропией [2].

Рис. 1. Визуализация поля рассеяния магнитной системы (d=0.5 мм) в постоянном магнитном поле H=0 (a); b)-70;  c)-730 Э и в переменном поле с амплитудой е)125; f)760 Э. d)фотография магнитной системы

 Визуализация поля рассеяния  МС1 в переменном магнитном  поле H=100(a);b)300 c)400Э.

При широком применении такого метода может возникнуть необходимость в использовании более дешевых материалов. Одним из таких материалов являются пленки Gd-Co.
Целью нашей работы было адаптация лабораторной методики визуализации и топогра
Рис. 2. Зависимость амплитуды колебаний доменной границы в зазоре (между краями пластин) от амплитуды переменного поля для магнитных систем с различной величиной зазора.

фирования полей рассеяния с использованием аморфных пленок  для контроля промышленных магнитных систем.
Поле рассеяния магнитных систем визуализировалось при помощи  магнитооптического визуализатора, использующего в качестве индикаторных аморфные пленки Gd-Co с перпендикулярной анизотропией. В качестве источников магнитного поля рассеяния использовались модельные системы, которые представляют собой пластины (магнитопласты) толщиной 0,6 мм и расстоянием d между пластинами, которое менялось от 0 до 5 мм.
Для получения равновесной конфигурации доменной структуры применялась магнитная “тряска”, которая заключается в приложении синусоидального магнитного поля перпендикулярно поверхности индикаторной пленки Gd-Co, с последующим уменьшением амплитуды поля до нуля.
Визуализация поля рассеяния модельных систем показывает два масштаба неоднородности. Промежуток между пластинами выявляется в виде областей, разделенных тремя доменными границами (рис. 1а). Приложение внешнего поля выявляет внутреннюю неоднородность пластин (рис. 1b, с). При уменьшении промежутка (d< 0,3 мм) его присутствие не визуализируется.
Действие переменного поля вида H=H0sin(2ft) (f=50 Гц) приводит к возникновению трех контрастов  «черного», «белого» и «серого» (рис.1.e, f). Наличие «серого» фона связано с усреднением по времени яркости в той области, где происходит движение доменных границ. Расстояние между «черным» и «белым» доменами в некотором интервале полей приблизительно совпадает с промежутком (d) между пластинами. Необходимо отметить, что действие переменного поля выявляет промежуток между пластинами до d= 0,1 мм.  
На графике зависимости амплитуды отклонения доменных границ от амплитуды переменного поля (рис. 2) видно, что для магнитных систем с d=0,5 и 0,1 мм происходит излом зависимости A(H) при значениях A равных 0,45 мм и 0,12 мм соответственно. При d=0 зависимость не имеет изломов. Мы предполагаем, что величина амплитуды в точке излома равна величине расстояния между пластинами Au=d. Этот результат дает возможность оценить расстояние между пластинами по визуализированным картинам доменной структуры в переменном магнитном поле, и следовательно проводить экспрессный контроль несплошностей в магнитных системах и, в определенной степени, контроль их  структурной неоднородности.    
Одномерная экспериментальная топограмма - зависимость Hz(x)  над пластинами  имеет  скачкообразный и хаотичный характер (рис. 3), а между пластинами зависимость Hz(x) имеет два характерных гладких перегиба. Вероятно, “провалы“ Hz-компоненты над пластинами связаны со структурной неоднородностью пластин.

Рис. 3. Экспериментальная одномерная топограмма Hz –компоненты  поля рассеяния над магнитной системой (экспериментальные точки) и  теоретическая топограмма (сплошная кривая).

Для построения теоретических топограмм использовалась формула, полученная в [3] для однородно намагниченной прямоугольной пластины. Расчеты поля рассеяния для системы двух однородных пластин показывают хорошее совпадение с экспериментом в промежутке между пластинами (рис. 3). Рассчитанные зависимости для более реалистичных моделей, составленных из нескольких слоев гранул в виде кубиков показали, что пики на зависимости Hz(x) связаны с гранулами, которые расположены непосредственно на поверхности пластин (рис. 4a). Для проверки этого вывода было проведено наблюдение при большем увеличении (с помощью микроскопа) области пластины с выходом на поверхность отдельных гранул. Результаты сравнения снимков поверхности пластин и магнитооптического контраста в индикаторных пленках подтверждают этот вывод. Более глубоко лежащие слои дают вклад, слабо зависящий от координат x,y (рис. 4b). В промежутке между пластинами зависимость Hz(x) аналогична полю от сплошной пластины с усредненной намагниченностью (рис. 4с). Рост расстояния до магнитной системны при водит к тому, что Hz(x) становится похожей на зависимость  от однородной системы (рис. 4d).

Заключение.
1. Определены характерные картины доменной структуры индикаторных аморфных пленок, соответствующие магнитным системам с известной степенью структурной и магнитной неоднородности. Адекватность отображения подтверждается сравнением экспериментальных и теоретических топограмм.
2. Показана возможность экспрессного контроля характеристик магнитных систем при помощи лабораторной модели магнитооптического визуализатора посредством наблюдения 

Рис. 4. Модельная зависимость Hz – компоненты магнитного поля, создаваемого a) верхним слоем; b)вторым слоем; c)всей системой; d)всей системой на расстоянии h=0.02 мм. 

магнитооптического контраста индикаторных пленок гадолиний-кобальт при действии переменного поля.

ЛИТЕРАТУРА

1. Червоненкис А.Я., Кубраков Н. Ф.. Магнитооптическая визуализация и топографирование магнитных полей.  Письма в ЖТФ. 1982, 8, вып. 11, 696-699.
2. Гусев М.Ю., Гречишкин Р.М. и др. Магнитооптическая визуализация магнитного поля с помощью монокристаллических пленок ферритов-гранатов. Изв.ВУЗов.Мат. электр. техники. Материаловедение и технология. Магнитные материалы. 2002.№1, с.27-37
3. Андреев Ф.К.,. Раев В.К. Поле управляющих пермаллоевых аппликаций  для схем продвижения ЦМД.//Тр.инст. Эл. Упр. Маш. Вып.32,  с.43-62