Анотація до роботи:

Самофалов В.Н. Сильні поля розсіяння в системах магнітів з гігантською магнітною анізотропією. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01. 04. 11 – магнетизм. Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна, Харків, 2009.

Дисертаційна робота присвячена вивченню сильних магнітних полів розсіяння, які виникають в магнітах з гігантською магнітною анізотропією.

На прикладах рішення різних магнітостатичних задач теоретично обгрунтована можливість виникнення в магнітах з гігантською магнітною анізотропією полів розсіяння, напруженість яких перевишує значення індукції насичення матеріалу магніту B_S. В роботі такі поля були названі сильними полями розсіяння. Показано, що для виникнення таких полів необхідно, щоб поле одноосної анізотропії речовини магніта Н_К значно перевершувало його індукцію насичення: Н_К >> B_S.

Прямими вимірюваннями напруженості поля за допомогою магніторезистивних датчиків і ЕПР спектрометра доведено існування сильних магнітних полів розсіяння. Показано, що виміряні значення поля добре корелюють з розрахованою логарифмічною залежністю Н 4M_Sln(r/a).

Залежно від форми області локалізації поля визначено три види сильних полів: лінійні, точкові і однорідні сильні поля. Показано, що граничні значення полів не можуть бути вищими, ніж 4pM_Sln(R/r) та 6pM_Sln(R/r) для лінійного та точкового поля відповідно. Показано, що сильні поля розсіяння також виникають в магнітах з неоднорідним розподілом намагніченості і вони мають велику область локалізації сильного поля.

_{У роботі була обгрунтована можливість створення магнітних головок для запису інформації на носіях з коерцитивною силою НС = 5 – 10 кЕ, а також створення ЕПР мікроскопа для отримання даних щодо физико-хімічних властивостей з локальних ділянок зразка.}

В дисертаційній роботі розв'язана важлива наукова проблема фізики магнітних явищ – визначені фізичні закономірності, які забезпечують виникнення і стабільність сильних полів розсіяння з індукцією B > B_S = 4pM_S в системах магнітів з гігантською анізотропією.

В ході проведення комплексних досліджень різних систем з постійних магнітів з гігантською магнітною анізотропією були одержані такі наукові і практикні результати:

1. На прикладах рішення магнітостатичних задач вперше обгрунтовано існування сильних магнітних полів розсіяння в різних системах магнітів з гігантською анізотропією і визначені умови їх виникнення. Показано, що для цього необхідно, щоб поле одноосної анізотропії речовини магніта було істотно більшим його індукції насичення: Н_К >> 4pM_S. Встановлено, що залежність тангенціальної компоненти поля розсіяння на малій відстані r від краю магніта є логарифмічною: H » АM_S ln(а/r), де А – деяка постійна для даної системи магнітів.

2. На підставі аналізу результатів проведених комплексних досліджень структури і магнітних властивостей гранульованих плівок Ag-Co, Со-Сu і острівцевих плівок Со-Сu встановлено, що гранульовані плівки Ag-Co проявляють гігантський магніторезистивний ефект (ГМР) з DR/R до 30%. Встановлено, що ГМР-эфект плівок Ag-Co, Со-Сu і острівцевих плівок Со-Сu не пов'язаний з суперпарамагнетизмом гранул Со в шарах. На основі цих плівок виготовлені різні типи магніторезистивних датчиків для вимірювання сильних полів в інтервалі значень 1-25 кЕ.

3. На підставі вивчення розмірних властивостей доменної структури плівок із сплавів Ni-Fe і Ni-Fe-Co у вигляді вузьких смужок завтовшки h ~ 0.1 мкм показано, що низькі значення коерцитивної сили Н_С » 0.01Е досягаються в шарах, які знаходяться в однодоменному стані. При цьому шари мають великі значення коефіцієнта магнитоопору: DR/R = 3-5 %. На основі тонких гранульованих плівок Ag-Co і плівок пермалою були виготовлені за допомогою конденсації у вакуумі датчики, призначені для вимірювання сильних, неоднорідних магнітних полів в широкому діапазоні значень.

4. Прямими вимірюваннями за допомогою магніторезистивних датчиків і ЕПР спектрометра експериментально доведена наявність сильних магнітних полів розсіяння. Найбільше поле, яке було зареєстроване ГMР датчиком і ЕПР спектрометром на системі з 2-х магнітів дорівнювало 17 і 19 кЕ відповідно, що в 2 рази перевищує індукцію насичення матеріалу магніта з SmCo₅. ^{Дослідження на магнітооптичній установці показали, що при використанні ферит-гранатових плівок в якості індикаторів з великим полем одноосної анізотропії (Н}_К ^{= 8 кЕ) можна визначити як конфігурацію сильних полів розсіяння, так і обчислити їх напруженість}

5. Вперше показано, що виміряні значення полів розсіяння добре корелюють з розрахованою логарифмічною залежністю: Н » 4M_Sln(r/a).

6. Вперше проведена класифікація сильних магнітних полів, які можуть бути створені різними системами з постійних магнітів. У залежності від форми області локалізації поля визначено три види сильних полів: лінійні, точкові і однорідні сильні поля.

7. На підставі рішення варіаційної задачі було встановлено, що в магнітах з однорідною намагніченістю найбільше лінійне поле розсіяння досягається поблизу прямого краю плоскої зарядженої поверхні і, як наслідок, в системах магнітів, що складаються з паралелепіпедів і призм. Оптимізація таких систем постійних магнітів показує, що граничне значення лінійного поля не може бути вищим, ніж це витікає із залежності H = 4pM_Sln(R/r).

8. Вивчено 2 типи джерел точкового поля – системи з однорідно намагнічених магнітів, у яких точкове поле виникає поблизу лінії перетину заряджених площин, і конічні магніти. Показано, що в точковому джерелі, що являє собою циліндричний магніт з n секторів, граничне значення точкового поля поблизу особливої точки визначається із залежності H = 2pM_Sln(R/r). У системі з 2-х таких магнітів з протилежним напрямом намагніченості в секторах граничне поле не буде вищим, ніж це витікає із залежності H = 4pM_Sln(R/r).

9. Оптимізація конічних джерел точкового поля показує, що найбільше поле розсіяння досягається у вершини конуса, поверхня якого утворена обертанням прямої лінії навколо його осі. Був проведений чисельний розрахунок систем, що складаються з різного числа пар однорідно намагнічених конічних магнітів, розділених на сектори радіальними площинами. Показано, що в таких комбінованих системах граничне значення точкового поля можна охарактеризувати залежністю H » 6pM_Sln(R/r).

10. Вперше показано, що сильні поля розсіяння виникають також в магнітах з неоднорідною за напрямом намагніченістю. Так, в циліндричному магніті з радіальним розподілом векторів намагніченості залежність поля розсіяння має вигляд H_Z(z) » 2pM_Sln(2z/R). У системі з 2-х таких магнітів граничне поле лімітується залежністю H_Z(z) » 4pM_Sln2(z/R). Встановлено, що відмітною особливістю сильних полів у вивчених системах є велика область локалізації Dr цього поля сумірна з діаметром циліндричного магніта Dr ~ 2R. Так, в зазорі між двома магнітами середнє за об'ємом зазора значення поля розсіяння в 2 рази перевищує індукцію насичення матеріалу магніту: Н_Z » 2B_S.

11. Встановлено, що в системах магнітів з гігантською магнітною анізотропією модуль градієнта поля може досягати значень |Н| » 10⁶ – 10⁸ Е/см. Це значення градієнта порівнянно з високоградієнтним полем розсіяння, яке досягається в надпровідних магнітах з конічними наконечниками із матеріалів з високою індукцією.

12. Обгрунтована можливість створення магнітних головок для запису інформації на носіях з коерцитивною силою Н_С = 5 – 10 кЕ. Показано, що це даєть можливість збільшити густину записаної інформації на 1 – 2 порядки. Крім того, використовування подібних носіїв одночасно розв'яже проблему надійності зберігання записаної інформації. В роботі була також обгрунтована можливість створення ЕПР мікроскопа для одержання відомостей про фізичні характеристики різних речовин в локальних ділянках.

Публікації автора:

1. Dimensional effects domain structure in narrow stripes uniaxial magnetic films / Lukashenko L.I., Potapov S.V., Ravlik A.G., Roschenko S.T., Samofalov V.N., Shipkova I.G. // J. Magnetism and Magnetic Materials (JMMM). - 1992.- Vol. 116.- P. 70-72.

2. Измерение параметров тонких ферромагнитных пленок при помощи крутильного анизометра / Равлик А.Г., Самофалов В.Н., Потапов С.В., Костенко А.В. // Приборы и техника эксперимента (ПТЭ).- 1992.- Т.4. - С. 147-151.

3. Samofalov V.N. Features remagnetization processes in stripes multilayer films with crossed easy ахes magnetization and prospects their арplications V.N. Samofalov, L.I Lukashenko. // J. Magnetism and Magnetic Materials.- 1993.- Vol. 128. - P. 354-360.

4. Лукашенко Л.И. Доменная структура и магнитосопротивление многослойных пленочных полос со скрещенными осями легкого намагничения / Л.И. Лукашенко, В.Н. Самофалов // Физика металлов и металловедение (ФММ). - 1993.- Т.75, № 5. - С.47-53.

5. Features Barkhausen jumps in multilayer ferromagnetic films with crossed easy ахes magnetization / V.N. Samofalov., L.Z. Lubyaniy, L.I. Lukashenko, N.Ye. Overko, A.V. Lukashenko // J. Magnetism and Magnetic Materials.- 1995.- Vol. 148. - P. 267-268.

6. Магниторезистивные ферромагнитные плёнки: новые конструкции чувствительных элементов, технология изготовления и некоторые применения / Л.И. Лукашенко, А.Г. Равлик., С.Т. Рощенко, В.Н. Самофалов, И.Г. Шипкова // Труды Украинского вакуумного общества. – Харьков. 1996. - Т.2.- С. 97-111.

7. Шумы Баркгаузена в плёнках пермаллоя с доменными структурами различных типов / Л.З Лубяный, Н.Е. Оверко, А.Г. Равлик, В.Н. Самофалов // Труды Украинского вакуумного общества. – Харьков. 1997. - Т.3 - С. 54-58.

8. Стеценко А.Н. Гигантское магнитосопротивление плёнок ванадия с поверхностной магнитной сверхрешёткой / А.Н. Стеценко, В.Н. Самофалов, В.В. Зорченко // Письма в ЖЭТФ. - Т.64, в.5. - С. 346 – 349.

9. Oscillating magnetoresistance Co/Cu (111) films / V.V. Zorchenko, V.N. Samofalov, A.N. Stetsenko, A.N. Chirkin // J. Magnetism and Magnetic Materials. – 1998. - Vol. 183. - Р. 25-34.

10. New magnetoresistive elemements based on W. Thomson effect / А.G. Ravlik, S.T. Roschenko, V.N. Samofalov, I.G. Shipkova // Functional Materials. - 1999.- Vol.6, №5. - Р.897-902

11. Millimeter waveband resonator сеll scanning ESP-spectrometer / S.I. Tarapov, V.N. Samofalov, A.G. Ravlik, D.P. Belozorov // International Journal Infrared Millimeter Waves. – 2003. - Vol. 24, №7. - P.1082-1089.

12. Сильные магнитные поля рассеяния в системах из высокоанизотропных магнетиков / В.Н. Самофалов, А.Г. Равлик, Д.П. Белозоров, Б.А. Авраменко // ФММ. - 2004. – Т. 97, №3. - С. 15-23.

13. Magnetic Heads for High Соеrcivity Recording Media / V.N. Samofalov, E. I. Ilyashenko, А. Ramstad, L. Z. Lubуаnuy, T. H. Johansen. // J. Optoelectronics and Anvanced Materials. - 2004. - Vol. 6, №3. - P. 911– 916.

14. Generation strong inhomogeneous stray fields high-anisotropy реrmanent magnets / V.N. Samofalov, A.G. Ravlik, D.P. Belozorov, B.A. Avramenko // J. Magnetism and Magnetic Materials. - 2004. - Vol. 281. - P. 326-335.

15. Magnetic anisotropy studies on FeNiCo/Ta/ FeNiCo three layers film sensitive ferromagnetic resonance technique / F. Yildiz, S. Kazan, B. Aktas, S. Tarapov, V. Samofalov and А. Ravlik // Phys. Stat. Sol. (c). - 2004. - Vol. 1, № 12. - P. 3694-3697.

16. Ильяшенко Е.И. Измерение и визуализация сильных магнитных полей с помощью индикаторов на основе феррит-гранатовых пленок / Е.И. Ильяшенко, Л.З. Лубяный, В.Н. Самофалов // Приборы и техника эксперимента. – 2005. - №4. - С. 1-6.

17. Самофалов В.Н. Оптимизация систем из постоянных магнитов / В.Н. Самофалов, Д.П. Белозоров, А.Г. Равлик // ФММ. - 2006. – Т. 102, №5. - С. 527-538.

18. New Scanning Millimeter Waveband ESR-Microscope with Localized Magnetic Field / D. Belozorov, V. Derkach , G. Ermak, M. Nakhimovich, А. Ravlik, V. Samofalov, S. Tarapov, А. Zamkovoy // International Journal Infrared Millimeter Waves. – 2006. - Vol. 27, №1. - Р. 107 – 116.

19. Belozorov D. New Systems Rare Earth Permanent Magnets for Generation Extrahigh magnetic Fields / D. Belozorov, А. Ravlik, V. Samofalov // J. Iron and Steel Research Internat. – 2006. - Vol.13, Suppl. - Р. 483- 488.

20. Samofalov V.N. Реrmanent Magnet Systems generating strong stray Fields with large localization region / V.N. Samofalov, D.P. Belozorov, A.G. Ravlik // J. Magnetism and Magnetic Materials. - 2008. - Vol. 320, №8. - P. 1490-1498.

21. Samofalov V.N. High-gradient fields in magnets with giant anisotropy / V.N. Samofalov, D.P. Belozorov, A.G. Ravlik // Functional Materials.- 2008.- Vol. 15, №3. - Р. 407-411.

22. Патент №4832485 Российская Федерация, М.Кл. G 01R 33/05.- Способ изготовления магниточувствительного полоскового элемента на основе тонкоплёночного композитного материала / Самофалов В.Н.; заявители: Равлик А.Г., Рощенко С.Т, Шипкова И.Г., Абрамзон Г.В., Полякова Р.Н., Самофалов В.Н.

Яковлев Н.И; патентообладатель Самофалов В.Н. - заявл. 01.10.90; опубл. 18.03. 1993г.

23. А.с. №1649478 СССР, М.Кл. G01R 33/05. - Способ измерения напряжённости магнитного поля и датчик для его реализации / С.Т. Рощенко, В.Н. Самофалов, Л.И. Лукашенко; заявл. 16.12. 1988г; опубл. 15.01.1991г.

24. А.с. №943835 СССР, М. Кл.³ G 11 B 5/42. Способ изготовления сердечников магнитных головок / А.И. Ефремов, Л.З. Лубяный., Л.С. Палатник., С.Т. Рощенко., А.Г. Равлик, В.Н. Самофалов, Уксусов Н.Н.; заявл. 08. 1979г; опубл. 16.03.1982, Бюл. №26.

25. Strong and Inhomoheneous Magnetic Fields Sources Based on High Anisotropy Rare-Earth Permanent Magnets / V.N. Samofalov, A.G. Ravlik, B.A. Avramenko, D.P. Belozorov, A.M. Bovda, V.A. Bovda // China Magnet Symposium. – 2004 - Xian. - P. 198-205.

26. Гигантское магнитосопротивление в плёнках Co-Ag c гранулированной структурой / Б.А. Авраменко, С.В. Малыхин, А.Г. Равлик, В.Н. Самофалов // Cборник трудов 18-й международной школы-семинара “Новые магнитные материалы микроэлектроники”.- М., МГУ.- 2002. - С. 282-284.

27. Сильные магнитные поля рассеяния в системах из высокоанизотропных магнетиков / В.Н. Самофалов, А.Г. Равлик, Д.П. Белозоров, Б.А. Авраменко // Cборник трудов 18-й международной школы-семинара “Новые магнитные материалы микроэлектроники”. - М., МГУ.- 2002. - С. 366-368.

28. Новые возможности практического использования плёнок с анизотропным магнитосопротивлением / Н.И. Яковлев, В.А. Шеленшкевич, С.Х. Карпенков, А.Г. Равлик, С.Т. Рощенко, В.Н. Самофалов, И.Г. Шипкова, Л.И. Лукашенко // Cборник трудов 18-й международной школы-семинара “Новые магнитные материалы микроэлектроники”.- М., МГУ.- 2002. - С. 251-253.

29. Nanostructured Film GMR Sensitive Elements and Their Applications for Strong Magnetic Field Measurement / B.A. Avramenko, D.P. Belozorov, S.V. Malyhin, A.G. Ravlik, E.N. Reshetniak, V.N. Samofalov, S.I. Tarapov // Proc. International Workshop on Nanostructured Magnetic Materials and their Applications NMMA. Istanbul, Turkey., 2003. - Р.63.

30. Магниторезистивные, магнитные и структурные характеристики гранулированных плёнок Со - Ag с гигантским магнитосопротивлением / Б.А. Авраменко, С.В. Малыхин, А.Г. Равлик, В.Н. Самофалов // Сб. докл. Междунар. симпоз. "Тонкие пленки в оптике и электронике". – ННЦ ХФТИ, ИПЦ "Контраст". Харьков., 2002. – Ч.2, - С. 57-60.

31. Магнитные головки для записи на высококоэрцитивных носителях / В.Н. Самофалов, Е.И. Ильяшенко, А. Рамстад, Л.З. Лубяный // Cборник трудов. 19-й международной школы-семинара “Новые магнитные материалы микроэлектроники”.- М., МГУ, 2004. - С. 147-149.

32. Magnetic Heads for Нigh Соеrcivity Recording Media / V.N. Samofalov, E.I. Ilyashenko, А. Ramstad, L. Z. Lubуаnuy, T. H. Johansen // Proceedigs 4th international Workshop. - Bucharest, Romanija., 2004. - Р. 43-48.

33. High Performance Magnets as Sources Strong Magnetic Fields and Field Gradients / V.N. Samofalov, A.G. Ravlik, B.A. Avramenko, D.P. Belozorov, A.M. Bovda, V.A. Bovda // Proceedings 18th International Workshop on High Performance Magnets and Their Applications. - Annecy (France), 29 August – 2 September 2004, Р. 637- 638.

34. Сильные поля рассеяния в магнитах с неоднродным распределением намагниченности / В.Н. Самофалов, Д.П. Белозоров, Е.И. Ильяшенко, В.А. Глебов // Cборник трудов. 20-й международной школы-семинара “Новые магнитные материалы микроэлектроники”.- М., МГУ, 2006. - С.182-184.

35. Сканирующий ЭПР-спектрометр СВЧ диапазона с локальным намагничиванием объектов / Д.П. Белозоров, А.М. Бовда, В.Н. Деркач, Г.П. Ермак, М.И. Нахимович, А.Г. Равлик, В.Н. Самофалов, С.И. Тарапов, А.С. Замковой // Сб. трудов 20 междунар. школы-семинара «Новые магнитные материалы микроэлектроники». - М., МГУ, 2006. - С. 671-673.

36. Самофалов В.Н. Предельные поля рассеяния в системах из высокоанизотропных постоянных магнитов и перспективы использования их в технике / В.Н. Самофалов, Д.П. Белозоров // Cборник трудов. 20-й международной школы-семинара “Новые магнитные материалы микроэлектроники”.- М., МГУ, 2006. -С. 185-187.

37. Размерные эффекты доменной структуры в узких пермаллоевых полосках / Потапов С.В., Равлик А.Г., Рощенко С.Т., Самофалов В.Н., Шипкова И.Г. // Тез. Докладов 12-й. Всесоюзной школы-семинара “Новые магнитные материалы микроэлектроники”.- Новгород., 1990. - С.75-76.

38. Размерные эффекты доменной структуры в узких плёночных полосках с различными значениями поля одноосной анизотропии / Л.И. Лукашенко, С.В. Потапов, С.Т. Рощенко, В.Н. Самофалов, И.Г. Шипкова // Тез. докладов 19-й Всесоюзной конференции по физике магнитных явлений. – Ташкент., 1991. - С.105.

39. Самофалов В.Н. Доменная структура и магнитные свойства плёночных магниторезистивных элементов со скрещёнными осями лёгкого намагничения / В.Н. Самофалов, Л.И. Лукашенко // Тез. докл. 13-й Всесоюзной школы-семинара “Новые магнитные материалы микроэлектроники”. – Астрахань, 1992. - С.132-133.

40. Самофалов В.Н., Стеценко А.Н., Зорченко В.В. Поверхностные магнитные сверхрешётки – новый класс ферромагнитных материалов // Тез. докл. 14-й международной школы-семинара “Новые магнитные материалы микроэлектроники”.- М., МГУ., 1994. - С.17-18.

41. Скачки Баркгаузена в многослойных плёнках со скрещёнными осями лёгкого намагничения / В.Н. Самофалов, Л.З. Лубяный, Л.И. Лукашенко, Н.Е. Оверко, А.В. Лукашенко // Тез. докл. 14-й международной школы-семинара “Новые магнитные материаы микроэлектроники”.- М., МГУ.- 1994. - С. 29-30.

42. ESR – studies Ni-Fe-Co Magnetic Thin Films / F. Yldiz, B. Aktas, S.I. Tarapov, V.N. Samofalov, and Ravlik // Program and Abstracts Second Seeheim Conference on Magnetism. - June 27 – July 1. – 2004. - Seeheim, Germany., 2004. – P.236.

43. Belozorov D.P. Stray- Field Singularity Near the Edge of High Anisotropic Magnets: Origin, Manifestation, Applications / D.P. Belozorov, A.G Ravlik, V.N. Samofalov // Abstracts of International Conference ”Functional Materials” IСFM – 2005, Ukraine, Crimea, Partenit, 2005.- P. 48.

44. Belozorov D.P. High Anisotropy Permanent Magnets as Sources of Strong and Inhomogeneous Magnetic Fields / Belozorov, A.G Ravlik, V.N. Samofalov // Abstracts of International Conference “Functional Materials”, ICFM – 2007, Ukraine, Crimea, Partenit, 2007. - Р. 55.

45. Белозоров Д.П. Системы постоянных магнитов, создающие сильные поля рассеяния с большой областью локализации / Д.П. Белозоров, А.Г. Равлик, В.Н. Самофалов // Матеріали 8-ої Міжнародної конференції «Фізичні явища в твердих тілах», Харків, ХНУ імені В.Н. Каразіна, 2007.– С.136.