Магнитные свойства ферромагнитных микропроводов могут значительно изменяться при различных внешних воздействиях: механических растягивающих и скручивающих напряжениях, изменениях температуры, пропускании электрического тока и т.п. Эта особенность открывает перспективы для их использования в качестве датчиков различных параметров [1-3]. Известно, что магнитные свойства микропроводов связаны с вкладами компонент магнитоупругой энергии [4], которая, в свою очередь, зависит от знака коэффициента магнитострикции, то есть состава металлической жилы, а также от диаметра металлической жилы и соотношения диаметров металлической жилы и полного диаметра микропровода в стеклянной оболочке. Последний фактор определяет, в частности, величину и распределение компонент напряжений по радиусу металлической жилы микропровода. При определенных режимах изготовления, приводящих к формированию нанокристалличной фазы в аморфных микропроводах [5], необходимо дополнительно учесть вклад магнитокристаллической энергии. В данной работе приводятся результаты исследования магнитных и структурных свойств микропроводов, изготовленных из сплава на основе CoFe с помощью метода Улитовского-Тейлора [6]. Поперечные размеры микропроводов: диаметр металлической жилы – от 10 до 25 мкм, полный диаметр в стеклянной оболочке – от 24 до 33 мкм. Благодаря применению специальных технологических условий при изготовлении (изменение условий охлаждения и смотки), все микропровода проявляют свойства магнитно-двухфазной структуры: нанокристаллизованные кристаллиты в аморфной матрице [7], что было обнаружено при исследовании с помощью рентгеноструктурного анализа при комнатной температуре, а также с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии в диапазоне температур от 300 до 970 К. Обычно распределение компонент напряжения по радиусу металлической жилы микропровода рассматривается как симметричное относительно оси микропровода [8, 9]. С помощью электронной микроскопии удалось визуализировать распределение напряжений, при этом удалось обнаружить некоторые отклонения от классически принятого распределения напряжений. Влияния частичной кристаллизации металлической жилы микропровода на магнитные характеристики в температурном диапазоне от 300 до 1250 К было изучено с помощью вибрационного магнитометра фирмы Lake Shore (система 7400). В результате проведенных исследований удалось определить влияние вкладов компонент магнитоупругой и магнитокристаллической энергии в формирование магнитных свойств частично кристаллизованных ферромагнитных микропроводов в стеклянной оболочке.

Работа выполнена частично при поддержка Государственного задания No.3.4168.2017/ПЧ, частично – при поддержке Российского научного фонда, грант №17-12-01569

[1] M. Vazquez, Handbook of Magnetism and Advanced Magnetic Materials, vol.4, H.Kronmuller and S. S. P. Parkin, Eds. Chichester, U.K.: Wiley, (2007), p. 2193.
[2] R. Hudak, R. Varga, J. Živcak, J. Hudak, J. Blažek, and D. Praslicˇka, Theory Appl. Topics Intell. Eng. Informat., vol. 2. (2013), pp. 413–434. [3] D. Praslicka et al., IEEE Trans. Magn., vol. 49, no. 1, (2013) pp. 128–131.
[4] A. Zhukov, J. González, M. Vázquez, V. Larin, and A. Torcunov, Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology, edited by H. S. Nalwa American Scientific, Stevenson Ranch, CA, 2004, Chapter 62, Vol. 6, pp. 365–367.
[5] V. Rodionova, K. Chichay, V. Zhukova, N. Perov, M. Ipatov, P. Umnov, V. Molokanov, A.Zhukov, Journal of Superconductivity and Novel Magnetism (2014), DOI 10.1007/s10948-014-2777-8
[6] Брандт Н.Б., Гицу Д.В., Иошер А.М., Котрубенко Б.П., Николаева А.А. Получение тонких монокристаллических нитей висмута в стеклянной изоляции, Приборы и Техника Эксперимента (1976) Т.3. С.256-257.
[7] A. Zhukov, Adv. Funct. Mater. 16 (5), (2006) pp. 675–680.
[8] P.Klein, R.Varga, I.Škorvбnek, R.E.Kammouni, M.Vazquez, IEEE Trans. Magn., vol. 50, NO. 11, (2014) 2006303. [9] H. Chiriac, T.-A. Ovari, JMMM, 249, 1 (2002)

 

---

В.В. Родионова ^1,2, К.А. Чичай ¹ , И.А. Барабан ¹ , А.И. Литвинова ¹ , С.Н. Шевырталов ¹ , М.В. Горшенков ² , Н.С. Перов ^1,3

¹ Балтийский Федеральный Университет им. И. Канта, Калининград, Россия
² Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва, Россия
³ Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Москва, Россия

---

Correspondence to: vvrodionova@kantiana.ru

Immanuel Kant Baltic Federal University,

Gaidara 6, Kaliningrad, Russia

Уникальные магнитные свойства аморфных ферромагнитных микропроводов в стеклянной оболочке (магнитная бистабильность, около нулевая коэрцитивная сила, эффект гигантского магнитоимпеданса и другие свойства – в зависимости от состава металлической жилы микропровода и последующей его обработки) и найденные пути прецизионного управления этими свойствами обусловили широкое практическое применение микропроводов при изготовлении высокочувствительных датчиков магнитных полей, напряжений, низкого давления, деформаций и ряда других физических параметров. В настоящее время особенно перспективны магнитно-бистабильные микропровода, которые могут быть использованы в качестве элементов кодирующих и логических устройств [1-3], поскольку обнаруженные скорости движения доменных границ в них на один-два порядка превосходят скорости движения доменных границ в планарных структурах. Скорость движения и стабильность распространения доменной границы в магнитно-бистабильном микропроводе взаимосвязаны со скоростью и качеством процесса перемагничивания в нем. В представленной работе исследованы микропровода состава Fe77.5Si7.5B15, разделенные на 2 группы по параметрам: 1) с диаметрами жилы d ~ 12-13 мкм и с различным соотношением диаметров ρ=d/D (0.43, 0.52, 0.57 и 0.68) и 2) с одинаковым соотношением диаметров ρ=d/D=0.66 и с различным диаметром металлической жилы (11, 13, 17 и 19 мкм). Было рассмотрено влияние наличия стеклянной оболочки на магнитостатические и магнитострикционные свойства микропровода, а также влияние напряжений, вызванных наличием стеклянной оболочки на параметры динамики движения доменной границы. Кроме того, рассмотрено раздельное влияние поперечных размеров микропровода на магнитострикционные свойства и параметры динамики движения доменной границы в нем.

[1] M. Hayashi, L. Thomas, R. Moriya, C. Rettner, S.S.P. Parkin, Science 320 (2008) 209–211.
[2] M. Vazquez, Handbook of Magnetism and Advanced Magnetic Materials 4: Novel Materials, John Wiley &Sons, Ltd. 2007, pp. 2192–2226.
[3] A. Zhukov, J. Magn. Magn. Mater. 242–245 (Part I) (2002) 216–223.

---

И.А.Барабан, А.И.Литвинова, В.В.Родионова

Балтийский Федеральный Университет им. Иммануила Канта, Калининград, Россия

---

Correspondence to: machay@lnmm.ru

Immanuel Kant Baltic Federal University,

Gaidara 6, Kaliningrad, Russia

Наночастицы оксида марганца (MNOPs) сильно изменяют магнитные свойства с течением времени, если они находятся в водном растворе [1]. В этой работе изменение магнитных свойств рассматривалось как взаимосвязанное со структурной эволюцией наночастиц: сразу после изготовления наночастицы имели структуру ядро/оболочка Mn₃O₄/MnO, обладая при этом свойствами ферромагнетика при температуре выше точки Кюри для объёмного Mn₃O₄, а с течением времени наночастицы становились полыми Mn₃O₄. Также наблюдалось горизонтальное смещение петли гистерезиса при предварительном охлаждении образца от температуры выше точки Нееля для MnO до температур ниже точки Кюри для Mn₃O₄ в магнитном поле 5Т. Такие особенности были объяснены влиянием MnO-оболочки и, в частности, наличием фрустрированной межфазной области. После процесса деградации наночастиц, на их магнитные свойства большее влияние оказывает доминирующая фаза Mn₃O₄, высоко анизотропный характер которой (т.е. большое значение коэрцитивности и остаточной намагниченности) объясняется большим вкладом поверхностных спинов. Такой результат согласуется с обнаруженной структурной эволюцией – переходом от структуры ядро/оболочка к полым наночастицам, которая была подтверждена с помощью проведенного ПЭМ-анализа.

Рисунок 1. Петли гистерезиса наночастиц до и после их деградации.

 

[1] B.H. McDonagh, G. Singh, S. Hak, S. Bandyopadhyay, I.L. Augestad, D.
Peddis, I. Sandvig, A. Sandvig, W.R. Glomm, Small. 12 (2016)

---

А.Омельянчик¹, Г.Синг², Б.Мак-Донах³, В.Родионова¹, Д.Фиорани^1,4, Д.Педдис⁴, С.Лаурети⁴

¹ Центр функциональных магнитных материалов (FunMagMa), Балтийский Федеральный Университет им. Иммануила Канта, Калининград, Россия
² Department of Materials Engineering, Norwegian University of Science and Technology (NTNU), Трондхейм, Норвегия
³ Ugelstad Laboratory, Dept. Of Chemical Engineering, NTNU, Трондхейм, Норвегия
⁴ Istituto di Struttura della Materia – CNR, CNR, Рим, Италия

---

Correspondence to: asomelyanchik@kantiana.ru 

Immanuel Kant Baltic Federal University,

Gaidara 6, Kaliningrad, Russia

Управление объектами на нано- и микроразмерном уровне является темой, вызывающей возрастающий интерес в ряде приложений в области биомедицины. Одним из наиболее перспективных методов является токовый магнитный пинцет (ТМП), который не имеет ограничений по размеру управляемых объектов, свойственных аналогам, и обладающий уникальной особенностью, по сравнению с оптическим и атомно силовым управлением, – возможностью инвазивного управления [1]. Физический принцип ТМП основан на том, что при протекании тока по проводнику создаётся магнитное поле, которое действует на ферромагнитную нано- или микрочастицу, которая прикреплена к пара- или диамагнитному объекту (например, биологической клетке). Управление происходит путем регулировки силы тока .
В данной работе были изготовлены и протестированы элементы ТМП – системы планарных микропроводов с различной геометрией (параллельные и зигзагообразные), геометрическими размерами (в диапазоне 25-100 мкм) и составами (Cu/SiO₂ и Al). Изготовление элементов проводилось методами
магнетронного (для зигзагообразных) и электронно-лучевого (для планарных) напыления тонкоплёночной структуры на подложку через предварительно изготовленную маску. Теоретически и экспериментально были оценены максимальные величины силы тока, которые не вызывают разрушения структур. При пропускании тока по проводу происходил нагрев провода, вызывающий его частичное разрушение, что сопровождалось увеличением сопротивления. Была показана возможность захвата, удержания и перемещения ферромагнитных наночастиц Fe₃O₄ с диаметром 11 нм в буферной среде (M4526 Medium).

Рисунок 1. Элемент алюминиевых микро-проводов (25 мкм).

[1] V. Bessalova, N. Perov, V. Rodionova, JMMM, 415 (2016) 66–71

---

Александр Омельянчик¹, Валерия Родионова¹, Валентин Новосад²

¹ Центр функциональных магнитных материалов (FunMagMa), Балтийский Федеральный Университет им. Иммануила Канта, Калининград, Россия

² Аргоннская национальная лаборатория, Иллинойс, США

---

Correspondence to: asomelyanchik@kantiana.ru 

Immanuel Kant Baltic Federal University,

Gaidara 6, Kaliningrad, Russia

В последние годы интенсивно исследуются магнитные сплавы со значительным магнитокалорическим эффектом (МКЭ), наблюдаемым около комнатной температуры. Это связано, в частности, с возможностью создания экологически чистых, экономически выгодных твердотельных холодильников [1]. Среди многообещающих материалов для магнитного охлаждения, значительный интерес представляют сплавы на основе FeRh, в котором был найден гигантский МКЭ [2, 3,5]. В сплаве Fe₄₈Rh₅₂ наблюдается гигантский отрицательный МКЭ вблизи комнатной температуры, возникающий из-за магнитного фазового перехода первого рода вблизи 320 К между антиферромагнитным (АФМ) и ферромагнитным (ФМ) порядком, сопровождающимся дополнительно объемным расширением элементарной ячейки. Однако широкий температурный гистерезис, часто наблюдаемый во время перехода, является ключевым недостатком для использования указанного материала в приложениях. Проведенные прямые измерения магнитокалорического эффекта показали что, его величина резко уменьшается с увеличением циклов охлаждения. Необратимость МКЭ связана, в том числе и с очень широким или неполным переходами. В то время как необратимость и гистерезисные потери в других калорических материалах с магнитными переходами первого рода были уменьшены путем легирования материала или формирования пористости, такие методы оказались неэффективными в случае работы с FeRh. Создание слоистой композитной гетероструктуры, обладающей мультикалорическим эффектом, может решить проблему широкого температурного гистерезиса, который препятствует обратимости и увеличивает потери [4]. В данной работе были изготовлены двухслойные мультиферроидные композиты с пьезоэлектрической и магнитострикционной компонентами PbZr_0,53Ti_0,47O₃ (PZT) и Fe₄₈Rh₅₂, соответственно. Толщина каждого слоя составляла ~ 0,2 мм. Измерения магнитных, магнитокалорических и магнитоэлектрических свойств композита FeRh-PZT проводились при комнатной температуре. Петли гистерезиса M(H) были получены с помощью вибрационного магнитометра. МКЭ был измерен прямым методом. МЭ-эффект измерялся путем измерения переменного А2-35 107 А2-35 напряжения, генерируемого на концах образца при его внесении в переменное модулирующее магнитное поле. Наблюдавшаяся аномалия магнитоэлектрического коэффициента вблизи температуры перехода АФМ-ФМ связана с аномальностью магнитострикционной компоненты Fe48Rh52 вблизи точки перехода. МКЭ и магнитные измерения в композите FeRh-PZT выполнялись в двух режимах: с напряжением, приложенным перпендикулярно плоскости образца, и без приложенного напряжения. В режиме «выключено» петли МКЭ и M (H) демонстрируют типичное поведение сплавов FeRh. Подача напряжения приводит к изменению величины МКЭ ΔT и смещению точки перехода АФМ-ФМ. Петли M(H) также демонстрируют изменения в режиме включения и зависят от величины подаваемого напряжения. Эти результаты могут быть использованы для магнитокалорического контроля и минимизации необратимости эффекта МКЭ в калорических материалах.

[1] M. Tishin and Y. I. Spichkin. 2003, The Magnetocaloric Effect and its Applications, Inst. of Physics, New York..
[2] V. Rodionov, V. Rodionova, M. Annaorazov, ActaPhysicaPolonica A 127, 2, (2015) 445.
[3] S.A. Nikitin, G. Myalikgulyev, A.M. Tishin, M.P. Annaorazov, K.A. Asatryan and A.L. Tyurin, Physics Letters A 148 (1990) 363.
[4] Y. Liu, L. C. Phillips, R. Mattana, M. Bibes, A. Barthe´le´my, B. Dkhil, Nature Communication 7 (2016) 1146.
[5] A. B. Batdalov, L. N. Khanov, A. P. Kamantsev, V.V. Koledov, Appl. Phys. Lett. 109 (2016) 202407

---

А.А. Амиров, В.В. Родионов, В.В. Родионова, А.М. Алиев

¹ Институт физики, Дагестанский научный центр Академии наук, Махачкала, Россия
² Балтийский Федеральный Университет им. И. Канта, Калининград, Россия
³ Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва, Россия

---

Correspondence to: vlrodionov@kantiana.ru 

Immanuel Kant Baltic Federal University,

Gaidara 6, Kaliningrad, Russia