Научная статья на тему 'ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ГРАНУЛИРОВАННЫХ НАНОКОМПОЗИТОВ (CO40FE40B20)X(SION)100-X'

ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ГРАНУЛИРОВАННЫХ НАНОКОМПОЗИТОВ (CO40FE40B20)X(SION)100-X Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
21
4
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Калинин Ю.Е., Ситников А.В., Федосов А.Г.

Исследованы концентрационные и частотные действительной (μ/) и мнимой (μ//) частей комплексной магнитной проницаемости нанокомпозитов (Co40Fe40B20)х(SiO2)100-x при концентрациях металлической фазы 30-75 ат. %. Анализ частотных зависимостей комплексной магнитной проницаемости наногранулированного композита (Co40Fe40B20)х(SiO2)100-x позволил объяснить поведение μ/ и μ// при различном содержании металлической фазы из предположения о наличии трех областей концентрации гетерогенной системы после порога перколяции, отличающихся структурными особенностями. При концентрации 47 < х < 52 ат. % в районе порога перколяции высокочастотное магнитное поведение композита связано с процессами магнитной релаксации при формировании магнитоупорядоченной структуры гетерогенной системы. В концентрационном диапазоне 52 < х < 65 ат. % можно выделить две магнитные подсистемы: гранулы, объединенные в объемную перколяционную сетку, обменно связанные друг с другом, и изолированные частицы, находящиеся в поле этой объемной структуры, но взаимодействующие с ней через поля рассеивания. В области концентраций металлической фазы выше 65 ат. % композит можно рассматривать как объемный ферромагнитный материал с наноразмерными включениями диэлектрика. Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 08-02-00840), гранта МО и CRDF (проект PG 05-010-1).

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Калинин Ю.Е., Ситников А.В., Федосов А.Г.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

High-frequency magnetic properties of (Co40Fe40B20)x(SiOn)100-x granulated nanocomposites

Concentration and frequences dependences of real (μ/) and imaginary (μ//) parts of a complex magnetic permeability of (Co40Fe40B20)x(SiO2)100-x nanocomposites have been investigated. The obtained experimental data are well fitted by the theory and are agree with earlier published results. The analysis of frequency dependences of complex magnetic permeability of the (Co40Fe40B20)x(SiO2)100-x nanogranular a composites has allowed to explain μ/ and μ// behaviour at various maintenance of a metal phase based on the assumption of presence of three concentration areas of heterogeneous system after a percolation threshold differing by the structural features. At the concentration of 47 < x <52 at. % in the percolation threshold area the high-frequency magnetic behavior of the composite is related with processes of a magnetic relaxation at formation of magneto-ordering structures of heterogeneous system. In the concentration range of 52 < x <65 at. % it is possible to allocate two magnetic subsystems: granules incorporated in volumetric percolating net, exchange connected with each other, and the isolated particles which are being under the field of this volumetric structure, but cooperating with it through fields of dispersion. In the field of concentration of a metal phase above 65 at. % the composite can be considered, as a volumetric ferromagnetic material with nanodimensional inclusions of isolator.

Текст научной работы на тему «ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ГРАНУЛИРОВАННЫХ НАНОКОМПОЗИТОВ (CO40FE40B20)X(SION)100-X»

НАНОСИСТЕМЫ: СИНТЕЗ, СВОЙСТВА, ПРИМЕНЕНИЕ

NANOSYSTEMS: SYNTHESIS, PROPERTIES AND APPLICATION

УДК 539.216.2:536.425.001.57

ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ГРАНУЛИРОВАННЫХ НАНОКОМПОЗИТОВ (Co40Fe40B20)x(SiO„)100-x

Ю.Е. Калинин, А.В. Ситников, А.Г. Федосов

Воронежский государственный технический университет, Московский пр. 14, г. Воронеж, Россия, 394026 тел. (732)46-66-47; факс (732)46-32-77; e-mail: kalinin48@mail.ru

Исследованы концентрационные и частотные действительной (ц') и мнимой (ц'') частей комплексной магнитной проницаемости нанокомпозитов (Co40Fe40B20)x(SiO2)100-x при концентрациях металлической фазы 30-75 ат. %. Анализ частотных зависимостей комплексной магнитной проницаемости наногранулированного композита (Co40Fe40B20)x(SiO2)100-x позволил объяснить поведение ц' и ц'' при различном содержании металлической фазы из предположения о наличии трех областей концентрации гетерогенной системы после порога перколяции, отличающихся структурными особенностями.

При концентрации 47 < х < 52 ат. % в районе порога перколяции высокочастотное магнитное поведение композита связано с процессами магнитной релаксации при формировании магнитоупорядоченной структуры гетерогенной системы. В концентрационном диапазоне 52 < х < 65 ат. % можно выделить две магнитные подсистемы: гранулы, объединенные в объемную перколяционную сетку, обменно связанные друг с другом, и изолированные частицы, находящиеся в поле этой объемной структуры, но взаимодействующие с ней через поля рассеивания. В области концентраций металлической фазы выше 65 ат. % композит можно рассматривать как объемный ферромагнитный материал с наноразмерными включениями диэлектрика.

HIGH-FREQUENCY MAGNETIC PROPERTIES OF (CO40FE40B20)x(SIO„>100-x GRANULATED NANOCOMPOSITES

Kalinin Yu.E., Sitnikov A.V., Fedosov A.G.

Voronezh State Technical University, 14 Moscow Ave., Voronezh, Russia, 394026

Concentration and frequences dependences of real (ц') and imaginary (ц'') parts of a complex magnetic permeability of (Co40Fe40B20)x(SiO2)100-x nanocomposites have been investigated. The obtained experimental data are well fitted by the theory and are agree with earlier published results.

The analysis of frequency dependences of complex magnetic permeability of the (Co40Fe40B20)x(SiO2)100-x nanogranular a composites has allowed to explain ц' and ц'' behaviour at various maintenance of a metal phase based on the assumption of presence of three concentration areas of heterogeneous system after a percolation threshold differing by the structural features.

At the concentration of 47 < x <52 at. % in the percolation threshold area the high-frequency magnetic behavior of the composite is related with processes of a magnetic relaxation at formation of magneto-ordering structures of heterogeneous system. In the concentration range of 52 < x <65 at. % it is possible to allocate two magnetic subsystems: granules incorporated in volumetric percolating net, exchange connected with each other, and the isolated particles which are being under the field of this volumetric structure, but cooperating with it through fields of dispersion. In the field of concentration of a metal phase above 65 at. % the composite can be considered, as a volumetric ferromagnetic material with nanodimensional inclusions of isolator.

Введение

Развитие микроэлектроники и систем связи предъявляют повышенные требования к магнитным материалам, которые используются в современных устройствах. В зависимости от области применения параметры, необходимые для практического применения, могут существенно отличаться. Так, для миниатюризации и повышения рабочей частоты магнитных головок, магнитных датчиков, высокочастотных трансформаторов и катушек индуктивности необходимы высокая намагниченность насыщения (М), низкая коэрцитивная сила (НК) и высокое значение действительной части магнитной проницаемости (|У) на рабочих частотах, которая может составлять сотни МГц. При этом мнимая часть комплексной магнитной проницаемости (ц7/), характеризую-

щая магнитные потери, должна быть достаточно низкой. В случае использования магнитного материала в качестве поглотителя электромагнитных излучений необходимо согласовать величины комплексной магнитной и диэлектрической проницаемости, чтобы волновое сопротивление поглощающей среды и пустого пространства были одинаковыми. В любом случае исследования высокочастотных магнитных свойств нанокомпозитов ферромагнитный металл-диэлектрик привлекают большой интерес [18]. Обладая наноразмерной гетероструктурой, у которой магнитные зерна диаметром несколько нанометров окружены диэлектриком, такие сплавы имеют высокое удельное электрическое сопротивление, зависящее от соотношения проводящей и изоляционной фаз. Как правило, в качестве ферромагнитной фазы композитов рассматриваются либо переходные

металлы Fe, Ni, либо сплавы на их основе. В качестве диэлектрической матрицы чаще всего используются оксиды Si, Al, Zr, Cr, Hf и др. либо фториды, например MgF2.

В большинстве случаев исследуемые композиты имели кристаллическую структуру магнитной фазы. Использование в качестве материала металлической компоненты гетероструктур ферромагнитных сплавов, склонных к аморфизации, весьма ограничено. В настоящей работе резонансным и методом в диапазоне частот 15-1200 МГц исследованы зависимости действительной (ц) и мнимой (ц ) частей комплексной магнитной проницаемости композитов (Co4oFe4oB2o)x(SiO2)loo-x с аморфной структурой.

Образцы и методика эксперимента

(Co4oFe4oB2o)x(SiO2)loo-x - гранулированные на-нокомпозиты - получены ионно-лучевым распылением составной мишени сплава Co40Fe40B20 с неравномерно распределенными на ее поверхности 12 навесками SiO2. Металлическое основание представляло собой водоохлаждаемую пластину сплава размером 270x80x15 мм, навески выполнены из кварцевых пластин в виде полос 80x10x1 мм, которые крепились перпендикулярно длинной стороне основания. Такой вид мишени позволяет в одном технологическом цикле распыления получать непрерывное изменение соотношения металлической и диэлектрической фаз композитов на подложках, расположенных параллельно плоскости мишени [9].

Изменение величины и направления поля анизотропии осуществлялось проведением термической и термомагнитной обработки композитов. Температура отжига была выбрана 350 °С, время обработки -30 минут. Выбранный режим термообработки позволяет провести релаксационные процессы формирования структуры, не изменяя ее морфологических особенностей (размера гранул, аморфного состояния матрицы и металлической фазы) и сохраняя ферромагнитные свойства гранул аморфного сплава Co40Fe40B20 (температура термообработки выбрана ниже температуры Кюри). Осаждение композита производилось на ситалловые подложки, температура подложки в процессе напыления не превышала 393 К. Толщина полученных образцов составляла 2-4 мкм. Далее подложки разрезались, и образец для исследований представлял полоску длиной 60 мм и шириной 3 мм.

Измерение магнитной проницаемости осуществлялось резонансным методом. В частотном диапазоне 15-240 МГц измерения проводились в катушке индуктивности с использованием Q-метра. Ориентация переменного измерительного поля была направлена в плоскости пленки параллельно продольной оси образца по методике, описанной в [10]. В частотном диапазоне 300-1200 МГц измерения проводились с использованием коаксиального резонатора.

Изменение частоты резонанса осуществлялось путем изменения его длины. Ориентация измерительного поля относительно направления осей анизотропии пленки осуществлялась путем изготовления испытуемых образцов специальной формы и была направлена вдоль оси трудного намагничивания (ОТН) пленки. Относительная погрешность в определении ц/ и ц// составила 8-10 %.

Результаты эксперимента и их обсуждение

Для исследования влияния магнитной структуры композитов (Co40Fe40B20)x(SiO2)100-x на высокочастотные свойства были проведены измерения действительной (кривая 1) и мнимой (кривая 2) частей комплексной магнитной проницаемости от содержания металлической фазы, которые представлены на рис. 1.

Рис. 1. Зависимости действительной (кривые 1, 3) и мнимой (кривые 2, 4) частей комплексной магнитной проницаемости наногранулированных композитов (Co^e^^^SiO^wo-x от содержания металлической фазы, измеренные на частоте 50 МГц в отсутствие внешнего магнитного поля (кривые 1, 2), и во внешнем постоянном магнитном поле, направленном перпендикулярно оси образца в плоскости пленки, соответствующем максимальным значениям ¡1 и ¡¡'' (кривые 3, 4) Fig. 1. Concentration dependences of real (curves 1, 3) and imaginary (curves 2, 4) parts of complex magnetic permeability of the nanogranulated (Co40Fe40B20)x(SiO2)100-x composites, measured at frequency of 50 MHz without external magnetic field (curves 1, 2), and under external constant magnetic field directed perpendicularly to the the long axis of the sample in a plane of a film corresponding to the maximal ¡1 and ¡1' values

В интервале концентраций металлической фазы до Х ~ 43 ат. % ц и ц соответствуют единице и не меняются, что характерно для суперпарамагнитного состояния композитов [11]. Переход композитов в ферромагнитное состояние при увеличении концентрации магнитной фазы наблюдается раньше порога протекания (Х ~ 50 ат. %), определенного из концентрационных зависимостей электрического сопротивления [9]. Такое поведение, обозначенное на рис. 1 диапазоном концентраций I, связано с уменьшением расстояния между ферромагнитными гранулами при

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 9 (65) 2008

© Scientific Technical Centre «TATA», 2008

приближении состава композита к порогу перколя-ции и образованием магнитных кластеров. Эти процессы приводят к увеличению диполь-дипольного магнитного взаимодействия между гранулами в композите и образованию коррелированной магнитной структуры вещества.

Рост магнитной проницаемости за порогом пер-коляции связан с формированием фрактальной структуры из ферромагнитных проводящих каналов в диэлектрической матрице с преимущественным направлением магнитных моментов и увеличением намагниченности образца вследствие присоединения к бесконечному кластеру новых ферромагнитных (диапазон концентраций II на рис. 1).

Когда металлическая фаза достигает значительной доли, рассмотрение композита как сетки металлических каналов становится неправомерным, и мы можем считать такой сплав объемным с наноразмер-ными включениями диэлектрика (диапазон концентраций III на рис. 1).

Представленные на рис. 1 кривыми 1 и 2 концентрационные зависимости комплексной магнитной проницаемости композитов (Со40Ре40Б20)х(8Ю2)100-;1: являются в большой степени частным случаем, так как характеризуют не только его магнитные свойства, но также в большой степени зависят от положения осей легкого и трудного намагничивания относительно поля измерительной катушки. В процессе высокочастотного перемагничивания основной вклад в изменение внутреннего поля материала вносит вращение векторов намагниченности, тогда как вкладом от движения доменных границ при частотах десятки МГц можно пренебречь. Следовательно, при совпадении направления ОТН измеряемого образца и поля катушки мы будем иметь наибольшее значение комплексной магнитной проницаемости. Для доказательства высказанных выше предположений были проведены измерения магнитной проницаемости во внешнем постоянном магнитном поле 3500 Э, направленном перпендикулярно оси образца в плоскости пленки (кривые 3, 4 на рис. 1). При этом с ростом поля подмагничивания происходит разворот магнитных моментов гранул в сторону ОТН и при напряженности поля, равном полю анизотропии (На), векторы намагниченности повернутся перпендикулярно Низм. Как следствие, измеренные величины ц и ц7/ в интервале концентраций, соответствующих диапазонам концентраций II и III на рис. 1, выше соответствующих значений, измеренных без наложения постоянного магнитного поля. Следовательно, наиболее подходящим параметром для описания высокочастотных свойств композитов могут служить максимальные значения ц7 и ц7/, измеренные в некотором поле подмагничивания (Нвнештах), так как при этом можно не учитывать взаимного расположения поля измерения и осей анизотропии образца. Надо отметить, что величина Нвнештах в данном случае составляла всего около 10 Э.

На рис. 2. представлены зависимости действительной (кривые 1, 3, 5) и мнимой (кривые 2, 4, 6) частей комплексной магнитной проницаемости от содержания металлической фазы композитов (Со40Ре40Б20)х(81О2)100-х, подвергнутых термической обработке. После отжига при температуре 350 °С в течение 30 минут без приложения внешнего магнитного поля (кривые 3, 4) значения ц/ и ц// значительно уменьшились относительно величин, которые мы наблюдали у композита в исходном состоянии (кривые 1, 2). Особенно это проявилось в концентрационном диапазоне от 50 до 55 ат. % металлической фазы.

х, ат %

Рис. 2. Зависимости действительной (кривые 1, 3, 5) и мнимой (кривые 2, 4, 6) частей комплексной магнитной проницаемости на частоте 50 МГц композитов

ioo-x, полученных при прямом напылении от содержания металлической фазы: 1, 2 - в исходном состоянии; 3, 4 -после отжига при температуре 350 °С в течение 30 минут в нулевом поле; 5, 6 - после отжига при температуре 350 °С в течение 30 минут во внешнем магнитном поле 3500 Э в плоскости пленки перпендикулярно оси образца

Fig. 2. Concentration dependences of real (curves 1, 3, 5) and imaginary (curves 2, 4, 6) parts of complex magnetic permeability at frequency of 50 MHz for (Co40Fe40B20)x(SiO2)100-x composites, received at direct evaporation: 1, 2 - in an initial state; 3, 4 -after outburn at temperature 350 °С within 30 minutes in a zero field; 5, 6 - after outburn at temperature 350 °С within 30 minutes in an external magnetic field of3500 Oe in a plane of a film and perpendicularly to long axis of the sample

Напротив, в образцах, подвергнутых термической обработке при аналогичных условиях, но во внешнем магнитном поле 3500 Э, приложенном в плоскости пленки перпендикулярно оси образца (кривые 5, 6), при концентрациях металлической фазы от 49 до 80 ат. % мы наблюдаем значительное повышение величины комплексной магнитной проницаемости, как ее действительной, так и мнимой части. Очевидно, что такое различие в поведении композитов после отжига в магнитном поле и без магнитного поля

невозможно объяснить с позиций особенностей структурных изменений, тем более, изменения электрических характеристик при таких видах термообработки совпадают. В этом случае наблюдаемые изменения комплексной магнитной проницаемости композитов, подвергнутых термической и термомагнитной обработке, необходимо связать с изменением магнитной структуры. Внутреннее поле ферромагнетика определяется структурой магнитных доменов и доменных стенок, которое определяется величиной и распределением полей анизотропии образца.

Так как в исходном состоянии ОТН композитов направлена параллельно продольной стороне пластины, вдоль которой производится изменение высокочастотного поля, то при отжиге без магнитного поля внутреннее поле, заданное доменной структурой, создает условие для увеличения поля анизотропии перпендикулярно оси образца.

Кроме того, при термической обработке значительно уменьшается дисперсия осей анизотропии. Это приведет к уменьшению измеряемых значений Ц и ц// композитов, так как процесс перемагничивания вдоль ОТН будет происходить за счет движения доменных стенок, которое является «медленным» и не «работает» при данных частотах. Такое поведение комплексной магнитной проницаемости мы видим для композитов после отжига при температуре 350 °С в течение 30 минут без приложения внешнего магнитного поля (рис. 2, кривые 3, 4).

/ // цц

1

400 300 200100

• •••

100

200

f, MGz

перемагничивания вдоль ОТН будет происходить за счет поворота векторов намагниченности структуры. Такое изменение мы видим на кривых 5, 6 рис. 2, которые соответствуют композитам, отожженным во внешнем магнитном поле 3500 Э, приложенном в плоскости пленки перпендикулярно оси образца.

Влияние частоты измерительного поля на величину действительной (кривая 1) и мнимой (кривая 2) частей комплексной магнитной проницаемости нанограну-лированных композитов (Co40Fe40B2a)56,5(SЮ2)43,5, (C04oFe4oB2o)55,з(SiO2)44,7, (C04oFe4oB2o)63,9(SiO2)з6,1, (C04oFe4oB2o)6з(SiO2)з7 и (C04oFe4oB2o)72(SiO2)28, измеренных резонансным методом, представлены на рис. 3-8 соответственно. Композиты с х = 55,3, 63,9 и 72 атомных процента были подвергнуты термической обработке в вакууме при температуре 350 °С в течение 30 минут.

Рис. 3. Частотные зависимости действительной (1) и мнимой (2) частей комплексной магнитной проницаемости наногранулированного композита (Co40Fe40B20)5g5(SiO2)43}5 Fig. 3. Frequency dependences of real (1) and imaginary (2) parts of complex magnetic permeability of nanogranulated (Co4oFe4oB2o)56,5(SiO2)43,5 composite

При отжиге во внешнем магнитном поле, перпендикулярном направлению ОТН, происходит уменьшение величины поля анизотропии образца. При выбранных режимах термомагнитной обработки составы композитов выше порога перколяции характеризуются практически магнитной изотропностью в плоскости пленки. Это приведет к увеличению измеряемых значений ¡/ и ¡/ композита, так как процесс

/ // цц

500

400

300

200

100

1

2

1 _ < • • •

100

200

f, MGz

Рис. 4. Частотные зависимости действительной (1) и мнимой (2) частей комплексной магнитной проницаемости наногранулированного композита (Co40Fe40B20)55,3(SiO2)44,7 после отжига при температуре

350 °С в течение 30 минут Fig. 4. Frequency dependences of real (1) and imaginary (2) parts of complex magnetic permeability of nanogranulated (Co40Fe40B20)55,3(SiO2)44,7 composite after outburn at temperature 350 °С within 30 minutes

/ // цц

300

200

100

1

• •

• • ,

0 100 200

f, MGz

Рис. 5. Частотные зависимости действительной (1) и мнимой (2) частей комплексной магнитной проницаемости

наногранулированного композита (Co40Fe40B20)6^3(SiO2)37 Fig. 5. Frequency dependences of real (1) and imaginary (2) parts of complex magnetic permeability of nanogranulated (Co40Fe40B20>63(SiO2)37 composite

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 9 (65) 2008

© Scientific Technical Centre «TATA», 2008

/ // цц

1200 1000 800600 400 200

/ // цц

*

♦ t*

• •

100

200

f, MGz

Рис. 6. Частотные зависимости действительной (1) и мнимой (2) частей комплексной магнитной проницаемости наногранулированного композита (Co40Fe40B20)63,9(SiO2)361 после отжига при температуре 350 °С в течение 30 минут Fig. 6. Frequency dependences of real (1) and imaginary (2) parts of complex magnetic permeability of nanogranulated (Co40Fe40B20)63,9(SiO2)361 composite after outburn at temperature 350 °С within 30 minutes

Ц/Ц// 200

150

100

50

»«»lltlim»*»»»»«""

0 ■ Ж 2D0fi MGz

Рис. 7. Частотные зависимости действительной (1) и мнимой (2) частей комплексной магнитной проницаемости наногранулированного композита (Co4oFe4oB2o)72(SiÜ2)28 Fig. 7. Frequency dependences of real (1) and imaginary (2) parts of complex magnetic permeability of nanogranulated (Co4oFe4oB2o)72(SiÜ2)28 composite

Анализ представленных кривых показывает, что в диапазоне частот от 15 до 240 МГц значения ц' и ц'' изменяются незначительно. Относительная величина мнимой части комплексной магнитной проницаемости имеет достаточно высокие значения при низких частотах. Особенно большие потери при высокочастотном перемагничивании демонстрирует композит (Co40Fe40B20)63,9(SiO2)36,b подвергнутый отжигу при температуре 350 °С в течение 30 минут (рис. 6). На частоте около 50 МГц в данном композите наблюдается максимум значений как действительной, так и мнимой частей комплексной магнитной проницаемости. Также надо отметить, что композит данного состава имеет наименьшее значение поля анизотропии приблизительно 11 Э из всех исследуемых составов в рассматриваемом диапазоне концентраций. Так как до частоты 240 МГц значения ц' и ц'' изменяются слабо и имеют достаточно большие значения, можно предположить, что частота естественного ферромагнитного резонанса находится при более высоких частотах.

400

200

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

100

200 f, MGz

Рис. 8. Частотные зависимости действительной (1) и мнимой (2) частей комплексной магнитной проницаемости наногранулированного композита (Co40Fe40B20)72(SiO2)2g после отжига при температуре 350 °С в течение 30 минут Fig. 8. Frequency dependences of real (1) and imaginary (2) parts of complex magnetic permeability of nanogranulated (Co40Fe40B20)72(SiO2)2S composite after outburn at temperature 350 °С within 30 minutes

На рис. 9 и 10 представлены частотные зависимости действительной (кривая 1) и мнимой (кривая 2) частей комплексной магнитной проницаемости, измеренные методом волновода, наногранулированного композита (Co40Fe40B20)60,8(SiO2)39,2 в исходном состоянии и после отжига при температуре 350 °С в течение 30 минут, соответственно.

Анализ представленных зависимостей показал, что ц' при частотах выше 400 МГц уменьшает свое значение, тогда как величина ц' и при 800 МГц для образца в исходном состоянии, и при 900-1000 МГц для композита после термической обработки проходит через максимум.

/ // цц

200

100

400

600

800

1000 1200

f, MGz

Рис. 9. Частотные зависимости действительной (1) и мнимой (2) частей комплексной магнитной проницаемости наногранулированного композита

(Co40Fe40B20)60,8(SiO2)39,2

Fig. 9. Frequency dependences of real (1) and imaginary (2) parts of complex magnetic permeability of nanogranulated

(Co40Fe40p20)60,8(SiO2)39,2 composite

400

/ // II

300

200

100

400

600

800

1000 1200

f, MGz

Рис. 10. Частотные зависимости действительной (1) и мнимой (2) частей комплексной магнитной проницаемости наногранулированного композита (Co4oFe4iß2a)60,8(SiO2)392 после отжига при температуре

350 °С в течение 30 минут Fig. 10. Frequency dependences of real (1) and imaginary (2)

parts of complex magnetic permeability of nanogranulated (Co4Fe40B2o)6o,8(SiO2)39,2 composite after outburn at temperature 350 С within 30 minutes

Такое поведение комплексной магнитной проницаемости характерно для естественного ферромагнитного резонанса.

Для тонких пленок с плоскостной анизотропией частота ферромагнитного резонанса рассчитывается как [12]:

урез = 2nvV на 4nMs

(1)

где V, Мц и На - гиромагнитное отношение = 2,8 МГц/Э), намагниченность насыщения и поле плоскостной анизотропии соответственно.

Здесь учитывается поле размагничивания, перпендикулярное плоскости пленки. Если взять На ~ 15 Э, а 4пМ ~ 1 Тл, тогда /рез ~ 1,1 ГГц, что по порядку величины согласуется с измеренными значениями.

Таким образом, в области концентраций выше 65 ат. % металлической фазы композиты можно рассматривать как объемные ферромагнитные материалы с наноразмерными включениями диэлектрика. Характерный размер магнитных неоднородностей и немагнитных областей составляет несколько нанометров. Низкое значение коэрцитивного поля порядка нескольких эрстед, невысокое значение поля анизотропии На ~ 6 Э в исходном состоянии и На ~ 15 Э после отжига при температуре 350 °С в течение 30 минут и достаточно большое удельное электрическое сопротивление с ~ 2-10-6 Ом-м создают условия для хороших высокочастотных свойств композитов (Co40Fe40B20)х(SiO2)100-x в рассматриваемом диапазоне концентраций металлической фазы.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 08-02-00840), гранта МО и CRDF (проект PG 05-010-1).

Список литературы

1. Ohnuma H., Hono K., Onoder H., Ohnuma S., Fujimori H., Pedersen J.S. Microstructures and magnetic properties of Со-Al-O granular thin films // J. Appl. Phys. 2000. V. 87, No. 2. P. 817-823.

2. Li Liangliang, Crawford Ankur M., Wang Shan X., Marshall Ann F., Mao Ming, Schneider Thomas, Bubber Randhir. Soft magnetic granular material Co-Fe-Hf-O for micromagnetic device applications // J. Appl. Phys. 2005. V. 97, No. 10. P. 907-910.

3. Ohnuma S., Fujimori H., Masumoto T., Xiong X. Y., Ping D. H., Hono K. FeCo-Zr-O nanogranular soft-magnetic thin films with a high magnetic flux density // Appl. Phys. Lett. 2003. V. 82, No. 6. P. 946-948.

4. Shihui Ge, Yang Xiaolin, Kim Kwang Youn, Xi Li, Kou Xiaoming, Yao Dongsheng, Li Binsheng, Wang Xinwei. Study on mechanism of soft magnetic properties for high-frequency application in Ni75Fe25-SiO2 granular films // Phys. Stat. Sol. A. 2005. V. 202, No. 10. P. 2021-2027.

5. Sohn J. C., Byun D. J., and Lim S. H. Theoretical and experimental permeability spectra of nano-granular Co-Fe-Al-O films for GHz magnetoelastic device applications // Phys. Stat. Sol. A. 2004. V. 201, No. 8. P. 1946-1950.

6. Lianwen Deng, Zekun Feng, Jianjun Jiang, Huahui He. Percolation and microwave characteristics of CoFeB-SiO2 nano-granular films // J. Magn. and Magn. Mater. 2007. V. 309. P. 285-289.

7. Yildiz F., Kazan S., Aktas B., Tarapov S.I., Tagi-rov L., Granovsky B. Ferromagnetic resonance studies on (Co40Fe40B20)x(SiO2)1-x granular magnetic films // J. Magn. and Magn. Mater. 2006. V. 305. P. 24-27.

8. Buznikov N.A., Iakubov I.T., Rakhmanov A.L., Sboychakov A.O. High-frequency magnetic permeability of nanocomposite film // J. Magn. and Magn. Mater. 2005. V. 293. P.938-946.

9. Калинин Ю.Е., Ситников А.В., Стогней О.В. Физические свойства нанокомпозитов металл-диэлектрик с аморфной структурой (часть 1) // Альтернативная энергетика и экология. 2007. № 10. С. 9-21.

10. Калаев В.А., Калинин Ю.Е., Нечаев В.Н., Ситников А.В. // Вестник Воронежского государственного технического университета, сер. Материаловедение. 2003. Выпуск 1.13. С. 38-42.

11. Калаев В. А., Калинин Ю.Е., Ситников А.В. Высокочастотные магнитные свойства гранулированных нанокомпозитов (Co^Fes^^X^SiO^oj- // Альтернативная энергетика и экология. 2004. № 6. С. 13-15.

12. Тикадзуми С. Физика ферромагнетизма. Магнитные характеристики и практические применения / С. Тикадзуми, пер. с японского. М.: Мир, 1987.

ГХ-> -TATA — LX_>

1G4

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 9 (65) 2008

© Scientific Technical Centre «TATA», 2008

ШЖ

r- M

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.