Strukturuntersuchungen an Cr-Co-Schichten mittels Röntgenbeugung
2. Struktur und ferromagnetische Eigenschaften
Kobalt gehört mit der Ordnungszahl 27 als Element der 8. Nebengruppe des
Periodensystems der Elemente zu den 3d-Übergangsmetallen und besitzt ferromagnetische
Eigenschaften.
Die magnetischen Eigenschaften ferromagnetischer Materialien lassen sich durch eine Schar von
Magnetisierungskurven beschreiben.
Die Magnetisierungskurve stellt den Zusammenhang zwischen einem auf die jeweilige Probe wirkenden
äußeren Magnetfeld Ha und der dazugehörigen Komponente
Jp der Magnetisierung J parallel zum Feld Ha
dar.
Der Verlauf der Magnetisierungskurve und die bei einer bestimmten Feldstärke auftretende
Magnetisierung Jp hängen wesentlich von der Struktur und der Vorgeschichte
der Probe ab.
Es kommt zu Hystereseerscheinungen, das heißt, bei anwachsendem äußeren
Magnetfeld und anschließendem Abfallen erreicht die Magnetisierung nicht wieder den
gleichen Wert wie am Anfang.
Alle möglichen Magnetisierungskurven einer Probe liegen innerhalb der voll ausgesteuerten
Hystereseschleife. ...
Im Zustand der Remanenz befindet sich die Probe nach dem Abschalten des äußeren Feldes,
wobei ein Rest an Magnetisierung - die Remanenzmagnetisierung - in der Probe erhalten bleibt.
Um diese zu kompensieren, ist die Koerzitivfeldstärke erforderlich.
Beim Durchlaufen der Magnetisierungskurve treten verschiedene Magnetisierungs- und
Ummagnetisierungsprozesse auf: Wandverschiebungen, Drehprozesse und
Magnetisierungsänderungen durch den Paraprozeß. ...
In einem ungestörten Kristall stimmt die Magnetisierungsrichtung innerhalb der
Weiß'schen Bezirke immer mit einer leichten Magnetisierungsrichtung überein.
Nach Barnett, Einstein und De Haas /2/ tragen nur die Spinmomente zum Ferromagnetismus bei.
Es wird daher angenommen, daß die Bahnmomente der Elektronen im Kristall fest verankert
sind /1/. Eine Richtungsänderung der Spinmomente verursacht somit eine Drehung der
Bahnmomente. Die dabei aufzubringende Energie entspricht der Kristallenergie EK.
...
Bei der Existenz mehrerer Minima mit verschiedenen Energien liegt die leichte Magnetisierungsrichtung
meist in der Richtung der kleinsten Kristallenergie.
Die Magnetisierungsvorgänge werden durch das im Inneren der Probe herrschende Feld
Hi = Ha + He
bestimmt. Dabei ist He das Entmagnetisierungsfeld, welches eine
Funktion des äußeren Feldes Ha ist. Im allgemeinen
stimmen Größe und Richtung von Hi und Ha
nicht überein. Somit liegt die resultierende Magnetisierung nicht parallel zu Ha.
Bei einkristallinen Proben spielen folgende Faktoren für den Verlauf der
Magnetisierungskurve eine Rolle: Anzahl der magnetischen Vorzugsachsen, Probenform, mechanische
und magnetische Vorgeschichte, Beweglichkeit der Wände und das Entmagnetisierungsverfahren.
...
Ist das magnetisierende Feld parallel zur Vorzugsachse, erfolgt die Magnetisierung nahezu
ausschließlich durch Wandbewegungen, das heißt, die Kurve verläuft sehr steil;
bei senkrechter Lage des Feldes kommt die Magnetisierung nahezu ausschließlich durch
Drehprozesse zustande und ergibt infolge der hohen Kristallanisotropie eine relativ flache
Hysteresekurve. Durch ein senkrecht zur magnetischen Vorzugsachse wirkendes äußeres
Magnetfeld Ha werden die Magnetisierungsvektoren der einzelnen
Bereiche aus den Vorzugsachsen herausgedreht.
Hi dreht sich mit steigendem Ha so, daß
die dem äußeren Feld nächstgelegenen ausgezeichneten Richtungen zu
Hi symmetrisch liegen. Am Remanenzpunkt ist
Hi = 0. Bei weiter wachsendem Ha
laufen Phasenübergänge ab. Dies erfolgt solange, bis Sättigung erreicht ist.
(Der Begriff Phase charakterisiert hier ein Gebiet, in dem die Magnetisierungsrichtung gleich ist.)
Es verschwindet zuerst die Phase, deren Magnetisierungsrichtung am weitesten von Ha
entfernt ist.
Die Magnetisierungskurven magnetisch einachsiger Kristalle weisen nur 2 Abschnitte auf.
Oberhalb des Knicks der Kurve laufen nur Drehprozesse ab, unterhalb Drehprozesse und Wandverschiebungen
gleichzeitig.
Die Hystereseschleifen von polykristallinen Proben können kein Rechteckverhalten aufweisen.
Magnetisierungsvorgänge laufen teilweise irreversibel ab. So kann es innerhalb einer
Hysteresekurve zu Barkhausensprüngen kommen. Ein Barkhausensprung ist ein irreversibler
Vorgang, der ohne Felderhöhung sprunghaft erfolgt und auf magnetostatische und magnetostriktive
Kopplungen zwischen den Domänenwänden zurückzuführen ist.
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