Szuperparamágneses klaszterek kölcsönhatása = Interaction of superparamagnetic clusters

A szuperparamágneses klaszterek kölcsönhatásait két különböző típusú modellrendszerben tanulmányoztuk: olvadékból gyorshűtéssel előállított amorf szalagok részleges kikristályosításával létrehozott ún. nanokristályos anyagokban, valamint vákuumpárologtatással vagy molekulasugaras epitaxiával készített ún. granuláris multirétegekben. Az előbbi csoportba tartozó ún. Nanoperm-típusú nanokristályos ötvözetekben (FeZrBCu) feltártuk az anyag mágneses szerkezetét: 10-15 nm-es, néhány százalék beoldott bórt tartalmazó bcc-Fe szemcséket szobahőmérséklet körüli Curie hőmérsékletű (TC), amorf mátrix vesz körül [4,6]. A nanokristályos szemcsék TC fölött szuperparamágneses viselkedést mutatnak, melyet a külső mágneses tér jelentősen befolyásol. A fentihez hasonló mágneses szerkezetet vizsgáltunk egy ún. Hitperm-típusú nanokristályos ötvözetben (FeMnCoNbBCu) is [7]. A szuperparamágneses klaszterek kölcsönhatását részletesen a szintén az első csoportba tartozó, ún. Finemet-típusú nanokristályos ötvözetekben (FeCrNbSiBCu, FeCrMoBCu) tanulmányoztuk [2,3,8,12]. A TC fölötti szuperparamágneses viselkedést egy, a klaszterek között dipoláris kölcsönhatást figyelembe vevő modell segítségével értelmeztük. A szuperparamágneses relaxációt Fe/Ag granuláris multirétegekben is vizsgáltuk [5,9,11]. Többek között megállapítottuk, hogy a klaszterméretet kialakító folyamatot a szomszédos rétegek szerkezete, azok mágneses kölcsönhatásai nem befolyásolják. | We have studied the interactions between superparamagnetic clusters in two different types of model system: (i) in nanocrystalline materials prepared by partial crystallization of amorphous ribbons fabricated by rapid quenching from the melt and (ii) in granular multilayers prepared by vacuum evaporation or molecular beam epitaxy. In the Nanoperm-type nanocrystalline alloys (FeZrBCu) belonging to the former group we have revealed the magnetic structure of the material: bcc-Fe grains of the size of 10 to 15 nm containing a few percent of dissolved B are embedded in an amorphous matrix with a Curie temperature (TC) around room temperature [4,6]. Above TC the nanocrystalline grains show superparamagnetic behaviour, which is significantly influenced by an external magnetic field. We have investigated a similar magnetic structure in a Hitperm-type nanocrystalline alloy (FeMnCoNbBCu) [7]. We have studied the interaction between superparamagnetic clusters in detail in the Finemet-type nanocrystalline alloys (FeCrNbSiBCu, FeCrMoB) also belonging to the first group [2,3,8,12]. We have explained the superparamagnetic behaviour above TC with the help of a model taking into account the dipolar interaction between the clusters. We have studied the superparamagnetic relaxation also in Fe/Ag granular multilayers [5,9,11]. Among others we have shown that the cluster-forming process is not influenced by the structure of the neighbouring layers and by the magnetic interactions between them

Szuperferromágnesség nanoszerkezetekben = Superferromagnetism in nanostructures

Izolált, nem-kölcsönható mágneses részecskék szuperparamágneses viselkedést mutatnak akkor, amikor a termikus energia meghaladja a részecske mágneses anizotrópia energiáját, azaz az un. blocking hőmérséklet felett. A részecskék koncentrációjának, azaz kölcsönhatásának növelésével komplex mágneses állapotok jönnek létre, amelyek a spinüveg állapottól az un. ""szuperferromágneses"" állapotig terjednek. Utóbbi a részecskék közötti erős kölcsönhatás okozta mágneses momentum rendeződés. Külső mágneses tér jelentősen megváltoztatja a minta mágneses állapotát és kutatásaink célja a mágnesesen korrelált állapotok tanulmányozása a mágneses szemcsék méretének és pakolási sűrűségének függvényében. Igen vékony (1 nm körüli illetve vékonyabb) Fe/Al és Fe/Ag multirétegeket, nem-stöichimetrikus Fe0.5+xAl0.5-x (x=0-0.1) ötvözetek mechanikai őrlésével előállított porokat és részben kristályosított, különböző elemekkel (Cr, Co, stb.) hígitott FeZrCuB amorf ötvözetek Fe-Co szemcséinek mágneses viselkedését tanulmányoztuk. Mössbauer méréseket végeztünk a szobahőmérsékletű 6 kG elektromágneses mérések mellett 4.2 - 300 K között 7 T külső mágneses térig, a mágneses mérésekre pedig egy 5 T-ás SQUID magnetométert használtunk. | The superparamagnetic behaviour of isolated (non-interacting) magnetic particles is well known in the case when the thermal energy exceeds the magnetic anisotropy energy (i.e. when the temperature is higher than the so-called blocking temperature). As the volume fraction of the particles increases the interaction among the particles is enhanced which results in complex magnetic structures spanning from the spin glass behaviour to superferromagnetism. The latter is the ordering of the particle magnetic moments caused by the strong interaction of the particles. The aim of the present research is to study the correlated magnetic states as a function of the size and packing fraction of the magnetic particles. Ultra-thin Fe/Al and Fe/Ag multilayers, ball-milled off-stoichiometric Fe0.5+xAl0.5-x (x=0-0.1) alloys and partially crystallized amorphous FeZrBCu alloys diluted by Cr, Co, etc. were the investigated systems. Mössbauer measurements between 4.2 and 300 K and up to 7 T external magnetic fields, further measurements in a 6 kG electromagnet at 300 K and SQUID magnetic measurement were performed

Multiréteg struktúrák mágneses tulajdonságai = Magnetic properties of multilayer structures

A nanométeres skálájú szerkezet, a határfelületi keveredés és a mágneses tulajdonságok kapcsolatát tanulmányoztuk Fe-Al és Fe-Ag multirétegekben és nano-kompozitokban. Az ultravékony rétegvastagságú Fe-Al multirétegekben tapasztalt szokatlanul nagy mágneses anizotrópiát a két monoréteg vastagságú Fe tartományoknak tulajdonítottuk, miután ezek megjelenését az alacsony hőmérsékleten mért Fe hiperfinom terek alapján kimutattuk. A szuperparamágneses tulajdonságok alapján meghatároztuk a nem-folytonos Fe rétegű Fe-Ag multirétegekben található Fe szemcsék méretét. A tömbi mágnesség mérések és a lokális jellegű Mössbauer spektroszkópia hasonló eredményeket adott és ezekből arra következtettünk, hogy a Fe szemcsemérete csökken az Ag elválasztó réteg vastagságának növekedésével. Bizonyos szemcseméret alatt egy közel merőleges mágneses anizotrópiát tapasztaltunk, amiről megmutattuk, hogy független az olyan mechanikai feszültségektől, amely a hőtágulásból vagy fedőréteg alkalmazásából származik. A komponensek együttes párologtatásával készített Fe-Ag granuláris ötvözetek esetén azt találtuk, hogy a Fe szemcsék mérete ugyancsak a nanométeres tartományba esik, de merőleges mágneses anizotrópiát nem tapasztaltunk. Több mint két komponensű multirétegek esetén bevezettük a szekvencia permutált multirétegek gondolatát és alkalmaztuk arra, hogy a Fe réteg felső (Fe/B) és alsó (B/Fe) határrétegét vizsgáljuk Ag/Fe/B és Ag/B/Fe szekvencia permutált multiréteg párokban. | The connection between the nanoscale structure, the interface mixing and the magnetic properties were studied in Fe-Al and Fe-Ag multilayers and nanoscale composites. The unusually large magnetic anisotropy of ultrathin Fe-Al multilayers has been related to two monolayer thick Fe regions deduced from the low temperature Fe hyperfine fields. The size of Fe grains in Fe-Ag multilayers with discontinuous Fe layers could be determined from the superparamagnetic properties. Bulk magnetization and local Mössbauer spectroscopy measurements gave similar results and the decrease of the grain size with increasing Ag spacer thickness was deduced. Below certain grain-size a close to perpendicular magnetic anisotropy was observed, which was shown to be independent of mechanical stresses arising from heat dilatation or application of cover layer. Fe-Ag granular alloys prepared by co-evaporation of the components were found to contain Fe grains also in the nano-size range, but no perpendicular magnetic anisotropy could be observed. The notion of sequence permutated multilayers with more than two components was introduced and applied to investigate the top (Fe/B) and bottom (B/Fe) interfaces of Fe with B in Ag/Fe/B- and Ag/B/Fe sequence permutated multilayer pairs. The results show that both interfaces are amorphous, but B concentration of the top interface is higher