Материал: Экспериментальные методы исследований. Калинин Ю.Е

Л1 Л2

П

О

электромагн.

Рис. 6.26. Схема установки для измерения меридионального эффекта Керра

Обычно изменения интенсивности отраженного или проходящего света и провзаимодействовавшего с магнитной системой образца малы (порядка нескольких единиц десятых процента), и их уверенное наблюдение можно провести с использованием динамических методик, применяемых в магнитооптике. Суть таких методов состоит в том, что при модуляции намагниченности образца модулируется излучение. Глубина модуляции света R , отнесенная к полной интенсивно-

361

(градусы) — в эффекте Фарадея. Здесь k и c - калибровочные коэффициенты, устанавливающие усиления и преобразования электрического сигнала в различных узлах электронного тракта установки.

Необходимо и важно подчеркнуть, что при использовании динамической методики на два – три порядка возрастает чувствительность установки. Это главное, но не единственное достоинство динамической методики. При использовании динамических методов возникают технические трудности, связанные с нестабильностью и шумами источников питания, проще решаются организационные вопросы, в частности, автоматизации и т.д.

6.6.7. Измерение оптических параметров ферромагнетиков

Выше говорилось о больших возможностях магнитооптических методов измерения магнитных параметров и в исследованиях физических свойств ферромагнитных материалов. Возможности могут быть значительно расширены при совместном использовании магнитооптических и оптических методов. Эти методы в комплексе дают более полную информацию о свойствах сред и являются особенно незаменимыми при исследованиях новых низкоразмерных структур: гранулированных нанокомпозитных ферромагнетиков, многослойных магнитных структур, магнитофотонных кристаллов. Практически только в совместных оптических и магнитооптических исследованиях решается задача восстановления важнейшей энергетической характеристики твердого тела: спектров частотной

362

зависимости диагональных компонент тензора диэлектрической проницаемости ферромагнетика, знание которых позволяет получить информацию о структуре энергетических зон вблизи уровня Ферми.

Оптические методики оптических постоянных ферромагнетика n( ), k( ) и последующего расчета диагональ-

ных компонент тензора диэлектрической проницаемости используют оптическую эллипсометрию, т.е. метод, основанный на исследовании состояния поляризации провзаимодействовавшей с веществом поляризованной световой волны. На рис. 6.27 приведена принципиальная схема эллипсометрической установки. Хорошо коллимированный системой линз Л монохроматический (монохроматор М) луч света от источника света S пропускается через автоматически управляемые поляризатор П и анализатор А. Далее излучение проходит через объект исследования О и собирается на фотодетекторе Д. Электронная схема К, снабженная селективным микровольтметром, цифровыми анализаторами и компьютером, регистрирует и обрабатывает по соответствующим программам сигнал изменения состояния поляризации. На экране дисплея и на графопостроителе отображаются полные сведения о частотной зависимости

363

1( h ) и 2( h ) исследуемого ферромагнетика. Путем со-

вместного использования этих данных и данных двух магнитооптических эффектов или данных одного магнитооптического эффекта для двух углов падения света решается задача нахождения их действительной и мнимой частей недиагональной компоненты тензора диэлектрической проницаемости. Одновременно определяется и строится спектр частотной зависимости оптической проводимости ферромагнетика ( ) 2nk .

6.7. Основные методы измерения магнитострикции

Явление магнитострикции состоит в том, что ферро - магнитные тела при намагничивании изменяют свои размеры и форму, удлиняясь в одних направлениях и укорачиваясь в других.

Изучению магнитострикции уделяется большое внимание не только потому, что она представляет теоретический интерес. Магнитострикционные свойства находят применение в технике. В настоящее время ферромагнитные материалы используются для магнитострикционных генераторов и приемников ультразвука, магнитострикционных стабилизаторов частоты и т. д.

В ферромагнитных металлах возможны два вида магнитострикции, обусловленные обменными и магнитными силами в решетке: линейная и спонтанная. Спонтанная магнитострикция возникает при переходе вещества из парамагнитного в ферромагнитное состояние ниже точки Кюри. Линейная магнитострикция связана с искажением кристаллической решетки под действием внешнего поля.

Линейную магнитострикцию оценивают значением относительной деформации образца в направлении магнитного поля

364

Численное значение коэффициента магнитострикции зависит от типа структуры, кристаллографического направления, напряженности магнитного поля и температуры. При этом линейная магнитострикция может быть как положительной, так и отрицательной, т.е. размеры образца в направлении поля при намагничивании могут как увеличиваться, так и уменьшаться. Относительную магнитострикционную деформацию, возникаю-щую в насыщающем магнитном поле, называют константой магнитост-

рикции S.

Для измерения магнитострикции применяют различные методы, основными из которых являются тензометрический, интерференционный, емкостный и др. Рассмотрим некоторые из них.

6.7.1. Тензометрический метод измерения магнитострикции

Тензометрический метод измерения магнитострикции основан на применении специальных датчиков, изменяющих величину электрического сопротивления при деформации. Проволочный тензометр изготовляют из тонкой проволоки диаметром 15—25 мк из материала, который имеет большое омическое сопротивление (нихром, константан и др.). Датчик может быть выполнен или в форме решетки с несколькими петлями, или в виде одной проволоки в зависимости от размеров и формы образца. При размерах решетки от 5 х 3 до 150 x 160 мм2 сопротивление датчика колеблется от 100 до 300 Ом. Для изготовления датчика берут полоску тонкой бумаги, на которую наклеивают проволоку в форме решетки. Для таких датчиков обычно применяют тонкую бумагу, обладающую хорошими изоляционными свойствами и легко проклеивающуюся. Клей, применяемый для изготовления тензометров, должен быть хорошим изолятором, при этом его свойства не должны изменяться со временем. Для этих целей применяется клей типа БФ, карбинальный клей с добавкой катализатора, целлюлозно-ацетоновый.

365