Μαγνητικά Υλικά Υπεραγωγοί

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ Μαγνητικά Υλικά Υπεραγωγοί ΣΥΝΔΕΣΗ ΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟΥ ΜΕ ΑΛΛΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ Διδάσκων: Καθηγητής Ιωάννης Παναγιωτόπουλος

2 Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς.

3 Σύνδεση Μαγνητικών με άλλες ιδιότητες: Υλικά-Εφαρμογές Μαγνητοοπτικά : στροφή του επίπεδου πόλωσης του φωτός κατά ανάκλαση/διέλευση από μαγνητικό δείγμα Μαγνητοελαστικά Μαγνητοαντίσταση : μεταβολή των διαστάσεων του υλικού κατά την μαγνήτιση / εμφάνιση εξαρτώμενης από τις μηχανικές τάσεις ανισοτροπίας : μεταβολή της ηλεκτρικής αντίστασης του υλικού με επιβολή μαγνητικού πεδίου

4 Μαγνητοοπτικά Φαινόμενα Θ Κ Kerr Θ F Faraday

5 Φαινόμενo Κerr Διαμήκες M M M Εγκάρσιο Πολικό

6 Μικροσκοπία Kerr ΠΟΛΩΤΗΣ +θ Κ ΑΝΑΛΥΤΗΣ -θ Κ

7 Μικροσκοπία Kerr

8 Μαγνητομετρία Kerr θ Kerr Η Υλικό θ Κ (deg) Fe 0.53 CoPd 0.17 FePt 0.39 CoPt 0.36 FeCo 0.60 Ni 0.09 Co 0.36 PtMnSb 1.3 λ=830 nm)

9 Μαγνητο-οπτική Έγγραφη και Ανάγνωση

10 Σιδηριμαγνητική τάξη M M A -M B M Τ Α Β Α Β M M A -M B J AA,J BB,J AB Τ Comp Τ C Τ

11 Είδη Θερμομαγνητικής Εγγραφής M T C RT M K H C M FM PM ΣΗΜΕΙΟΥ CURIE Τ Τ Comp Τ C ΣΗΜΕΙΟΥ ΑΝΤΙΣΤΑΘΜΙΣΗΣ Τ

12 Απαιτήσεις για Υλικά Μαγνητοοπτικής Εγγραφής Μεγάλη γωνία στροφής Kerr θ Κ και υψηλή ανακλαστικότητα Kάθετη ανισοτροπία Χαμηλές θερμοκρασίες Curie ή αντιστάθμισης Συνεκτικό πεδίο 1-3 koe και τετράγωνο βρόχο υστέρησης σε θερμοκρασία δωματίου ώστε να εξασφαλίζεται η σταθερότητα των εγγεγραμμένων στοιχείων πληροφορίας Υψηλή μαγνήτιση κόρου ώστε να σχηματίζονται σταθερότερες και μικρότερες μαγνητικές περιοχές.

13 Υλικά για Μαγνητο-οπτική Εγγραφή Άμορφες διαμεταλλικές ενώσεις σπανίων γαιών στοιχείων μεταπτώσεως TbFe, GdFe, GdTbFe, GdTbCo, TbFeCo Πολυστρωματικά υμένια: Co/Pd, Co/Pt, Gd/Fe, Gd/(FeCo) Tb/Bi/FeCo και Tb/Pb/FeCo Σκληροί Φερρίτες: BaO.6Fe O 3, SrO.6Fe O 3 Γαρνήτες: 3Μ O 3.5(Fe,Ga) O 3 Μ=Y,Bi,Lu,Gd,Dy

14 Μαγνητοελαστικά φαινόμενα (α) Ισοτροπικά μαγνητοελαστικά φαινόμενα Μαγνητοσυστολή όγκου Επίδραση υδροστατική πίεσης στις μαγνητικές ιδιότητες (β) Ανισοτροπικά μαγνητο-ελαστικά φαινόμενα. Μαγνητοσυστολή Villari (γ) φαινόμενα στρέψης Wiedemann Matteuci (δ) πιεζομαγνητισμός Invar Alloy: Fe bal Ni 36 Co 0.5 Si 0.4 Cr 0.5 C 0.05 S Θετική μαγνητική συνεισφορά που καθώς μειώνεται (κοντά στην θερμοκρασία Curie) εξισορροπεί την θερμική διαστολή (Charles Guillaume 1896)

15 Ανισοτροπικά μαγνητο-ελαστικά φαινόμενα Μαγνητοσυστολή Μεταβολή του μήκους του υλικού κατά την μαγνήτιση λ = δl l Μαγνητοελαστική ανισοτροπία Εμφάνιση μαγνητικής ανισοτροπίας σαν αποτέλεσμα εφαρμογής μηχανικών τάσεων

16 Μαγνητοελαστικές ιδιότητες: Μικροσκοπική εξήγηση (Ομογενής στροφή) Θα αποδείξουμε απλή ποσοτική σχέση 3 M 1 λ = λ S MS 3 που συνδέει την μαγνητοσυστολή με την μαγνήτιση υποθέτοντας: Μη Σφαιρική Κατανομή Ηλεκτρονικού «Νέφους» Μονοαξονική συμμετρία και ομογενή στροφή της μαγνήτισης Σαν μήκος αναφοράς θα θεωρήσω αυτό της θερμικά απομαγνητισμένης κατάστασης. φ δ l = l ecos φ

17 Η Η φ Κίνηση Τοιχωμάτων vs Ομογενής Στροφή φ φ λ λ cos 3 1 cos 3 S S M = M = = S S M M λ λ

18 Μαγνητοελαστικές ιδιότητες: Μικροσκοπική εξήγηση 3 cos cos cos 0 e d e e l l Demag = = = π φ φ φ δ = = = 3 1 cos 3 3 cos φ λ λ φ δ δ λ φ S demag e e l l l l e l l l l Demag S S 3 = = δ δ λ φ δ φ ecos l l =

19 Μαγνητοελαστική ανισοτροπία Θετική και αρνητική μαγνητοσυστολή E me = K u sin φ K u = 3 λ S σ σ 0 λ > 0 K < < u 0 σ 0 λ < 0 K > < u 0 σ 0 λ > 0 K > > u 0 σ > u 0 λ < 0 K < 0

20 Μαγνητοσυστολικά Υλικά- Εφαρμογές Sonar Αισθητήρες-ενεργοποιητές (Sensors+Actuators) Μιρκοηλεκτρομηχανικά συστήματα (MEMS) Νι (184 James Joule) 40 ppm Fe,Co 50ppm TbFe λ=+400ppm DyFe λ=+ 15ppm Tb 0.7 Dy 0.73 Fe 1.95 λ=+ 000 ppm (Terfenol-D) SmFe λ=-1500ppm PZT=100 ppm, MHz

21 Είδη Μαγνητοαντίστασης OMR (Συνήθης) Η AMR (Ανισοτροπική) ( H I ) ρ( H I ) ρ // GMR (Γιγαντιαία) FM/Me/FM TMR (Σήραγγος) FM/Ι/FM CMR (Κολοσσιαία) Ταυτόχρονη Μετάβαση M-Ι FM-PM

22 AMR ρ + ρ ρ = + 3 ( ) ρ ρ cos θ 1 3

23 AMR και δομή μαγνητικών περιοχών (α) J ρ ρ // ρ H H J J H (β) J ρ ρ // ρ H H J J H (γ) J ρ ρ // ρ H H J J H

24 GMR Fe,Co,Ni Cr,Cu,Ru Fe,Co,Ni Cr,Cu,Ru Fe,Co,Ni RKKY

25 GMR σε SAF

26 GMR: Μοντέλο δύο καναλιών R = R + R, R = R R R + R

27 GMR: Μοντέλο δύο καναλιών R = R ( β ), R = ( + β ) = R R 0 R + R = R R R 0, R = = R0 1 R + R ( β )

28 Το μοντέλο των δύο καναλιών σπιν: Αγωγιμότητα σε στοιχεία μετάπτωσης. Na=.5 μω cm Cs=.6 μω cm Cu=1.7 μω cm Ag=1.6 μω cm V=0 μω cm Zr=43 μω cm Co= 6 μω cm Νι= 7. μω cm

29 Δομή Ζώνης μετάλλων και ημι-μετάλλων (half-metals) Fe Co CrO Sr FeMoO 6 n P =, n n + n P = J J + J J

30 Τέλος Ενότητας

31 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.

32 Σημειώματα

33 Σημείωμα Ιστορικού Εκδόσεων Έργου Το παρόν έργο αποτελεί την έκδοση 1.0. Έχουν προηγηθεί οι κάτωθι εκδόσεις: Έκδοση 1.0 διαθέσιμη εδώ.

34 Σημείωμα Αναφοράς Copyright Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων, Διδάσκων: Καθηγητής Ιωάννης Παναγιωτόπουλος. «Μαγνητικά Υλικά Υπεραγωγοί. ΣΥΝΔΕΣΗ ΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟΥ ΜΕ ΑΛΛΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ». Έκδοση: 1.0. Ιωάννινα 014. Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση:

35 Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά Δημιουργού - Παρόμοια Διανομή, Διεθνής Έκδοση 4.0 [1] ή μεταγενέστερη. [1]