Современные микроустройства и микроэлектромеханические системы (МЭМС) все чаще используют линейные периодические магнитные структуры. Простейшим примером может служить привод, где ферромагнитный сердечник смещается в периодическом магнитном поле. Для создания таких магнитных элементов на микроуровне перспективными материалами являются сплавы на основе редкоземельных металлов, переходных металлов и бора, в частности, семейство Nd-Fe-B. Изменяя химический состав этих сплавов, можно тонко настраивать их магнитные свойства.

Однако, когда дело доходит до микромасштабов, фазообразование в микропроводах происходит иначе, чем в массивных материалах. Это может приводить к появлению необычных магнитных состояний. В представленном исследовании ученые сосредоточили свое внимание на микропроводах PrDyFeCoB, изучая, как точный контроль химических элементов, фазовый состав и термическое воздействие влияют на их доменную структуру. Целью работы было понять связь между структурой и магнитными свойствами, в частности, радиальными магнитными доменами и распределением их магнитного поля.

Магнитные микрогребни, являющиеся основой многих микроробототехнических и МЭМС-приложений, обычно представляют собой искусственные периодические магнитные структуры. В данной работе предложен новый подход, основанный на использовании микропроводов, где периодичность намагниченности достигается за счет естественного чередования магнитных доменов. Исследования показали наличие квазипериодической радиальной намагниченности в микропроводах PrDyFeCoB, а также зависимость магнитного рельефа от температуры и внешнего магнитного поля.

Тщательный анализ химического, фазового и структурного состава микропроводов позволил определить условия, необходимые для формирования периодического магнитного рельефа. Было обнаружено, что отжиг изменяет как магнитные свойства, так и структуру микропроводов, которые изначально были аморфными. Кристаллическая структура включений, обогащенных железом и кобальтом, оказалась кубической, в то время как основная часть микропровода имела тетрагональную структуру. Также был выявлен интересный эффект лазерной стимуляции, приводящей к аморфизации поверхности микропровода. Более того, лазерный импульс определенной мощности может частично восстанавливать аморфную структуру в поликристаллических микропроводах.

Эти результаты открывают новые перспективы в создании и управлении магнитными микроструктурами, которые могут быть использованы в различных областях – от микроробототехники до МЭМС и магнитных анализаторов.

В работе принимали участие: Елизавета Дворецкая, Роман Моргунов – Группа магнитных и спиновых логических процессов и устройств

при участии:

• Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова, Москва
• Российский квантовый центр, Сколково, Москва
• Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта, Калининград
• Центр фотоники и 2D-материалов, Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), Долгопрудный

Dvoretskaya E., Morgunov R., Savin V., Chernov A. // Laser and thermal control over structure and magnetic properties of PrDy-FeCo-B microwires. //Journal of Magnetism and Magnetic Materials, V.610, p.172574, 15 November 2024 Q-2, IF = 2,5

https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2024.172574