Анализ комплексности магнитной доменной структуры объемных образцов высоко- и низкоанизотропных соединений
А.И. Синкевич, С.Д. Сметанникова
ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.161
Оригинальная статья
Аннотация: Для объемных образцов одноосных кристаллов с известными структурными и магнитными характеристиками, существует возможность предсказать конфигурацию магнитной доменной структуры и геометрические размеры ее элементов. Однако подобная оценка содержит информацию лишь об итоговой структуре на базисной плоскости образца, при этом особенности ее формирования не рассматриваются. В работе предложен анализ комплексности доменной структуры объемных образцов высоко- и низкоанизотропных соединений на основе исследования полей рассеяния доменной структуры, а также в рамках методов фрактальной геометрии. Проведенный анализ позволил оценить степень усложнения доменной структуры в процессе ее формирования от основных глубинных доменов до поверхностной структуры на базисной плоскости кристалла. Дополнительно, на основе пространственного распределения сигнала зонда сканирующего зондового микроскопа над поверхностью образца проведен фрактальный анализ самих полей рассеяния доменной структуры. В результате сопоставления полученных данных для высоко- и низкоанизотропных соединений показано, что объекты с качественно разными конфигурациями доменной структуры, но схожими закономерностями их формирования, обладают близкими значениями статистических параметров комплексности структуры, в то время как для объектов с более простой структурой и меньшим числом вложений значения этих параметров снижены.
Ключевые слова: магнитная доменная структура, магнитно-силовая микроскопия, поля рассеяния, фрактальная размерность
- Синкевич Артем Игоревич – старший преподаватель кафедры физики конденсированного состояния, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
- Сметанникова Софья Дмитриевна – студент 2 курса, физико-технический факультет, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
Ссылка для цитирования:
Синкевич, А.И. Анализ комплексности магнитной доменной структуры объемных образцов высоко- и низкоанизотропных соединений / А.И. Синкевич, С.Д. Сметанникова // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2025. - Вып. 17. - С. 161-171. DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.161. ⎘
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Hubert, A. Magnetic domains: the analysis of magnetic microstructures / A. Hubert, R. Schäfer. – Springer Science & Business Media, Berlin, 1998. – 696 p. DOI: 10.1007/978-3-540-85054-0.
2. Coey, M. Handbook of magnetism and magnetic materials / M. Coey, S. Parkin. – Cham: Springer, 2021. – 1716 p. DOI: 10.1007/978-3-030-63210-6.
3. Kittel, C. Theory of the structure of ferromagnetic domains in films and small particles / C. Kittel // Physical Review. – 1946. – V. 70. – I. 11-12. – P. 965-971. DOI: 10.1103/PhysRev.70.965.
4. Teodorescu, C.M. Kittel’s model for ferromagnetic domains, revised and completed, including the derivation of the magnetic hysteresis / C.M. Teodorescu // Results in Physics. − 2023. − V. 46. − Art. № 106287. − 17 p. DOI: j.rinp.2023.106287.
5. Bodenberger, R. Zur Bestimmung der Blochwandenergie von einachsigen Ferromagneten / R. Bodenberger, A. Hubert // physica status solidi (a). − 1977. − V. 44. − I. 1. − P. K7-K11. DOI: 10.1002/pssa.2210440146.
6. Buschow, K.H.J. New permanent magnet materials / K.H.J. Buschow // Materials Science Reports. – 1986. – V. 1. – I. 1. – P. 1-63. DOI: 10.1016/0920-2307(86)90003-4.
7. Sinkevich, A.I. Domain structure of Y2(FexCo1-x)17 compounds and their hydrides: qualitative and quantitative analysis / A.I. Sinkevich, S.D. Smetannikova, E.M. Semenova et al. // Crystallography Reports. – 2024. – V. 69. – S. 1. – P. S52-S60. DOI: 10.1134/S1063774525600048.
8. Kazakova, O. Frontiers of magnetic force microscopy / O. Kazakova, R. Puttock, C. Barton et al. // Journal of Applied Physics. – 2019. – V. 125. – I. 6. – P. 060901-1-060901-28. DOI: 10.1063/1.5050712.
9. Bi, C. Stabilization of parameter estimates from multiexponential decay through extension into higher dimensions / C. Bi, K. Fishbein, M. Bouhrara, R.G. Spencer // Scientific Reports. – 2022. – V. 12. – Art. № 5773. – 16 p. DOI: 10.1038/s41598-022-08638-7.
10. Han, B.S. Fractal study of magnetic domain patterns / B.S. Han, D Li, D.J. Zheng, Y. Zhou // Physical Review B. – 2002. – V. 66. – I. 1. – Art. № 014433. – 5 p. DOI: 10.1103/PhysRevB.66.014433.
11. Kim, D.H. Correlation between fractal dimension and reversal behavior of magnetic domain in Co/Pd nanomultilayers / D.H. Kim, Y.C. Cho, S.B. Choe, S.C. Shin // Applied Physics Letters. – 2003. – V. 82. – I. 21. – P. 3698-3700. DOI: 10.1063/1.1578185.
12. Kim, D.H. Fractal analysis of time‐resolved magnetic domain patterns in Co/Pd multilayer with varying number of repeats / D.H. Kim, Y.C. Cho, S.B. Choe, S.C. Shin // Physica Status Solidi (b). – 2004. – V. 241. – I. 7. – P. 1669-1672. DOI: 10.1002/pssb.200304608.
13. Xing, Y. Correlation between anisotropic fractal dimension of fracture surface and coercivity for Nd-Fe-B permanent magnets / Y. Xing, Q. Sun, M. Zhu, J. Bai, Q. Wang // Journal of Materials Research and Technology. – 2021. – V. 15. – P. 745-753. DOI: 10.1016/j.jmrt.2021.08.073.
14. Lee, K.S. Fractal dimension of magnetic domain walls in CoFe/Pt multilayers / K.S. Lee, D.H. Kim, S.B. Choe // Journal of Magnetics. – 2010. – V. 15. – I. 3. – P. 99-102. DOI: 10.4283/JMAG.2010.15.3.099.
15. Гусева, А.М. Анализ параметров доменной структуры монокристаллов RFe11Ti (R = Y, Gd, Ho, Er) по данным магнитно-силовой микроскопии / А.М. Гусева, А.И. Синкевич, С.Д. Сметанникова, Е.М. Семенова, Ю.Г. Пастушенков // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2024. – Вып. 16. – С. 85-95. DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.085.
16. Зигерт, А.Д. Фрактальный анализ лабиринтной доменной структуры феррит-гранатовых пленок в процессе перемагничивания / А.Д. Зигерт, Г.Г. Дунаева, Н.Ю. Сдобняков // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2021. – Вып. 13. – С. 134-145. DOI: 10.26456/pcascnn/2021.13.134.
17. Semenova, E.M. Fractal geometry of the nano- and magnetic domain structures of Sm-Co-Cu-Fe ferromagnetic alloy in a high coercive state / E.M. Semenova, D.V. Ivanov, M.B. Lyakhova et al. // Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. – 2021. – V. 85. – I. 9. – P. 955-958. DOI: 10.3103/S1062873821090252.
18. Semenova, E.M. A comparative analysis of magnetic properties and microstructure of high coercivity Sm(CoCuFe)5 quasi-binary alloys in the framework of fractal geometry / E.M. Semenova, M.B. Lyakhova, Yu.V. Kuznetsova et al.// Journal of Physics: Conference Series. – 2020. – V. 1658. – Art. № 012050. – 6 p. DOI: 10.1088/1742-6596/1658/1/012050.
19. Mikheev, S.A. Fractal properties of the Nd100-xFex alloys surface in the fractal thermodynamics model / S.A. Mikheev, E.M. Semenova, Yu.G. Pastushenkov, V.P. Tsvetkov, I.V. Tsvetkov // Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. – 2024. – V. 18. – I. 2. – P. 354-360. DOI: 10.1134/S1027451024020113.
20. Zigert, A.D. Fractal analysis of magneto-optical visualization of the remagnetization of a permanent magnet in a pulsed field / A.D. Zigert, N.B. Kuz’min, N.Yu. Sdobnyakov et al. // Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. – 2023. – V. 87. – I. 10. – P. 1421-1424. DOI: 10.3103/S1062873823703422.
21. Otsu, N. A threshold selection method from gray-level histograms / N. Otsu // IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics. – 1979. – V. 9. – I. 1. – P. 62-66. DOI: 10.1109/TSMC.1979.4310076.
22. Li, J. An improved box-counting method for image fractal dimension estimation / J. Li, Q. Du, C. Sun // Pattern Recognition. – 2009. – V. 42. – I. 11. – P. 2460-2469. DOI: 10.1016/j.patcog.2009.03.001.