Вход

Магнитооптическое исследование поверхности

Реферат по физике
Дата добавления: 05 мая 2000
Язык реферата: Русский
Word, rtf, 108 кб
Реферат можно скачать бесплатно
Скачать
Данная работа не подходит - план Б:
Создаете заказ
Выбираете исполнителя
Готовый результат
Исполнители предлагают свои условия
Автор работает
Заказать
Не подходит данная работа?
Вы можете заказать написание любой учебной работы на любую тему.
Заказать новую работу
2ВВЕДЕНИЕ В данной работе обсуждается конкретно е применение автоматизиро- ванной системы в реальном научном ис следовании - магнитооптическом исследовании структуры доменных границ фе рритов-гранатов. Монокристаллические пленки ферритов-гранатов с осью легкого на- магничивания , расположенной перпендикуляр но поверхности , в настоящее время широко используются в системах магнитной записи информации на цилиндрических магнитных доменах . Быстродейст вие и надежность этих устройств во многом зависят от динам ических свойств цилиндрических магнитных доме нов , возможности управл ения их движением , что определя- ется , в основном , структурой доменных границ . Исследования доменных границ материалов с цилиндрическими магн итными доменами дали очень много важных теоретических и эксперимент альных результа тов , которые существенно улучшили понимание физики дом енных границ . Важнейшим из них является открытие структурных элемен тов доменных границ : верти- кальных и горизонтальных блоховских линий , и определение их влияния на динамику доменных границ . Успехи в изучении микроструктуры доменных границ , достигнутые в последние два д есятилетия , позволили выдвинуть идею использования для кодировки информа ции не цилиндрические магнит- ные домены , а находящиеся внутри доме нных границ гораздо меньшие мик- р ообъекты - вертикальные блоховские ли нии . Огромное значение этой идеи заключается в возможности повышения на несколько порядков емкости до- менных запоминающих устройств при исполь зовании отработанной техноло- гии , применяемой при изготовлении запомин аю щих устройств на цилиндри- ческих магнитных доменах. Для получения субмикронных цилиндрических магнитных доменов при- меняют пленки толщиной 7` 0 1 мкм ; роль по верхности в формировании струк- туры доменных границ и ее свойств при этом возрастает , чт о стимулирует - 2 - исследования структуры и динамических сво йств доменных границ в припо- верхностных областях. Наиболее эффективным методом исследования локальных магнитных ха- рактеристик на поверхности ферромагни тного образца является магнитооп- тический метод микронного разрешения , кот орый широко используется для изучения отдельных доменов , доменных гран иц , их структуры . Возможности применения магнитооптических методов тесно связаны со степенью изучен- ности соо тветствующих магнитооптических эффектов , уровнем эксперимен- тальной техники , совершенством методики и сследования. Целью научной работы было исследовани е структуры доменных границ ферритов-гранатов на поверхности образца с помощью магнитооптически х эффектов Фарадея и Керра , изучение пр оцессов намагничевания доменных границ ; дальнейшее экспериментальное и те оретическое развитие динами- ческой методики исследования доменных гра ниц. 2ПОСТРОЕНИЕ АСНИ Рассмотрим ко нфигурацию нашей АСН И (рис . 1): -1 1рис . 1 . - 3 - Об ЭВМ , устройстве связи и измерит ельной аппаратуре см . "Состав- ные части АСНИ ", п .II. Приводится схема упрощенн ой экспе риментальной установки на основе магнитооптического микромагнетометра (используетс я только экваториаль- ный магнитооптический эффект Керра ). Сущно сть явления , изучаемого в эксперименте : при изменении величины магн итного поля , приложенного к по верхности объекта , меняется коэффиц иент отражения поверхности. -2 1рис . 2 Луч света от источника 1 (в качестве источника - галогенная лампа в кварцевом стекле ), проходя через кол лиматор 2, попадает в контроль- ный анализатор интенсивности 3 (фотоэлемент , пропускающий большую часть светового потока дальше ), который нужен для поддержания постоян- ной светимости источника (малейшее отклон ение от контрольного уровня приведет к большим погрешностям в результатах ); сигнал от контрольного анализатора интенсивности идет на вход АЦП ; при изменении показателя анализатора управляющая программа (см . "С оставные части АСНИ ", п .III.2) через ЦАП изменяет светимость ист очника , добиваясь строго . - 4 - постоянной светимости ; т . о . в АСНИ осуществляется обратная связь. После анализатора 3 луч , проходя через светофильтр 4 и поляризатор 5, попадает в микроскоп 6 (для удобства на рис . 2 показан лишь объектив микр оскопа ); в фокальной плоскости объектива расположен объект иссле- дования 7, к которому приложено магнитное поле B; величина B меняется экспериментатором через ЦАП . И наконец , луч попадает в фотоэлемент 8, сигнал с которого идет на вход АЦ П ; чем больше коэффициент отражения поверхности 7, тем больший фототок возникае т в фотоэлементе 8. Подлож- ка 9 фотоэлемента соединена с шаговым двигателем , который смещает фо- тоэлемент в плоскости , параллельной повер хности исследуемого объекта. Использование микро скопа позволяет пр и шаге двигателя 7` 0 1 мм добиться шага сканирования поверхности объекта пор ядка длины волны. Для каждой точки поверхности изучаетс я зависимость фототока i от величины магнитной индукции B (рис . 3). -3 0 Т.к . изменение коэффициента отра- жения весьма незначительно (отношен ие 7D 0i к среднему значению i 40 0составляет 7` 10 5-3 0, т.е . масштаб на ри с . 3 д ля удобс- тва не соблюден ), то любые , с амые незна- чительные шумы оказывают огромное влия- ние на единичное измерение ; поэ тому в 1рис . 3 0 АСНИ применена первичн ая статистическая обработка данных - т.к . шумы есть слу- чайный процесс , то после большого числ а суммирований отдельных измере- ний они пропадут . Количество измерений в серии определяется пог реш- ностью , задаваемой экспериментатором (как только экспериментальная кривая в пределах вышеупомянутой погрешн ости совпадет с "теоретичес- кой " кривой , вид которой также задаетс я экспериментатором , шаговый двигатель смещается на следующую точку ). . - 5 - Зависимость 7D 0i от B представляет собой петлю гистерезиса (рис .4): -4 0 Значит , мы можем определить та- кие величины , как коэрцитив ная сила, намагниченность насыщения , остаточная намагниченность . Эти параметры опр е- деляют магнитные характеристики п о- верхности образца . Результаты удобно представить в виде трехмерного графи- 1рис . 4 0 ка зависимости коэрцитивной силы или намагниченности насыщения от коорд и- н ат поверхности x,y. В реальной рабо те это не делалось из-за недоста- точной мощности вычислительной техники (д ля каждой точки поверхности необходимо записать и обработать большое количество серий , каждая из которых состоит из 7` 01000 измерений , а та ких точек поверхности - огром- ное число ). В настоящее время , используя мощную ЭВМ , можно значительно уско- рить процесс накопления , обработки и представления данных ; сам экспе- римент займет меньше времени , т.к . пере д переходом к следующей точке система ожидает , пока ЭВМ запишет полу ченные данные и проведет их пер- вичную обработку. Результатом данного эксперимента является так называемый магнит- ный портрет поверхности. Следует отметить , что научная работа состояла из множества раз- л ичных экспериментов , но применение АСНИ позволило типизировать обра- ботку данных в каждом из них ; АСНИ без существенных изменений была применена также в экспериментах с ис пользованием магнитооптического эффекта Фарадея и меридианного эффекта Керра. Результаты , полученные в данной работе с использованием АСНИ , су- щественно расширили представления о стру ктуре доменных границ на по- - 6 - верхности образца , процессах их намагничи вания ; они могут быть исполь- зованы для развития теории доменных г раниц , а также при решении задач, связанных с разработкой устройств для сверхплотной записи информации. 2ПРОВЕРКА АСНИ Теперь покажем , что вышеописанная авто матизация есть не что ино е, как АСНИ . Покажем , что все составные части и принципы построения АСНИ соответствуют нашей системе автоматизации. 3Составные части АСНИ. 2I. Научно-методическое обеспечение. 11. Теоретические исследования и методики : отражены в литературе [1]-[3]. 12. Алгоритм проведения эксперимента : см . выше. 13. Обработка и представление экспериментал ьных данных : обработка данных - см . п .III.2.в )г ); представление данных - см . выше. 2II. Т ехническое обеспечение : 11. ЭВМ : использовалась IBM AT 286 (т . к . эксперимент пр оводился в 1988 г ., то персональных лучше этого просто не было , а использовать большие машины с общим доступом было нецелесооб- разно ). В настоящее время целесообразно испо льзовать машину с более высокой производительностью , т . к . обр аботка больших массивов - 7 - и вывод результата в виде трехмер ного графика требует больших мощностей ; лучше всего подойдет персо нальный компьютер на базе процессора Pentium. 12. Измерительная аппаратура : см . выше. 13. Устройство связи с объектом : для связи с экспериментальной устано вкой испо льзовалась плата DAS-16 (Data Acquisition Board) с 12-битным преобразователем производства Keithley Metrabyte Corporation; на плате интегри- рованы как цифро-аналоговый , так и аналого-цифровой преобразо- ватели , что позв оляет использоват ь ее как универсальное уст- ройство связи . Надо сказать , что в настоящее время в качестве устройства связи весьма выгодно испо льзовать любую из звуковых плат (SoundBlaster), т.к . в них также интегрир ованы как ЦАП, так и АЦП , а относительная дешеви зна таких плат делает их наи- более пригодными для подобных экспер иментов. 2III. Програмное обеспечение. 11. Системное : в данном случае не представляет и нтереса , т . к. операционная с истема может быть любой (в нашей АСНИ - MS-DOS), сложный интерфейс не нужен ; 12. Проблемное : а ) управление объектом, б ) сбор информации, в ) первичная обработка, все эти функции выполняла программа , написанная н а языке BASIC (выбор языка обусловлен тем , что п рограмное обеспечение платы DAS-16 поставлялось в виде библиотек и программ на BASIC'е ); . - 8 - г ) основная обработка - в реальной работе не проводила сь за отсутствием вычисли- тельных мощностей ; сегодня же можно к вышеописанному пакету подключить ПО для более частных задач. Наша система построена с использовани ем наиболее важных основопо- лагающих принципов п остроения классич еской АСНИ. 3Принципы построения АСНИ. 21. Комплексность : построение нашей системы обеспечивает возможность применения АСНИ на различных этапах исследований. 22. Многоуровневая организация : 1а ) объект ный уровень - управление экспериментальной установкой , регистрация данных , их оперативная обработка , накопление ; 1б ) инструментальный уровень - подключение новых вычислительных мощносте й и нового ПО ; все это присутствует в нашей с истеме ; 23. Расширяемость : 1а ) развитие АСНИ в направлении бол ее широкого применения - общий магнитный портрет поверхности , общее исследование свойств доменных границ ; 1б ) увеличение количества пользователей 0 - на мощный компь ютер можно без проблем установить несколько плат типа DAS-16, а установленная на таком к омпьютере мультизадачная операционная система позволит нескольким пользователям одновре- менно осуществлять различные эксперименты . . - 9 - 24. Адаптируемость : наша система легко модернизируется с учетом конкретных особенностей исследовательской задачи. 25. Типизация инженерных решений при созд ании АСНИ : 0 все использованные при создании систе мы компоненты являются типич- ными для исследований в данной обл асти ; единственный уникум - экс- периментальная установка со сканирующим устройством. Т.о . наша система , как и любая А СНИ , осуществляет 1) сбор измерительной информации ; 2) вывод управляющей и нформации в экспериментальную установку ; 3) хранение и обработку информации. ш 1.5 ЛИТЕРАТУРА 1. Папорков В.А . Магнитооптическое исследовани е структуры доменных гра- ниц ферритов-гранатов : Автореф . дис . ... ка нд . физ .-мат . наук . - М ., 1990. - 20 с. 2. Кринчик Г.С ., Чепурова Е.Е ., Папорков В.А . Магнитооптическое иссле- дование структуры доменных границ в ферритах-гранатах . - М ., 1990. - 52 с. 3. Кринчик Г.С ., Бенидзе О.М . Магнитооптичес кое исследование магнит ных структур при микронном разрешении . - ЖЭ ТФ , 1974, т .67, № 6(12), С .2180-2194. 4. Автоматизированные системы научных исслед ований . Принципы построе- ния . / Сост . Фомичев Н.И . - Ярославль : Яр ГУ , 1997. - 11 с. 5. Автоматизированные системы на учных исследований . Техническое обес- печение . / Сост . Фомичев Н.И . - Ярославль : ЯрГУ , 1997. - 17 с. 6. Автоматизированные системы научных исслед ований . Програмное обеспе- чение . / Сост . Фомичев Н.И . - Ярославль : ЯрГУ , 1997. - 15 с.
© Рефератбанк, 2002 - 2018