Titelaufnahme

Titel
Magnetic and magnetoelastic properties of cobalt ferrite / von Martin Kriegisch
VerfasserKriegisch, Martin
Begutachter / BegutachterinGrössinger, Roland ; Rotter, Martin
Erschienen2012
UmfangV, 136 Bl. : Ill., zahlr. graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Diss., 2012
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Kobaltferrit / Magnetostriktion / Magnetische Anisotropie / Anisotropie / Magnetismus / FOMP / Magnetit
Schlagwörter (EN)cobalt ferrite / magnetostriction / magnetic anisotropy / anisotropy / magnetism / FOMP / magnetite
Schlagwörter (GND)Cobaltverbindungen / Ferrite / Magnetische Anisotropie / Magnetostriktion / Cobaltverbindungen / Ferrite / Magnetische Eigenschaft
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-49979 Persistent Identifier (URN)
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Magnetic and magnetoelastic properties of cobalt ferrite [4.18 mb]
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Kobaltferrit (CoFe2O4) ist ein interessantes Material als Sensor und Aktuator aufgrund seiner hohen Korrosionsbeständigkeit, hohen Magnetostriktion und - im Vergleich zu seltenen Erden basierenden Sensoren - niedrigen Herstellungskosten. Darüber hinaus machen die hohe Magnetfeld-Sensitivität der Magnetostriktion und die hohe Empfindlichkeit der Magnetisierung auf externen Druck Kobaltferrit zu einem idealen Kandidaten für die industrielle Anwendung als Sensor und Aktuator.

Obwohl Kobaltferrit seit über sechzig Jahren untersucht wird, gibt es noch immer viele offene Fragen und Probleme. Eine sehr fundamentale Fragestellung, die in dieser Arbeit diskutiert wird, ist die Bestimmung der ``echten'' Magnetostriktionswerte bei Proben mit nicht vernachlässigbarer Remanenz. Zusätzlich hat Guillot (CNRS, Grenoble) 1988 einen Sprung in der magnetfeldabhängigen Magnetisierung entlang harten Magnetisierungsachse bei Kobaltferrit und Cadmium substituiertem Kobaltferrit gefunden. Dieser Sprung wurde durch ``Spin-Flip'' Verhalten erklärt, was aufgrund der geringen Feldstärke nicht überzeugend ist.

Daher wurde im Rahmen dieser Arbeit dieser Übergang mit Hilfe von Magnetisierungs- und Magnetostriktionsmessungen als Funktion von Temperatur und Magnetfeld untersucht. Wir haben herausgefunden, dass dieser Übergang als Magnetisierungsprozess erster Ordnung (FOMP) klassifiziert werden kann, der sehr oft in uni-axialen, hartmagnetischen Materialien wie Nd2Fe14B oder PrCo5 vorkommt. Hingegen wird in kubischen, auf 3d Elementen basierenden Materialien - wie Kobaltferrit - ein FOMP sehr selten beobachtet. Der dem FOMP zugrunde liegende Prozess ist ein Sprung des Magnetisierungsvektors über eine Energiebarriere, die durch magnetische Anisotropie verursacht wird. Dieser Sprung wird auch in der Magnetostriktion beobachtet, da diese von der Spin-Bahn-Kopplung verursacht wird. Daher wurde auch die magnetische Anisotropie als Funktion der Temperatur bestimmt und deren verschiedene Beiträge in Abhängigkeit der Temperatur analysiert. Zusammenfassend wurde eine sehr detaillierte und systematische Untersuchung der magnetischen und magnetostriktiven Eigenschaften von einkristallinem und vielkristallinem Kobaltferrit durchgeführt und diese Ergebnisse mit Theorie und Literatur verglichen.

Zusammenfassung (Englisch)

Cobalt ferrite (CoFe2O4) is interesting as magnetostrictive sensor and actuator material because of a high corrosion resistance, a high value of magnetostriction and very low costs compared to rare-earth based magnetostrictive sensor materials. Moreover the large strain derivative and the high sensitivity of magnetization to applied stress make it a perfect candidate for industrial applications as sensor and actuator.

Although cobalt ferrite is under examination for more than sixty years, there are still quite a lot of open questions and problems. One very fundamental problem is the determination of the ``true'' magnetostriction value of a material with a non negligible remanence which will be discussed here. Additionally in 1988 Guillot (CNRS, Grenoble) observed a jump in the field dependence of the magnetization along the magnetic hard axis in pure cobalt ferrite and also cadmium substituted cobalt ferrite. This jump was explained as a spin-flip.

Because of the rather low critical field this explanation was not conclusive.

Therefore within this work this transition was studied by measuring the magnetization as well as the magnetostriction as function of temperature and applied magnetic field. We found out that this transition can be classified as a first order magnetization process (FOMP), which is quite often observed for uniaxial, hard magnetic materials like compounds for permanent magnets Nd2Fe14B or PrCo5. Whereas in cubic 3d based materials - as cobalt ferrite - a FOMP is not very often seen. The underlying process of a FOMP is a jump of the magnetization vector over an energy barrier caused by the magnetic anisotropy energy. This jump is also clearly visible in the magnetic field dependence of the magnetostriction due to spin orbit coupling. In the case of cobalt ferrite we measured the change of the magnetic anisotropy as function of temperature and analyzed the effect of different anisotropy contributions with respect to their temperature dependence.

Summarizing, a very concise study of the magnetic and magnetostrictive properties of single- as well as polycrystalline cobalt ferrites was performed and compared with theory and literature.