Contribution to the Study of Magnetic Properties of Fe-Zr-Nb-B based nanocrystalline Ribbons and Thin Films
Contribution à l'étude des propriétés magnétiques d'alliages nanocristallins Fe-Zr-Nb-B sous forme de rubans et de couches minces
Résumé
The characterization of structural and magnetic properties of soft amorphous and nanocrystalline Fe-Zr-Nb-B based alloy in the form of ribbons and thin films is presented and discussed in this work. Detailed study of amorphous and nanocrystalline phase of Fe84Nb3.5Zr3.5B8Cu1 ribbons has been carried out using differential scanning calorimetry (DSC) , Thermal gravimetric analysis (TGA), X-ray diffraction (XRD) measurements and Mössbauer spectroscopy. Experimental determination of anisotropy field distribution for nanocrystallline Fe84Nb3.5Zr3.5B8Cu1 ribbons is also presented and discussed in order to have a better idea of effective anisotropy of the system. Magneto transport properties of ribbons were studied by giant magneto impedance measurements. Also discussed is the possible limitation of applicability of random anisotropy model for optimally crystallized soft magnetic materials by presenting a grain size and volume fraction dependence of coercive field applied for the case of a Fe-Co alloy system. Thin film samples were prepared using ion beam sputtering and RF sputtering method using amorphous Fe84Nb3.5Zr3.5B8Cu1 ribbons as target material. Complementary information on the structural properties of amorphous and nanocrystalline thin films was obtained using X-ray reflectivity (XRR), grazing incidence X-ray analysis and atomic force microscopy. Magnetic properties of ribbons and thin film samples were studied using standard hysteresis measurements, vibration sample magnetometer and alternating field gradient magnetometer. Ferromagnetic resonance studies done on as deposited thin film samples are also discussed.
La caractérisation des propriétés structurale et magnétique des alliages Fe-Zr-Nb-B amorphes doux et nanocristallins sous la forme de rubans et de films minces est présentée et discutée dans ce travail. L'étude détaillée des rubans de Fe84Nb3.5Zr3.5B8Cu1 dans leur phase amorphe et nanocristalline a été faite au moyen de mesures par scan calorimétrique différentiel (Differential Scanning Calorimetry – DSC), analyse thermo-gravimétrique (Thermal Gravimetric Analysis – TGA), diffraction de rayon X (X Ray Diffraction – XRD) et spectroscopie Mössbauer. La détermination expérimentale de la distribution de champ d'anisotropie pour des rubans nanocristallins de Fe84Nb3.5Zr3.5B8Cu1 est aussi présentée et discutée dans le but d'avoir une meilleure idée de l'anisotropie effective du système. Les propriétés de magnéto transport de ces rubans ont été étudiées en conduisant des mesures de magneto impédance géante. Egalement discutée est la possible limitation de l'applicabilité du modèle d'anisotropie aléatoire des matériaux magnétiques doux de cristallisation optimale par présentation de la dépendance du champ coercitif appliqué en fonction de la taille de grain et de la fraction volumique dans la cas d'un alliage Fe-Co. Des échantillons de films minces ont été préparés en utilisant des méthodes de sputtering par faisceau d'ions et de sputtering par radio fréquences avec des rubans de Fe84Nb3.5Zr3.5B8Cu1 comme matériau cible. Des informations complémentaires sur les propriétés structurelles des films minces amorphes et nanocristallin ont été obtenues en usant de la réflexivité des rayons X (X ray reflectivity – XRR), analyse par diffraction de rayons X en incidence rasante (Grazing Incidence X rays) et microscope à force atomique (Atomic Force Microscopy – AFM). Les propriétés magnétiques des rubans et films minces étudiés furent caractérisées grâce aux mesures d'hystérésis standard, magnétomètre à échantillon vibrant (Vibrating Sample Magnetometer – VSM) et magnétomètre à gradient de champ alternatif. Les ix études de résonance ferromagnétique faites sur des échantillons de films minces déposés tel quel sont aussi discutées. L'interdépendance des propriétés structurales et magnétiques pour à la fois les rubans et les films minces est discutée.
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