FERROMANYETIK FILMLERDE OLUSAN YÜZEY MANYETIK ANIZOTROPISININ NUMERIK ÇÖZÜMLENMESI

Transkript

1 FERROANYETIK FILLERDE OLUSAN YÜZEY ANYETIK ANIZOTROPISININ NUERIK ÇÖZÜLENESI Yükek Lian Tezi Fizik Anabilim Dali ERAH ÇÖKTÜREN Daniman:Yd.Doç.D.ehmet BAYIRLI 2008 EDIRNE

2 T.C TRAKYA ÜNIVERSITESI FEN BILILERI ENSTITÜSÜ FERROANYETIK FILLERDE OLUSAN YÜZEY ANYETIK ANIZOTROPININ NÜERIK ÇÖZÜLENESI ERAH ÇÖKTÜREN YÜKSEK LISANS TEZI FIZIK ANABILI DALI Tez Yöneticii :Yd.Doç.D.ehmet BAYIRLI 2008 EDIRNE

3

4 Feomanyetik Filmlede anyetik Yüzey Anizotopi Oluşumunun Nümeik Çözümlenmei Emah ÇÖKTÜREN Yükek Lian Tezi, Takya Üniveitei, Fen Bilimlei Entitüü. Fizik Anabilim Dalı. ÖZET Feomanyetik malzemelede kitogafik doku manyetik özelliklele yakın ilişkilidi. Bu çalışmada, ticai flopidik, kayıtlı teyp şeidi ve faklı kalınlıklı NiCo filmlein kitalleşme dokuu Fouie eii kullanılaak incelenmektedi. NiCo filmle elektodepoziyon yöntemi ile üetildi ve manyetik paametelei titeşimli önek manyetik ölçe (VS) kullanılaak ölçüldü. / kaeelliğinin β açıına bağlı ölçümleinden elde edilen datala, en küçük kaele yöntemi kullanılaak beşinci deeceden poliminal uygulanaak 90 deece ölçümleden toplamı üzeinden fit edildi. Paçacıklaın α ve α+dα aalığında bulunma olaılığını veen kolay yönelimleinin dağılım fonkiyonu f (α ), α açıına bağlı değelei heaplanmaktadı. Sonuç olaak, önekleden 2, 4 ve 10 µm kalınlıklı NiCo filmle ve ticai kayıt şeidi anizotopi diğe numunele izotopik bulunmuştu. NiCo filmlein kalınlığı ataken önek yüzeyi üzeinde doku düzene gimektedi. Paalel emenanın ve kaeelliğin bi fonkiyonu olaak kolay eken dağılımı ölçümlei ayıca yapıldı ve kalınlık değelei aaında ilişki kuulmuştu. NiCo filmlein feomanyetik özelliklei için onuçlaın uygulamalaı tatışılmaktadı Anahta Kelimele: Feomanyetik film, Doku, Hiteiiz, kaeellik, izotopi kaekteizayonu i

5 Numeical Computation of the Fomation of the agnetic Suface Anizotopi in the Feomagnetic Film Emah ÇÖKTÜREN ate thei. Takya Univeity, Gaduate School Of Natuel and Applied Science. Phyic SUARY The magnetic popetie ae cloely elated to cyptogaphic textue of the feomagnetic mateial. It i tudied the Fouie eie method in ode to decibe the effect of cytalline textue of the feomagnetic nickel-cobalt film, which ae the diffeent thickne, the ecoded tape and the commecial floppy tape in thi tudy. The nickel-cobalt film ae poduced electodepoition method and wee meaued the magnetic paamete with the Vibation Sample agnetomete (VS). The data which obtained thee meaue of the quaene / veu β wee fitted to polynomial of five degee uing a leat quae analyi to enable accuate integation ove the ninety degee. Value of the ditibution function of the eay diection f (α ), which i defined o that f (α ) give the pobability of finding the axi of the paticle between α and α+dα, wee computed and plotted againt α. A a eult, the thickne 2, 4 and 10 µm nickel-cobalt film and the commecial ecoding media fom ample wee obtained the aniotopic tuctue; the othe ample wee not. While the thicknee of the nickel-cobalt film wee inceaed, the textue wa aanged on the ample uface. Eay axi ditibution meauement a a function of the quaene and the paallel emanence have alo been made and coelation ha been etablihed between thi thickne value. The implication of the eult fo feomagnetic popetie of the nickel-cobalt film ae dicued Key wod: feomagnetic film, textue, hyteei, quaene, iotopic chaacteization ii

6 TEŞEKKÜR Bu çalışmada, Pof. D. üel ALPER' e, NiCo filmle üetileek manyetik hiteiiz ölçümleinin almaından dolayı Aş. Gö. Elif GÜNGÖR e, tez konu öneii, katkılaı ve hiteiiz veileini kullanılabilmem konuundaki nazik hoşgöüleinden dolayı Doç. D. Hakan KÖÇKAR a, ayıca Uzm. ehmet UÇKUN a, Hale ÇANDARLI' ya, Niyazi ERİÇ' e ve Yd. Doç. D. ehmet BAYIRLI ya katkılaından dolayı teşekkü etmeyi bi boç biliim. iii

7 İÇİNDEKİLER Sayfa No ÖZET.i SUARY..ii TEŞEKKÜR...iii SİGELER DİZİNİ..vi ŞEKİLLER DİZİNİ...viii TABLO DİZİNİ.. xi GİRİŞ 1 1.KURASAL BİLGİLER anyetizma anyetik Alan Atomlaın anyetik omentlei Feomanyetik addele Ve anyetik Domenle Hiteiiz Çevimi İnce Film Teknolojilei İnce Film Kaplama Yöntemlei ateyallede İzotopi ve Anizotopinin Belilenmei anyetik Anizotopi Enejii ATERYAL VE ETOT Stone-Wohlfath odeli Stone-Wohlfath Teoiinin anyetik alzeme Kaekteizayonu için Uyalanmaı Kolay Yönelimlein Dağılım Fonkiyonu ait A o ve A 2 n Sabit Değeleinin Fizikel Anlamı Polinomial Regayon Analizi iv

8 2.5 Titeşimli Önek agnetometei BULGULAR NiCo Filmle ve Diğe Öneklein anyetik Paametelein Belilenmei Öneklein doku deeceinin (textue) belilenmei SONUÇ VE TARTIŞA ÖNERİLER EKLER 66 6.KAYNAKLAR 68 7.ÖZGEÇİŞ 71 v

9 SİGELER DİZİNİ Simge A A 0 A 2n B B 0 B 2n B z e E an H H c η I K L p t m Adı Yüzey alanı Kolay yönelim dağılım fonkiyonu abiti Kolay yönelim dağılım fonkiyonu abiti anyetik alan Kolay yönelim dağılım fonkiyonu abiti Kolay yönelim dağılım fonkiyonu abiti Z yönünde uygulanan manyetik alan Elekton yükü Anizotopi enejii anyetik alan, Akı yoğunluğu Polikitalize malzemede mıknatılanmanın doyuma ulaşmaı geekli alan Planck abiti Elektik akımı Anizotopi abiti Açıal momentum Uygulanan alana paalel manyetizayon vektöü Doyum manyetizayonu anyetizayon vektöü Kalıcı manyetizayon Uygulanan alana dik manyetizayon vektöü Kütle vi

10 N S S T t ϑ V y ω Saım ayıı Koelayon katayıı, Konum vektöü, yaıçap Spin açıal momentumu, Yüzey alanı Regayon analizinde hatalaın kaelei toplamı Peiyot Zaman Çizgiel hız İndikiyon elektomoto kuvveti Regayon analizinde polinom fonkiyon Açıal hız µ anyetik moment µ 0 Boşluğun geçigenliği µ B Boh magnetonu τ an τ H π σ Anizotopi yüzey enejiinin açıya bağlı yönelim toku H manyetik alanca üetilen dönme toku atematikel abit Regayon analizinde polinom fonkiyonuna ait tahmini hata vii

11 ŞEKİLLER DİZİNİ Şekil No Adı Sayfa No Şekil Şekil Şekil Şekil Şekil Şekil Şekil Şekil Şekil Şekil Şekil Şekil Şekil addenin bait atomik modeli...5 Elektonun kendi ekeni etafında döneken meydana Getidiği anyetik alan Çekideğin etafında yaıçaplı yöüngede ϑ hızıyla haeket eden elekton Elektonun manyetik momenti µ pini S ve B z ie yönünde Oluşan manyetik alan..9 Bibiine paalel olaak yönelmeye çalışan atomik manyetik dipol momentlei 11 alzeme içinde göülen manyetik domenle...11 NdFeB malzemeine ait manyetik domenle.12 (a) Domenle ve domen duvaı (b) Domen duvalaı..12 (a) Dış alanın yokluğunda domen duvalaı (b) Dış alan valığında domen duva haeketi...13 (a) Bloch duvaı, (b) Neel duvaı..13 Gd 16.7 Fe 83.3 den oluşan malzemede domenlein dış manyetik alana göe davanışlaı 14 Bi manyetik malzemeye ait manyetik domenlein -27,0 ve 26 Oe 'lik bi dış manyetik alanın etkiinde kaldığında manyetik domen davanışlaı...14 anyetik domenlein dış bi manyetik alanın etkiinde kaldığında manyetik domenlein ve manyetik domen duvalaının zaman göe değişimi..15 viii

12 Şekil Şekil Şekil Şekil Şekil Şekil Şekil Şekil Şekil anyetik domenlein dış bi manyetik alanın ıfı' dan başlayaak atan ve azalan değelei ile teka alanın ıfı olduğunda manyetik domenlein davanışlaındaki fenomen göülmektedi...15 Dış otamın ıcaklık değişimine göe manyetik domenlein davanışı göülmektedi Hiteiiz çevimi ve genel özelliklei. 17 Stone-Wohlfat modeline göe düşünülen tek domenli Patikülle anyetik paçacıklaın manyetik kayıt cihazında ıalanışı...23 anyetik kayıt cihazında faklı yönlede manyetizayon oluştuan manyetik patikülle (a) Demi, (b) Nikel, (c) Kobalt ait kolay ve zo eken yönlei ile manyetizayon eğile Tek domenli elipoit patikül Küeel tek bilgi alanlı paçacık ve onun hiteeiz eğii (φ =90) Şekil H anizotopik alana anti paalel ( φ = 0 )...27 Şekil H anizotopi alanına gelişi güzel φ açııyla geliyoa...27 Şekil E ile θ 0 açılı bait ekenli tek bi paçacığı Şekil VS cihazının bi fotoğafı Şekil 3.1 İzotopik yapıdaki 6 µm kalınlıklı NiCo filmine ait hiteeiz Çevimi.38 Şekil 3.2 Anizotopik yapıdaki 10 µm kalınlıklı NiCo filmine ait hiteeiz Çevimi.39 Şekil 3.3 Anizotopik yapıdaki Teyp Bandına ait hiteeiz çevimi. 40 Şekil 3.4 İzotopik özellikli kalınlığı 1, 6 µm NiCo filmlein (β ) oanlaın analitik β açına bağlı değişimlei.. 45 Şekil 3.5 İzotopik özellikli kalınlığı flopidik ve bandının (β ) oanlaın analitik β açına bağlı değişimlei...46 ix

13 Şekil 3.6 Anizotopik özellikli kalınlığı 2 µm NiCo filmin (β ) oanlaın analitik β açına bağlı değişimlei..47 Şekil 3.7 Anizotopik özellikli kalınlığı 4 µm NiCo filmin (β ) oanlaın analitik β açına bağlı değişimlei.. 48 Şekil 3.8 Anizotopik özellikli kalınlığı 10 µm NiCo filmin (β ) Şekil 3.9 oanlaın analitik β açına bağlı değişimlei..49 Anizotopik özellikli kalınlığı 15 µm olan kayıtlı teyp şeidinin (β ) oanlaın analitik β açına bağlı değişimlei 50 Şekil 3.10 Kolay eken yöü yönelim fonkiyonu f (α ) ım analitik α açıına bağlı değişim gafiklei 53 Şekil 3.11 Kolay eken yönü yönelim fonkiyonu f (α ) ım analitik α Şekil.3.12 Şekil.3.13 açıına bağlı değişim gafiklei 54 Kolay eken yönü yöneliminde oluşan 2, 4 ve 10 µm kalınlıklı NiCo filmlee ait paalelatık mıknatılanma (emanence) değei p (β ) fonkiyonunun analitik açı β açıına bağlı değişim gafiği.. 57 Kolay eken yönü yöneliminde oluşan kayıtlı Teyp kaeti şeidine ait paalel atık mıknatılanma (emanence)değei (β ) p fonkiyonunun analitik β açıına bağlı değişim gafiği 58 Şekil.3.14 NiCo filmlein f (α ) Kolay Eken Yönelimi Dağılımı fonkiyonu değeindeki A o ve A 2n Fouie eii katayılaı ile filmlein kalınlıklaı aaındaki ilişkii..59 Şekil.3.15 NiCo filmlee ait kolay eken yönelimlei fonkiyonu f (α ) nın A o ve A 2n (n=1) katayılaı (Fouie Sei) ile p (0) aaındaki ilişki...60 x

14 Şekil.3.16 Şekil µm kalınlıklı izotopik NiCo filme ait 40/1 oanında büyütme ile optik yüzey mikokobu kullanılaak çekilen yüzey emini göünümü µm kalınlıklı anizotopik NiCo filme ait 40/1 oanında büyütme ile optik yüzey mikokobu kullanılaak çekilen yüzeyin göünümü.62 xi

15 TABLO DİZİNİ Tablo Adı Sayfa No Tablo 1.1 Tablo 3.1 Tablo 3.2 Tablo 3.3 Tablo 3.4 Tablo 3.5 Tablo 3.6 anyokital Enejii Sebeb Sonuç İlişkilei.. 21 Faklı kalınlıklı NiCo filmle ve ait VS ölçüm onucu apolaından elde edilen (β ) oanlaının faklı β açıladaki değelei oanlaınına göe belilenen manyetik kaekteizayonu ve doyum manyetizayonunun ıfı deeceye kaşılık gelen H c manyetik alan değelei. 41 Ticai piyaada kullanımda olan Flopidik, Diket Bant ve kayıtlı Teyp Şeidine ait VS ölçüm onucu apolaından elde edilen (β ) oanlaının faklı β açıladaki değelei oanlaınına göe belilenen manyetik kaekteizayonu ve doyum manyetizayonun ıfı deeceye kaşı gelen H c manyetik alan değelei...41 Anizotopik yapılı 2µm, 4µm ve 10µm kalınlıklı NiCo filmlee ait beşinci deeceden en küçük kaele yöntemi kullanaak poliminal uyum fonkiyonlaı ve egayon katayı.42 Kayıtlı Teyp Şeidine ait beşinci deeceden en küçük kaele yöntemi kullanaak poliminal uyum fonkiyonlaı ve egayon katayılaı..43 Faklı kalınlıktaki ince NiCo filmlei için heaplanan kolay eken yönelim fonkiyonu f (α ) nın A 0 ve A 2 n katayı değelei.51 Teyp Şeidine için heaplanan kolay eken yönelim fonkiyonu f (α ) nın A 0 ve A 2 n katayı değelei...51 xii

16 Tablo 3.7 Anizotopik ve faklı kalınlıktaki NiCo filmlee ait değele kullanaak heaplanan kolay eken yönelimine ait paalel atık mıknatılanma (emanence) değelei için B 0 ve B 2 n katayı değelei 55 Tablo 3.8 Anizotopik kayıtlı Teyp Şeidi değelei kullanaak heaplanan kolay eken yönelimine ait paalelatık mıknatılanma (emanence) değelei için B 0 ve B 2 n katayı değelei. 55 xiii

17 GİRİŞ ve AAÇ anyetik ince filmle elektomanyetik veya manyetik kayıt cihazlaındaki endütiyel uygulamalaından dolayı hem teoik hem de deneyel olaak yoğun çalışma alanına ahipti. Özellikle duyalılığı yükek enö ve bilgi depolama teknolojiinde yoğun olaak kullanılmaktadı. Teknolojinin gelişip büyümeine paalel olaak özellikle manyetik malzemelein üetimi ve bu malzemelein kimyaal, fizikel ve manyetik özellikleinin ( kolay eken yönelimi, manyetik doku analizi, manyetik anizotopi vb.) büyük önem taşımaktadı. Bilişim ektöünün günümüzde hızla gelişmei yükek hızda bilgiayalaa, dolayıı ile yükek kapaiteli belleklee, kayıt aaçlaına ve buna paalel olaak özü edilen malzemelein üetimine olan ihtiyaç zaman içeiinde atmaktadı. Bu tü malzemelein üetim teknikleinde bii elektodepoizyon tekniğidi [1]. Bu teknik, manyetik cihazla içeiinde önemli bi yei olan manyetik kayıt başlıklaında kullanılan manyetik filmlein üetiminde kullanılmaktadı. Bu amaçla, alaşım film üetimi ve manyetik özellikleinin belilenmei önemlidi [3]. Üetilen cihazın kayıt pefomanı ile ilişkili yapıya özel mako manyetik özellikle vemek ve bilgi depolayabilmek için feomanyetik özellik göteen metal alaşım filmle hazılanmaktadı [3]. Kayıt cihazı hem vei depolama hem de gei okuma inyalini (eed-back) veebilmei için yükek kalıcı alan (coecity, H c ), yükek vei veme yoğunluğu, yükek atık (emenant) manyetizayonu ve kaydedilen bitle aaında kekin geçişlei vemek için da anahtalama alan dağılımına ahip olmaı geeki [5]. Üetilen bi numunenin temel özelliğini tanımlanmak için kullanılan izotopik ve anizotopik kavamlaı malzeme bilimi için çok önemlidi. Bi numunede bütün kitiyogafik yönlede malzemenin ahip olduğu fizikel özellikle aynı ie izotopik ve diğe taaftan üetilen numunele için faklı ekenlede ölçülen fizikel paameteleinin değeleinin faklı değede olmaı ie anizotopik kavamlaı ile tanımlanmaktadı [6,7]. Polikital numunelede ve filmlede anizotopi, numunenin üetim şatlaı ve bu enada yüzeyde meydana gelen doku deenleinin faklılığından kaynaklanmaktadı. etalle ve alaşımla çoğu izotopik davanış götemeine ağmen, 1

18 bazen çok önemli anizotopik davanış götediği deneyel çalışmala ile apo edilmişti [8, 9]. Bi numunenin izotopik veya anizotopik özelliği Titeşimli Önek anyetometei (Vibating Sample agnetomete, VS ) ve anyeto Optik Ke Etki ( agneto Optic Ke Effect, OKE ) tekniklei kullanılaak belilemek mümkündü. He iki yöntemde numuneye aaında değişen açılala manyetik alan uygulanaak hiteiiz eği ölçümlei yapılmaktadı. Bu ölçümleden doyum manyetizayonu nin kalıcı manyetizayon oanlaı oanlaı (quane) abit kalıyoa, bu numune "izotopik" özellik götemektedi. Eğe falı açılada değişiyo ie "anizotopik" özellik götemektedi [10, 11]. Biçok deneyel ve teoik çalışma film yüzeyindeki tek domain paçacıklaının manyetik davanışı ile ilgilenmektedi. Stone-Wohlfath (SW) modeli hem manyetik kitalleşme anizotopii tek ekenli anizotopi ile tek domain paçacıklaını kümeinin manyetizayon eğileini tanımlamaktadı. anyetik kaakteli yapıda anizotopi enejii SW a göe kital anizotopi yada yapıdaki metal paçacıklaının dokuundan (textue) kaynaklanmaktadı. Bu paçacıklaın manyetik momentlei dış manyetik alanının uygulanmaı enaında yapının manyetizayonlaı homojen olaak dönmekte ve yalnızca bileşik eken (uniaxial) anizotopi etkii gözlenmektedi. SW ın yaklaşımı, doğal otamdaki ıcaklık etkii ve yapının oluşumunu meydana getien metal paçacıkla aaı etkileşimlei ihmal etmektedi [11]. ateyal biliminde, yüzey textue etkii bi numunenin kitiyogafik yönelimi dağılımını belilemektedi. Yapılan bi çok çalışma götemişti ki bi numunede yönelim tamamen agele olup yüzeyden bağımızdı. Eğe hazılanan numunede kitogafik yönelim agele değile, bazı yönelimle tecih edili. Bu yaklaşımla ile textue etkii zayıf, ota ve güçlü olaak tanımlanmaktadı. Kitalin yüzdelik deecelendime, textue etkii ile oantılıdı. Tüm mühendilik çalışmalaı ile üetilen malzemelede textue etkii göülmekte ve malzemenin fizikel özellikleini belilemede büyük etkiye ahipti. Numunenin yüzey dokuunu belilemede faklı metotla kullanılı. Bu metotladan üetilen numune için nitelikli bi analiz yapılmaını ağla. Bu metotla aaında en 2

19 yaygın kullanılan X Işını Kıınımı (X Ray Diffation, XRD) ve Taama Elekon ikokobudu. Nitelikli bi analiz için Laue Fotogaflama Tekniği, X Işını Kıınımı veya Polaize ikokobu ile yapılabili. Nöton ve X Işını Kıınımı mateyalin bulk yüzeyini incele X Işını Kıınımı Cihazı ince film içinde uygundu [12, 13]. Bu tez çalışmaında, oda ıcaklığında elektodepoziyon tekniği kullanılaak üetilen NiCo manyetik alaşım filmlein yüzeyleindeki doku etkii, SW modeli [11] ki. E-Hilo ve ak. taafından manyetik ince filmlee uyalanan Fouie Sei açılımı yöntemi kullanılaak incelenmekti [7-9]. Bu amaç ile yapılan çalışmanın aşamalaı aşağıda özetleneek unulmaktadı. 1. Üetilen faklı kalınlıktaki NiCo ince filmlein manyetik paametelei VS ile ölçülmektedi. 2. Faklı kalınlıklı NiCo alaşım filmlein hiteiiz gafiklei elde edileek, filmlee ait kalıcı alan H c, doyum alanı H, doyum manyetizayonu ve kalıcı manyetizayon değelei belilenmektedi. 3. Hiteiiz gafikleinden NiCo alaşım filmlee ait kaeelliği (quaenee) değelei olan / değelei VS hiteiiz çevimi ölçüm apolaından alınaak analitik β açıya bağlı gafiği çizilmekte ve dağılım en küçük kaele yöntemi kullanılaak beşinci deeceden poliminal uyum fonkiyonu heaplanmaktadı. 4. Daha ona, NiCo film yüzey anizotopii ve doku etkileini belilemek için kolay eken yönelimlei dağılım fonkiyonlaı Fouie Seii ile tanımlanmaktadı. Ayıca Fouie Seii Katayılaı A 0 ve A 2n değelei heaplanaak üetilen numunelein manyetik kaekteizayonu kalınlığa bağlı olaak tatışılmaktadı. 3

20 1. BÖLÜ KURASAL BİLGİLER 4

21 1.1 ANYETİZA 1.2 anyetik Alan anyetik alan, elektik yükleinin haeketi onucunda otaya çıkan fizikel bi etkidi. addenin bait atomik modeline göe Şekil de göüldüğü gibi bütün maddele pozitif yüklü bi çekidek muhtelif ayıda negatif yüklü elekton yöüngeleinden oluşmuştu [31]. Şekil addenin bait atomik modeli [13] Negatif yüklü olan elektonla, çekidek etafında yöüngeel bi dolanım yaptıklaı gibi kendi ekenlei etafında da bi dönme haeketi (pin) geçekleştii. Ande aie Ampee ( ) göe mıknatılanmış madde içinde dolaşan akımla va olduğunu ve maddenin manyetik özelliğinin bu küçük kapalı deve akımladan ilei geldiğini ilei ümüştü. Bu yaklaşım günümüzde atık keinlik kazanmıştı. Ampee ' in otaya koyduğu bu yaklaşıma göe, elektik yüklü paçacıkla haeket halinde ie otamda bi değişiklik meydana geli. İşte akım taşıyan bi bobinin yada bi mıknatıın bulunduğu otamda manyetik kuvvet olaak çıkan bu değişiklik, manyetik alan olaak iimlendiili. anyetik alan, doğultuu, yönü ve şiddeti ile belilenen vektöel bi nicelikti. Hehangi bi otamdaki manyetik alan etkii, kuvvet çizgilei yada manyetik akı çizgilei ile göteilmektedi. Kuvvet çizgilei kapalı bi çevim oluştuu. Aynı zamanda manyetik alan vektöü bu çizgilee teğetti. Pozitif yüklü çekidek etafında yöüngede dolanım yapan elekton bi akım meydana getii. Dienci olmayan ve üekli 5

22 devam eden bu akım develei atomladaki negatif yüklü elektonlaın dönmeinden ilei geli. Yukaıdaki yaklaşımda belitildiği gibi haeket eden bi elektik yükü çeveinde he zaman bi manyetik alan meydana getiildiğinden negatif elektik yüklü bi elektonda yaptığı bu haeketinden dolayı bi manyetik alan meydana getii. eydana gelen bu alanın yönü Şekil göüldüğü gibi elektonun dönme yönüne bağlıdı. Şekil Elektonun kendi ekeni etafında döneken meydana getidiği manyetik alan [13] ıknatılanmamış bi madde de bu haeketle düzenizdi. Bunun onucu olaak da bu etkile bibiini yok ettikleinden bileşke etki ıfıa çok yakındı. adde içeine konulduğu zaman manyetik alanda bu etkilei bi düzene gidiğinden mıknatılanı [13, 21, 32]. 1.3 Atomlaın anyetik omentlei Bi maddedeki manyetik momentle iç atomik akımladan meydana gelile. Bu akımla manyetik alan bölümünde açıklandığı gibi elektonlaın pozitif çekidek etafında ve çekidekteki potonlaın bibilei etafında donanımlaından ilei geli. Elektonladan kaynaklanan manyetik momentle daha açık bi ifadeyle elektonun net manyetik momenti elektonun yöüngeel haeketiyle, pin olaak tanımlanan iç özelliğinin bileşiminden meydana geli addenin bait atom modeline göe elekton Şekil de göüldüğü gibi ağı bi çekidek etafında yaıçaplı bi yöüngede ϑ hızıyla haeket etmektedi. 6

23 Şekil Çekideğin etafında yaıçaplı yöüngede ϑ hızıyla haeket eden elekton [43] Elekton çekideğin etafında 2π ' lik yani daieel yöüngenin çevei kada yolu T (peiyot) zamanında dolanmaktadı. Elektonun, bi dolanım onucunda oluştuacağı akım, I= t q (1.3.1) Denklem ile tanımlanı ve dolanım peiyodu ie; 2π T= ω (1.3.2) Denklemi ile veili. Elektonun açıal hızı ve oluşan akım; ω =ϑ. (1.3.3) e ϑ I= 2π (1.3.4) denklemi ile tanımlanmaktadı. anyetik moment ie ; µ =I.S (1.3.5) 7

24 S=π 2 (1.3.6) olacaktı. e ϑ 1 µ =I.S= π 2 = eϑ (1.3.7) 2π 2 Elektonun açıal momentumunun büyüklüğü ; L=mϑx (1.3.8) Olduğundan, e µ = L (1.3.9) 2m Şeklinde tanımlanabili. Elektonla negatif yüklü olduğundan Şekil µ ve L vektölei te yönlü ve yöünge düzlemine diktile. h Kuantum mekaniğine göe ie h Planck abitini götemek üzee η = =1, j. 2π yöünge açıal momentumu keikli yani kuantumlu ve he zaman h' nin tam katlaı şeklinde ifade edili. Böylece açıal momentum ; değeleini alabili. L=0, h, 2h, 3h.nh anyetik momentin ıfı olmayan en küçük değei (1.3.9) bağıntıına göe; dı. e µ = η (1.3.10) 2m Elektonlaın pin özelliği nedeniyle elekton manyetik momente katkıda bulunu. Kuantum mekaniği açıından Şekil de göüldüğü gibi " pin " özelliği dönen bi elektonun bi akım ilmeği oluştumaı ve dolayııyla manyetik moment oluştumaından meydana geli. 8

25 Şekil Elektonun manyetik momenti µ pini S ve B z ie z yönünde oluşan manyetik alan [13] Bu momentin büyüklüğü; yöüngeel manyetik momentle aynı metebededi. Spin açıal momentumunun büyüklüğü kuantum mekaniğine göe ; h S= 2 π di. 1 2 =5, j. (1.3.11) Bi elekton pininden iç manyetik momentin değei ie ; e µ B = η=9, j/t (1.3.12) 2π denklemi ile veilmektedi. ve bu büyüklüğe Boh agnetonu deni. Çok ayıda elekton bulunduan atomla veya iyonlada genellikle elektonla, pinlei zıt yönde yönelecek biçimde elekton çiftlei meydana getiile. Böylece pin manyetik momentlei bibiini yok ede. Genelde tek ayıda elektonu bulunan atomlaın en azından bi tane çiftlenmemiş elektonu ve buna kaşı gelen pin manyetik momenti vadı. Bi atomun toplam manyetik momentinden bahetmek geekie " pin " ve " yöüngeel " manyetik momentleinin vektöel toplamıdı. 9

26 Bi atomun çekideğindeki poton ve nötonladan da kaynaklanan çekidek manyetik momenti de vadı. Çekidekel manyetik momentle elektonun manyetik momentleinden yaklaşık olaak 10 3 kez daha küçüktüle. Atomik numaalaı 21 ila 28, 39 ila 45, 57 ila 78 aaında ve 89 ve büyük olan malzemelede manyetik moment öz konuudu. En önemli aalık 21 ila 28 aaında olup bu aalıkta bulunan vanadyum, kom, manganez, demi, nikel, kobalt ve bunlaın alışımlaıda net manyetik moment ıfıdan faklıdı. Bu malzemelee "feomanyetik malzeme " adı veili [21, 31, 32]. 1.4 Feomanyetik addele ve anyetik Domenle ichael Faaday ( )' ın yaptığı çalışmala onucunda tüm maddelein, manyetik alana bi tepki götediğini ve bu tepki neticeinde kaşılıklı bi etkileşimin öz konuu olmaından dolayı maddelein üç gupta toplanabileceğini götemişti. Bu maddele diamanyetik, paamanyetik ve feomanyetik maddeledi. Paamanyetik ve diyamanyetik maddelede he bi atomun manyetik momentinin yönü diğe atomlaın manyetik momentleinin yönleinden bağımızdı. Bundan dolayı da dış manyetik alan olmadığında oluşan net manyetik moment ıfıdı. Paamanyetik maddelee bi dış manyetik alan uyguladığımızda he bi manyetik moment üzeine bi tok etki ede. Böylece paamanyetik maddenin he bi atomunun ahip olduğu manyetik moment dış manyetik alanla aynı yönde yönleni ve büyüklüğü dış alanın büyüklüğü ile oantılı olu. Diamanyetik maddelee bi dış alan uygulandığında ie, dış alanın yönüne te net bi manyetik moment oluştuu. Feomanyetik maddele ie zayıf bi dış manyetik alan içinde bile Şekil de göüldüğü gibi bibiine paalel olaak yönelmeye çalışan atomik manyetik dipol momentleine ahipti. 10

27 Şekil Bibiine paalel olaak yönelmeye çalışan atomik manyetik dipol momentlei [30] Eğe momentle paalel hale getiildikten ona, dış alan kaldııla bile feomanyetik malzeme mıknatılanmış olaak kalacaktı. Bu üekli yönelim, komşu olan manyetik momentle aaındaki kuvvetli etkileşimden kaynaklanmaktadı. Feomanyetik maddele ıı enejii ile yada dış manyetik alanın oluştuduğu manyetik eneji ile mıknatılık kazanmaktadı. Bu etkileşim onucunda Şekil de göüldüğü gibi feomanyetik maddele içinde manyetik momentlei aynı yönde oluşan atomladan oluşan bölgele meydana geli ve bu bölgelee manyetik domen olaak adlandıılı [18, 21]. Şekil alzeme içinde göülen manyetik domenle [27] 11

28 Şekil NdFeB malzemeine ait manyetik domenle [38] Domenlein hacimlei yaklaşık olaak m 3 olup, he bi domen civaında atom içemektedi. Faklı yönelimlee ahip olan domenlein aaındaki ınılaa domen duvalaı deni. Şekil de domen duvalaı göülmektedi. (a) Şekil (b) (a) Domenle ve domen duvaı (b) Domen duvalaı [26] Duvala bi dış alanla haeket edele ve eneji yüklüdü. Şekil de bi dış alana mauz kalan bi domen duvaının davanışı göteilmektedi. 12

29 (a) (b) Şekil (a) Dış alanın yokluğunda domen duvalaı (b) Dış alan valığında domen Duva haeketi [26] Domen duvalaı için iki model geliştiilmişti. Bu modelle Bloch ve Neel duvaı modelleidi. Bu duva modellei Şekil da göülmektedi. Kolay Eken Kolay Eken Film Kalınlığı Film Kalınlığı Neel Duvaı (a) Bloch Duvaı (b) Şekil (a) Bloch duvaı, (b) Neel duvaı [12] 13

30 ıknatılanmamış maddelede domenle net manyetik momenti ıfı olacak şekilde agele yöneliken bi dış alan uygulandığında ie uygulanan alanla aynı yönde olmayan bütün dipolle üzeine bi kuvvet etki ede. Bu kuvvet, domen duvaı atomlaının manyetik dipolleini Şekil 1.4.8, Şekil 1.4.9, Şekil , Şekil ve Şekil de göüldüğü gibi dış alan yönünde döndüü. Şekil Gd 16.7 Fe 83.3 den oluşan malzemede domenlein dış manyetik alana göe davanışlaı [34] Şekil Bi manyetik malzemeye ait manyetik domenlein -27,0 ve 26 Oe 'lik bi dış manyetik alanın etkiinde kaldığında manyetik domenlein davanışlaı [40] 14

31 Şekil anyetik domenlein dış bi manyetik alanın etkiinde kaldığında manyetik domenlein ve manyetik domen duvalaının zaman göe değişimi [40] Şekil anyetik domenlein dış bi manyetik alan etkii ile değişimi [40] Bunun onucu olaak ta dış alan yönündeki domenle büyü. Eğe dış alan yete kada güçlü ie madde içeinde ki va olan bütün manyetik dipolle alanla aynı yönde yöneli ve madde manyetik doyuma ulaşı. Bu duumda dış manyetik alan kaldıılıa bile, dış alan yönünde net bi manyetik moment (kalıcı mıknatılanma) 15

32 kalı. Feomanyetik maddele üekli (devamlı) mıknatılaın yapımında kullanılı. Domenlelein yapılaı ve davanışlaı, feomanyetik maddenin mıknatılanma eğii (hiteiiz eğii) belile [21, 33]. Şekil Dış otamın ıcaklık değişimine göe manyetik domenlein davanışlaı göülmektedi [42] Feomanyetik maddelein genel özellikleini aşağıda maddelele özetlenmektedi. 1- Bağıl manyetik geçigenliklei 1' den çok büyüktü. 2-Bağıl manyetik geçigenliklei, malzemenin cinine, malzemeye daha önce uygulanan manyetik işlemlee ve manyetik alan şiddetinin değeine bağlı olaak değişkendi. 3- Paamanyetik ve diamanyetik maddelede B manyetik akı yoğunluğu ile H alan şiddeti aaındaki doğual bi ilişki vaken, feomanyetik malzemlede bu ilişki doğual değildi. 4- anyetik hiteiize ahipti. 16

33 5- Feomanyetik maddele Cuie ıcaklığı üzeinde paamanyetik malzeme duumuna geçele [21]. 1.5 Hiteiiz Çevimi Bi malzemede, domenlein yapılaı ve davanışlaı, feomanyetik maddenin mıknatılanma eğii belile. Bu eğiye Şekil de göüldüğü gibi " hiteiiz eğii " (hiteiiz çevimi) deni. Hiteiiz eğii mıknatılığını tamamen kaybetmiş bi malzemeye değişken bi dış manyetik alana mauz bıakıldığında, bu dış alan ile akı yoğunluğu ölçüleek hiteiiz eğii elde edilebili. Hiteiiz eğiinin düşey ekeni, malzemedeki akı yoğunluğu, H ie uygulanan manyetik alan şiddetini ifade etmektedi. Ekenlein keim noktaı 0, mıknatılanmanın olmadığı ve hiçbi kuvvetin uygulanmadığı anı temil ede. anyetik alan şiddetini attıdığında, akı yoğunluğu önce hızlı, ona makimum yada doyma noktaına ulaşıncaya kada yavaşlayaak ata. anyetik alan şiddetinin daha fazla attıılmaı akı yoğunluğunda bi atış meydana getimez. Akı yoğunluğunun yükelişi Şekil de noktalı çizgi ile göteilmişti. Şekil Hiteiiz çevimi ve genel özelliklei [33] 17

34 Şekil deki Hiteei eğiinin temel özelliklei aşağıda maddelele özetlenmektedi. 1-anyetik alan şiddeti te yönde 0 ' a düşüüldüğünde H noktaında malzemede bi mikta mıknatılanma mevcut kalı. Buna malzemenin atık mıknatılığı (emanan) adı veili. 2-ıknatılanma akımı te çevileek yavaşça 0' a düşüüldüğünde malzemedeki akı yoğunluğu azalı. Atık mıknatılık (c) noktaında 0 olu. Yatay ekendeki meafe, gideme kuvveti (koeitif) olaak adlandıılı. 3-Gideme kuvveti mıknatılanma onaında malzemeledeki manyetik akı yoğunluğu 0' a indigemek için geekli olan manyetik alan şiddeti değeidi. Bu noktadan manyetik alan şiddeti daha da attıılıa malzeme teka doyuma ulaşı.(d) 4-anyetik alan şiddeti teka yavaş yavaş 0' a düşüüldüğünde, akı yoğunluğu bi mikta azalı (e). 5-(e) noktaında da malzemede bi mikta atık mıknatılanma göülü. 6-anyetik alan ilk yönde attıılmaya devam edilie atık akı yoğunluğu azalı ve (f) noktaında 0 olu. 7-(f) noktaından manyetik alan attıılmaya devam edilie başlangıç doyma noktaına (a) ulaşı [32]. Elde edilen hiteiiz eğilei malzeme hakkında şu bilgilei vei; alı. 1-Çok ince manyetik filmlede, hiteeiz eğii kaeye benze bi göünüm S değei, hiteiiz eğiinin kaeelliği olaak adlandıılı. Eği kaeelleştikçe, oan 1' e yaklaşı. 2-Elde edilen hiteiiz eğiinin alanı küçüke yükek manyetik geçigenlik ve düşük zolayıcı kuvvete ahipti. Bu tü malzemele yumuşak mıknatıladı. Bu tü malzemele pime ve ekonde aaındaki akım değişen tanfomatö çekidekleinde kullanışlı bi özellikti. Bunun dışında bilgiyaladaki gibi, yükek anahtalanma hızlı develede de kullanışlıdı. 18

35 3-Büyük alanlı bi hiteiiz eğii et bi manyetik malzem götegeidi. Bu tü malzemelee et mıknatı deni. Bu tü mıknatıla, manyetik kilit, hapalö ve küçük motola için kullanılı. Sonuç olaak; hiteiiz eğiinin daalmaı malzemenin kolay mıknatılanabileceğini ve düşük atık mıknatıa ahip olacağını, genişlemei ie malzemenin zo mıknatılana bileceğini ve daha kuvvetli bi atık mıknatılığa ahip olacağını götemektedi [ 21, 31, 32]. 1.6 İnce Film Teknolojilei İnce filmle, kalınlığı 1µ m' den az olan metal okit filmle olaak tanımlanmaktadı. İnce filmlein yetei ölçüde tanımlanabilmei için mikokobik film özellikleinin iyi bilinmei geekmektedi. Elementlein kompoziyonu ve kimayaal bağlanma duumu, topogafik özelliklei, yüzey püüzlüğü, kital ve amof yapıdaki aa yüzeyle ve kital yapı gibi faktöle ince film özellikleinde doğudan etki etmektedi. Diğe açıdan bazı ince filmle, elementlein düşük baınçlı bi otam içeinde buhalaştıılmaı ve bu buhaın daha düşük ıcaklıktaki kalıcı yüzey üzeinde yoğunlaşmaı ile elde edili. Günümüzde ince filmle, yaı iletken aletlein yapımında, manyetik kayıt ve algılama itemleinde, optik kaplamalada ve dekoatif işlede yaygınlıkla kullanılmaktadı. Kaplama yöntemleindeki faklılıkla ve kaplama ıaındaki çeşitli işlemle onucu, hacimli malzemede bulunmayan biçok özellik bu malzemelein ince filmleinde yaatılabili. İnce filmli malzemelede olup hacimli malzemelede olmayan şu özellikle vadı: 1.Klaik laboatua şatlaında elde edilemeyecek ölçüde temizdi, 2.Klaik laboatua şatlaında elde edilemeyecek eviyede küçük geometilein üç boyutta oluşmaı mümkündü, 3.Atomik büyüme işleminden kaynaklanan filme özgü malzeme özelliklei göülebili, 4.Kalınlık, kital yönlenmei ve çok katlı yapıladan kaynaklanan kuantum boyut etkilei ve diğe boyut etkileini gömek mümkündü [20]. 19