СПОСОБ ВИЗУАЛИЗАЦИИ И ТОПОГРАФИРОВАНИЯ НЕОДНОРОДНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ Российский патент 1994 года по МПК G02F1/09 

Изобретение относится к области прикладной магнитооптики и может быть использовано для визуализации и топографирования магнитных полей, создаваемых магнитными частицами, содержащимися, например, в лакокрасочных покрытиях.

Известен способ топографирования неоднородного магнитного поля с помощью датчика Холла. Недостатком этого способа является невозможность его использования для топографирования неоднородного магнитного поля, создаваемого частицами магнитного вещества размером 1-10 мкм, расстояние между которыми на порядок больше их размеров.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является известный способ визуализации и топографирования неоднородного магнитного поля, включающий помещение доменсодержащей пленки в это поле и регистрацию в ней доменной структуры.

Недостатком прототипа является низкая чувствительность, поскольку неоднородное магнитное поле должно намагничивать до насыщения локальные области доменсодержащей пленки, а также узкий диапазон пространственных частот неоднородного магнитного поля, топографирование которого производится без искажений, особенно при высокой пространственной частоте.

Цель изобретения - повышение чувствительности и расширение пространственных частот неоднородного магнитного поля при топографировании за счет того, что при способе визуализации и топографирования неоднородного магнитного поля, включающем помещение доменсодержащей пленки в это поле и регистрацию в ней доменной структуры, на доменсодержащую пленку дополнительно воздействуют импульсным магнитным полем, приложенным перпендикулярно плоскости пленки, причем длительность и/или амплитуда импульса магнитного поля таковы, что доменная структура в пленке полностью не исчезает в момент окончания импульса магнитного поля.

В частности, с целью повышения чувствительности при визуализации на доменсодержащую пленку дополнительно воздействуют постоянным магнитным полем, направленным в ту же сторону, что и импульсное.

Длительность импульса магнитного поля может быть равна Ш/2С, где Ш - ширина полосовых доменов в пленке, намагниченность внутри которых направлена противоположно направлению импульсного магнитного поля; С - средняя скорость доменных стенок во время действия импульса магнитного поля.

В исходном состоянии при отсутствии внешнего и топографируемого магнитных полей в доменсодержащей пленке существует лабиринтная доменная структура, образованная причудливо изогнутыми полосовыми доменами, намагниченность которых ориентирована перпендикулярно плоскости пленки, причем в соседних доменах - в противоположные стороны, а ширина противоположно намагниченных доменов одинакова. Приложение топографируемого магнитного поля не приводит к заметным при визуальном наблюдении изменениям доменной структуры вследствие малости напряженности и высоких пространственных частот этого поля. Приложение постоянного магнитного поля перпендикулярно плоскости пленки приводит к увеличению ширины доменов, намагниченных по полю, за счет ширины "невыгодно" намагниченных доменов. Одновременно увеличивается период лабиринтной доменной структуры за счет "распрямления" полосовых доменов. Если это поле достигает значения поля насыщения доменсодержащей пленки, то доменная структура в ней исчезает. Приложение импульсов магнитного поля (длительностью импульсов Т < Ш/2С) также приводит к изменению ширины доменов, однако период доменов не изменяется. Если длительность импульсов Т > Ш/2С, а амплитуда импульса Н_и > Н_нас - Н_см, где Н_нас - поле насыщения пленки, Н_см - постоянное магнитное поле, приложенное в том же направлении, что и импульсное, то доменная структура исчезает.

Если топографируемое магнитное поле однородно, что приложение импульсного магнитного поля вызывает движение доменных стенок, происходящее одинаково во всех точках пленки. Если топографируемое магнитное поле неоднородно, что для доменных стенок создаются локальные магнитостатические ловушки, период которых равен пространственному периоду неоднородного магнитного поля, при этом ширина доменов также модулируется. Локальные магнитостатические ловушки обеспечивают закрепление доменных стенок.

Описываемый способ не теряет работоспособности вплоть до периода неоднородного магнитного поля, сравнимого с шириной доменной стенки, которая на два порядка меньше, чем ширина доменов. Сверху пространственный период ограничивается только размером поля зрения при наблюдении доменной структуры.

Визуализацию и топографирование неоднородного магнитного поля можно осуществить двумя путями. При длительности импульса магнитного поля Т = Ш/2С и его амплитуде Н_и > Н_нас - Н_см в однородном магнитном поле происходит разрыв полосовых доменов и образование решетки цилиндрических магнитных доменов (ЦМД), которая при многократном повторении импульсов магнитного поля превращается в упорядоченную гексагональную решетку. При наличии магнитостатических ловушек периодичность этой решетки нарушается, причем форма доменов вблизи ловушек искажается (обычно они являются полосовыми с модулированной шириной). В этом случае доменную структуру можно наблюдать (например, используя эффект Фарадея или Керра) как в процессе действия импульсного магнитного поля (при этом решетка ЦМД перемещается как единое целое, а полосовые домены закреплены на магнитостатических ловушках), так и после выключения магнитного поля, когда доменная структура остается "замороженной".

При длительности импульсов магнитного поля Т > Ш/2С и их амплитуде Н_и < Н_нас- - Н_см формирование гексагональной решетки ЦМД не происходит. Топографирование в этом случае осуществляется по наличию мест закрепления доменной структуры. При этом, если время наблюдения доменной структуры много больше периода импульсного магнитного поля, то происходит усреднение изображения движущихся (незакрепленных) полосовых доменов, в то время как закрепленные домены четко видны. Неоднородное поле визуализируется как области, сохраняющие черты доменной структуры, тогда как однородное магнитное поле визуализируется как "серый" фон.

При использовании известного способа визуализация и топографирование неоднородного магнитного поля обеспечивается, если только пространственный период этого поля близок к периоду доменной структуры в доменсодержащей пленке, а разница между максимальным и минимальным значениями неоднородного поля сравнима или превышает поле Н_нас. Способ обеспечивает одновременное повышение чувствительности и расширение пространственных частот при топографировании вследствие использования иного физического эффекта - изменения топологии и/или наличия мест закрепления доменной структуры для визуализации и топографирования неоднородного магнитного поля.

Использование: изобретение относится к области прикладной магнитооптики и может быть использовано для визуализации и топографирования магнитных полей, создаваемых магнитными частицами, содержащимися, например, в лакокрасочных покрытиях. Сущность: в неоднородное магнитное поле от его источника помещают висмутсодержащую монокристаллическую пленку феррит-граната, нанесенную на прозрачную подложку из немагнитного граната. Доменную структуру в пленке наблюдают с помощью поляризационного микроскопа в режиме "на отражение". На пленку воздействуют импульсным магнитным полем от катушек и постоянным магнитным полем от соленоида. Длительность и/или амплитуда импульсного магнитного поля такова, что в момент окончания импульса поля в пленке сохраняется доменная структура. Внешние поля прикладывают перпендикулярно плоскости пленки в одном и том же направлении. Неоднородное магнитное поле создает магнитостатистические ловушки, где закрепляется доменная структура. 2 з.п. ф-лы.

1. СПОСОБ ВИЗУАЛИЗАЦИИ И ТОПОГРАФИРОВАНИЯ НЕОДНОРОДНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ, включающий помещение доменосодержащей пленки в поле и регистрацию в ней доменной структуры, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и расширения пространственных частот при топографировании, на доменосодержащую пленку дополнительно воздействуют импульсным магнитным полем, приложенным перпендикулярно к плоскости доменосодержащей пленки, причем длительность и/или амплитуда импульса магнитного поля таковы, что доменная структура в пленке полностью не исчезает. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на доменосодержащую пленку дополнительно воздействуют постоянным магнитным полем, направленным в ту же сторону, что и импульсное. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что длительность импульсов магнитного поля равна Ш / 2С, где Ш - ширина полосовых доменов в пленке, намагниченность внутри которых направлена противоположно направлению импульсного магнитного поля, С - средняя скорость доменных стенок во время действия импульса магнитного поля.