The large magneto-crystalline anisotropy energy of the L10 phase has pushed the interest to the FePt nanoparticles to get smallest possible not superparamagnetic particles for magnetic data storage media. The DC magnetron sputtering process, in an inert gas atmosphere and subsequently ejection into high vacuum via differential pumping in addition with a newly constructed light furnace, allows us to have a predeposition annealing of FePt nanoparticles. The advantage compared to wet chemical process route is, that we can prevent the growing of particles on a substrate.
In order to determine the experimentally hardly accessible temperature of the particles, the thermal history of the particles is rather calculated from the interaction with the light field along the flight path through the light furnace used for the in-flight annealing. The results obtained for the particle temperature are corroborated by experimental findings on the sintering of agglomerated particles and change in magnetic properties due to heating over the L10 stability temperature. The experiments reveal that the effect of the thermal treatment on both the structural and magnetic properties of the FePt nanoparticles strongly depends on the particles’ crystal structure. The magnetic behavior shows a size depending effective uniaxial magnetic anisotropy constant. This behavior is strongly correlated to the structure of the 5 nm to 8 nm L10 FePt particle.:Einleitung
1 Grundlagen
1.1 Eisen-Platin Nanopartikel
1.1.1 Das System Eisen-Platin
1.1.2 Die A1 - L10 Phasenumwandlung
1.1.3 Größeneinflüsse auf Phasenstabilität und strukturelle Allotropie
1.2 Magnetische Eigenschaften
1.2.1 Magnetokristalline Anisotropieenergie
1.2.2 Ummagnetisierungsverhalten nach Stoner-Wohlfarth (SW)
1.2.3 Ummagnetisierungsverhalten mit kubischer Anisotropie
1.2.4 Skalierungseffekte - Superparamagnetismus
1.2.5 Magnetische Wechselwirkungen zwischen Partikeln
1.3 Nanopartikelentstehung und Thermodynamik der Phasenbildung
1.3.1 Nukleation von Nanopartikeln aus der Gasphase
1.3.2 Partikelwachstum
1.4 Definition der Fragestellung
2 Experimentelles und Methoden
2.1 Das Nanopartikel-Depositions-System
2.2 Konstruktion und Aufbau des Lichtofens
2.2.1 Vermessung der Lichtofenleistung
2.2.2 Justage des Lichtofens
2.3 Optische Wärmebehandlung von Nanopartikeln
2.3.1 Wärmeströme
2.3.2 Absorptionsquerschnitt
2.3.3 Dielektrische Funktion
2.3.4 Schwarzkörperstrahlung
2.3.4.1 Beschreibung des Spektrums von Halogenlampen
2.3.4.2 Abstrahlungsleistung von Nanopartikeln
2.4 Berechnung der Partikeltemperatur
2.4.1 Optische Konstanten für L10-FePt Nanopartikel
2.4.2 Strahlungsverhalten freier Partikel
2.4.3 Numerische Berechnung der Partikelgeschwindigkeit
2.4.4 Experimentelle Bestimmung der Wärmekapazität von FePt
2.4.5 Bestimmung der Partikeltemperatur durch iterative Integration
2.4.6 Zusammenfassende Bewertung zum Optischen Heizen
2.5 Charakterisierung mittels TEM- und HRTEM-Analysen
2.5.1 Bestimmung der Größenverteilung
2.5.2 Bestimmung des Agglomerationsgrades
2.5.3 Auswertung der Kristallstruktur mittels HRTEM
2.6 Magnetisierungsmessungen
2.6.1 Magnetische Charakterisierung mittels VSM-Messungen
2.6.2 Messung der Hysterese-Schleife
2.6.3 Remanenzanalyse
3 Sintern von Partikeln
3.1 Optisches Heizen im Flug
3.2 Diskussion
4 Optimierung der Herstellungsparameter anhand HRTEM-Strukturanalyse
4.1 Einzelpartikel
4.1.1 Ungeheizte Einzelpartikel
4.1.2 Geheizte Einzelpartikel
4.2 Partikel-Agglomerate
4.2.1 Ungeheizte Agglomerate
4.2.2 Geheizte Agglomerate mit hohem Targetalter
4.2.3 Geheizte Agglomerate mit geringem Targetalter
4.3 Diskussion
5 Magnetische Eigenschaften geheizter Partikel
5.1 Einfluss der Wärmebehandlung auf die magnetische Hysterese
5.1.1 Überheizen kleiner Partikel
5.1.2 Überheizen großer Partikel
5.2 Magnetisierungsprozess
5.2.1 Messung des Remanenzverhaltens kleiner und großer Partikel
5.2.2 Temperaturabhängigkeit der Schaltfeldverteilung
5.3 Diskussion
6 Korrelation der effektiven Anisotropie mit der Partikelgrößenverteilung
6.1 Bestimmung der effektiven uniaxialen und kubischen Anisotropieverteilung
6.2 Korrelation der Partikelgröße mit der Anisotropie für kleine Partikel
6.3 Korrelation der Partikelgröße mit der Anisotropie für große Partikel
6.4 Diskussion
7 Zusammenfassung
Literaturverzeichnis
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:26295 |
| Date | 31 August 2012 |
| Creators | Mohn, Elias |
| Contributors | Schultz, Ludwig, Albrecht, Manfred, Technische Universität Dresden |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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