Микромагнитные расчеты доменной структуры субмикронных и микронных зерен магнетита

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Детально исследована эволюция доменной структуры (ДС) кубических частиц магнетита субмикронных и микронных размеров при охлаждении образцов от температуры Кюри Тс до комнатной температуры Тr и обратном их нагреве до Тс с целью определения степени необратимости изменений ДС при термообработке образцов и их возможного влияния на свойства термоостаточной намагниченности (TRM). Показано, что типичные магнитные конфигурации в частицах размера до 2 мкм представлены формами flower или vortex с одним или двумя вихрями. Предложена модель образования термоостаточной намагниченности в субмикронных псевдооднодоменных частицах на основе расширения термофлуктуационной модели Нееля механизма приобретения TRM, предложенной им для однодоменных зерен. Согласно этой модели, в малых псевдооднодоменных частицах наблюдается равенство блокирующих и деблокирующих температур, и соответственно в них должны выполняться законы Телье аддитивности и независимости pTRM.

Об авторах

В. П. Щербаков

Геофизическая обсерватория “Борок” Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: shcherbakovv@list.ru
Россия, Ярославская область, п. Борок

Н. К. Сычева

Геофизическая обсерватория “Борок” Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: sycheva@borok.yar.ru
Россия, Ярославская область, п. Борок

Список литературы

  1. Афремов Л.Л., Панов А.В. Остаточная намагниченность ультрадисперсных магнетиков. Владивосток: изд-во Дальневосточного университета. 2004. 192 с.
  2. Белоконь В.И., Харитонский П.В. Оценка влияния магнитостатического взаимодействия частиц на постседиментационную намагниченность // Изв. АН СССР. Сер. Физика Земли. 1985. № 9. С. 106–109.
  3. Большаков А.С, Щербакова В.В. Термомагнитный критерий определения доменной структуры ферромагнетиков // Изв. АН СССР. Сер. Физика Земли. 1979. № 2. С. 38–47.
  4. Щербаков В.П., Сычева Н.К. Численное моделирование доменной структуры зерен магнетита субмикронных размеров // Физика Земли. 2001. № 4. С. 62–73.
  5. Щербаков В.П., Щербакова В.В. О магнитостатическом взаимодействии в системе однодоменных зерен // Изв. АН СССР. Сер. Физика Земли. 1975. № 9. С. 101–104.
  6. Almeida T.P., Kasama T., Muxworthy A.R., Williams W., Nagy L., Dunin-Borkowski R. E. Observing thermomagnetic stability of nonideal magnetite particles: Good paleomagnetic recorders? // Geophys. Res. Lett. 2014. V. 41. P. 7041–7047. https://doi.org/10.1002/2014GL061432
  7. Almeida T.P., Muxworthy A.R., Kovács A., Williams W., Nagy L., Conbhuí P.Ó., Frandsen C., Supakulopas R., Dunin-Borkowski R.E. Direct observation of the thermal demagnetization of magnetic vortex structures in nonideal magnetite recorders // Geophys. Res. Lett. 2016. V. 43. P. 8426–8434. https://doi.org/10.1002/2016GL070074
  8. Bisotti M.-A., Cortés-Ortuño D., Pepper R., Wang W., Beg M., Kluyver T., Fangohr H. Fidimag - A Finite Difference Atomistic and Micromagnetic Simulation Package // J. Open Research Software. 2018. V. 6(1). P. 22. https://doi.org/10.5334/jors.223
  9. Dunlop D.J., Özdemir Ö. Rock Magnetism: Fundamentals and Frontiers. Cambridge: Cambridge University Press. 1997. 573 p. https://doi.org/10.1017/CBO9780511612794
  10. Dunlop D.J. The Hunting of the “Psark” // J. Geomagn. Geoelektr. 1977. V. 29. P. 293–318.
  11. Eisenstein I., Aharoni A. Magnetization curling in superparamagnetic spheres // Phys. Review. 1976. V. B.14.5. P. 2078–2095.
  12. Enkin R.J., Dunlop D.J. A micromagnetic study of pseudo-single-domain remanence in magnetite // J. Geophys. Res. 1987. V. 92. P. 12726–12740.
  13. Fabian K., Kirchner A., Williams W., Heider F., Leib1 T., Huber A. Three-dimensional micromagnetic calculations for magnetite using FFT // Geophys. J. Int. 1996. V. 124. P. 89–104.
  14. Fabian K. A theoretical treatment of paleointensity determination experiments on rocks containing pseudo-single or multi domain magnetic particles // Earth and Planetary Science Letters. 2001. V. 188 (1–2). P. 45–58. https://doi.org/10.1016/S0012-821X(01)00313-2
  15. Fabian K. A theoretical treatment of paleointensity determination experiments on rocks containing pseudo-single or multi domain magnetic particles // Earth and Planetary Science Letters. 2001. V. 188 (1–2). P. 45–58. https://doi.org/10.1016/S0012-821X(01)00313-2
  16. Fabian K., Shcherbakov V.P. Energy barriers in three-dimensional micromagnetic models and the physics of thermoviscous magnetization // Geophys. J. Int. 2018. V. 215. P. 314–324. https://doi.org/10.1093/gji/ggy285
  17. Fu S., Cui W., Hu M., Chang R., Donahue M.J., Lomakin V. Finite-difference micromagnetic solvers with the object-oriented micromagnetic framework on Graphics Processing Units // IEEE Transactions on Magnetics. 2016. V. 52(4). № 7100109. https://doi.org/10.1109/TMAG.2015.2503262
  18. Fukuma K., Dunlop D.J. Three-dimensional micromagnetic modeling of randomly oriented magnetite grains (0.03–0.3 mm) // J. Geophys. Res. 2006. V. 111. B12S11. https://doi.org/10.1029/2006JB004562
  19. Heide F., Williams W. Note on temperature dependence of exchange constant in magnetite // Geophys. Res. Lett. 1988. V. 15(2). P. 184–187. https://doi.org/10.1029/GL015i002p00184
  20. Khakhalova E., Moskowitz B.M., Williams W., Biedermann A.R., Solheid P. Magnetic vortex states in small octahedral particles of intermediate titanomagnetite // Geochemistry, Geophysics, Geosystems. 2018. V. 19. P. 3071–3083. https://doi.org/10.1029/2018GC007723
  21. Landau L., Lifshitz E. On the theory of the dispersion of magnetic permeability in ferromagnetic bodies // Phys. Z. Sowietunion. 1935. V. 8. P. 153–169.
  22. Lascu I., Einsle J.F., Ball M.R., Harrison R.J. The vortex state in geologic materials: A micromagnetic perspective // J. Geophysical Research: Solid Earth. 2018. V. 123. P. 7285–7304. https://doi.org/10.1029/2018JB015909
  23. Leliaert J., Dvornik M., Mulkers J., De Clercq J., Milošević M.V., Van Waeyenberge B. Fast micromagnetic simulations on GPU—recent advances made with mumax3 // J. Phys. D: Appl. Phys. 2018. V. 51. 123002 (31pp). https://doi.org/10.1088/1361-6463/aaab1c
  24. McClelland E., Sugiura N. A kinematic model of TRM acquisition in multidomain magnetite // Phys. Earth Planet. Inter. 1987. V. 46. P. 9–23.
  25. McClelland E., Shcherbakov V.P. Metastability of domain state in multidomain magnetite: Consequences for remanence acquisition // J. Geophys. Res. 1995. V. 100. P. 3841–3857. https://doi.org/10.1029/94JB02772
  26. Moon T.S., Merrill R.T. The magnetic moment of nonuniformly magnetized grains // Phys. Earth Planet. Inter. 1984. V. 34. P. 186–194.
  27. Moon T.S., Merrill R.T. Nucleation theory and domain states in multidomain magnetic material // Phys. Earth Planet. Inter. 1985. V. 37. P. 214–222.
  28. Moon T.S., Merrill R.T. Single-Domain Theory of Remanent Magnetization // J. Geophys. Res. 1988. V. 93. B8. P. 9202–9210.
  29. Nagy L., Williams W., Muxworthy A.R., Fabian K., Almeida T.P., Conbhuí P.Ó., Shcherbakov V.P. Stability of equidimensional pseudo–single-domain magnetite over billion-year timescales // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2017. V. 114. P. 10356–10360. https://doi.org/10.1073/pnas.1708344114
  30. Nagy L., Williams W., Tauxe L., Muxworthy A. From nano to micro: Evolution of magnetic domain structures in multidomain magnetite // Geochemistry, Geophysics, Geosystems. 2019. V. 20. P. 2907–2918. https://doi.org/10.1029/2019GC008319
  31. Néel L. Some theoretical aspects of rock-magnetism // Advances in Physics. 1955. V. 4(14). P. 191–243. https://doi.org/10.1080/00018735500101204
  32. Conbhuí Ó.P., Williams W., Fabian K., Ridley P., Nagy L., Muxworthy A.R. MERRILL: Micromagnetic earth related robust interpreted language laboratory // Geochemistry, Geophysics, Geosystems. 2018. V. 19. P. 1080–1106. https://doi.org/10.1002/2017GC007279
  33. Rave W., Fabian K., Hubert A. Magnetic states of small cubic particles with uniaxial anisotropy // J. Magnetism and Magnetic Materials. 1998. V. 190(3). P. 332–348. https://doi.org/10.1016/S0304-8853(98)00328-X
  34. Schmidt V.A. A multidomain model of thermoremanence // Earth and planet. Sci. Lett. 1973. V. 20. P. 440–446.
  35. Shcherbakov V.P., Taraschan S.A., Lamash B.E. Domain structure of PSD and MD grains and its temperature dependence // Phys. Earth Planet. Inter. 1990a. V. 63. P. 23–31.
  36. Shcherbakov V.P., Schmidt P.W., Sycheva N.K., Lamash B.E. Micromagnetic formulation for the personal computer // Phys. Earth Planet. Inter. 1990b. V. 65. P. 15–27.
  37. Shcherbakov V.P., McClelland E., Shcherbakova V.V. A model of multidomain thermoremanent magnetization incorporating temperature-variable domain structure // J. Geophysical Research. 1993. V. 98(B4). P. 6201–6216. https://doi.org/10.1029/92JB02572
  38. Shcherbakov V.P., Shcherbakova V.V. On suitability of the Thellier method of paleointensity determinations to pseudosingledomain and multidomain grains // Geophys. J. Int. 2001. V. 146. P. 20–30. https://doi.org/10.1046/j.0956_540x.2001.01421.x
  39. Shcherbakov V.P., Lhuillier F., Sycheva N.K. Exact Analytical Solutions for Kinetic Equations Describing Thermochemical Remanence Acquisition for Single-Domain Grains: Implications for Absolute Paleointensity Determinations // J. Geophys. Res. Solid Earth. 2021. V. 126. № 5. P. 1–24. https://doi.org/10.1029/2020JB021536
  40. Shcherbakova V.V., Shcherbakov V.P., Heider F. Properties of partial thermoremanent magnetization in PSD and MD magnetite grains // J. Geophys. Res. 2000. V. 105. P. 767–782.
  41. Thellier E., Thellier O. Sur l’intensité du champ magnétique terrestre dans le passé historique et géologique // Ann. Géophys. 1959. V. 15. P. 285–376.
  42. Williams W., Dunlop D.J. Three-dimensional micromagnetic modelling of ferromagnetic domain structure // Nature. 1989. V. 337. P. 634–637.

© Российская академия наук, 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».