Das Pfauenauge – FORC-Messungen mit dem VSM 8604
Was sind FORC-Messungen?
FORC steht für First-Order-Reversal-Curve und ist eine erweiterte Methode zur magnetischen Charakterisierung von Materialien. Sie ergänzen die Informationen von klassischen Hysterese-Schleifen und ermöglichen detaillierte Einblicke zu den magnetischen Eigenschaften. Hier geht es unter anderem um Fragestellungen wie die Verteilung der Koerzitivfelder, magnetische Wechselwirkungen und reversible bzw. irreversible Magnetisierungsanteile.
Große Verbreitung finden FORC-Messungen unter anderem bei geologischen und geomagnetischen Proben, Nanokomposite-Permanentmagnete und magnetischen Nanomaterialien (Nanodrähte, Nanostrukturen etc.).
Die einzelnen Schritte der FORC-Messungen sind wie folgt:
- Das Material wird in einem Magnetfeld gesättigt (Hsat)
- Das Feld wird auf einen Umkehrpunkt Ha reduziert
- Anschließend wird das Feld in Schritten von Hb zurück zur Sättigung geführt
- Das magnetische Moment wird gemessen
- Durch eine Koordinatentransformation entsteht das FORC-Diagramm. Es werden mit Hc und Hu zwei neue Parameter \(H_{ c }=\frac{H_{ b }-H_{ a }}{2}\) und \(H_{ u }=\frac{H_{ b }+H_{ a }}{2}\) definiert: Hc beinhaltet Informationen zu den Koerzitivfeldern und Hu zu den Wechselwirkungsfeldern. Das FORC-Diagramm ist die gemischte zweite Ableitung („Krümmung“ der Kurve)
Abb. 1: Von der der FORC-Kurve zum FORC-Diagramm
Abb. 2: FORC-Diagramm unserer Beispielmessung mit dem 8604 VSM
Abb. 1 zeigt schematisch das Zustandekommen des FORC-Diagramms aus den einzelnen Messkurven. Ein FORC-Diagramm liefert nicht nur Informationen über die Verteilung von Wechselwirkungs- und Umschaltfeldern, sondern dient auch als eine Art „Fingerabdruck“, der Einblicke in den Domänenzustand und die Art der magnetischen Wechselwirkungen in einem Material gibt. In einem FORC-Diagramm stehen vollständig geschlossene Konturen typischerweise für ein Single-Domain-Verhalten. Offene Konturen, die sich in Richtung der Hu-Achse ausbreiten, deuten auf ein Multi-Domain-Verhalten hin. Eine Kombination aus offenen und geschlossenen Konturen weist auf ein Pseudo-Single-Domain-Verhalten hin.
Der Peak in der FORC-Verteilung liegt meist bei einem Umschaltfeld Hc, das mit der Koerzitivfeldstärke aus einer Hysterese-Messung korreliert. Mehrere Peaks im FORC-Diagramm deuten darauf hin, dass mehrere magnetische Phasen im Material vorhanden sind.
Messbeispiel: Kühlschrankmagnet
- Probe: Vermutlich Eisenoxid
- Messung: >27.000 Datenpunkte in 186 FORC-Kurven. Messzeit:
- 1h 7 min
- System: 8604 mit HF-Polkappen ohne Temperatureinsatz
- Ergebnis: Das FORC-Diagramm (Abb. 2) zeigt detaillierte Informationen über lokale Wechselwirkungen und Koerzitivitätsverteilungen, die mit einer klassischen Hystereseschleife nicht sichtbar wären
Fazit
FORC-Messungen sind ein leistungsfähiges Werkzeug für eine tiefergehende Analyse der magnetischen Eigenschaften, insbesondere bei nanostrukturierten Materialien. Sie liefern Informationen über irreversible Prozesse und magnetische Kopplungen, die für moderne Anwendungen wie Spintronik, Datenspeicherung, Medizintechnik und für die Grundlagenforschung relevant sind.
Für Fragen zu FORC oder den VSM-Systemen der 8600er Familie stehen wir gerne zur Verfügung.
