Magnetismo de nanocristales de cobalto en una matriz amorfa

Abstract

En este trabajo de investigación se estudian dos aleaciones de Co y B, de composiciones Co80B20 y Co75B25, que originalmente son de estructura amorfa y se han fabricado mediante la técnica de enfriamiento ultrarrápido o melt-spinning. En primer lugar se presenta el estudio de la cristalización de los dos amorfos. Para ello se utilizan técnicas clásicas en los estudios de cristalización de amorfos, como son la calorimetría diferencial de barrido y la microscopía electrónica, así como una caracterización magnética que proporciona en algunos casos información muy difícil de obtener mediante las anteriores técnicas mencionadas. La cristalización del Co80B20 es sorprendentemente compleja ya que a lo largo de todo el proceso aparecen hasta tres compuestos distintos, Co, Co3B y Co2B, en otras tantas transformaciones bien diferenciadas, siendo esto inusual en un sistema binario. Algunas características de la cristalización, como por ejemplo el origen del Co2B, la descomposición del Co3B y la peculiar dependencia con el ritmo de calentamiento de las fracciones volumétricas cristalizadas en cada una de las transformaciones, sólo han podido ser bien determinadas mediante técnicas que no se suelen utilizar en este tipo de estudios, como son las medidas de la dependencia térmica de la imanación. En la primera etapa de cristalización aparecen unos granos de Co de tamaño nanométrico, algunos de los cuales tienen una interesante estructura microscópica: la disposición atómica es fcc on una densidad de defectos de apilamiento en los planos (111) muy alta, que le da al cristal un carácter mixto entre las estructuras fcc y la hcp de cobalto cristalino. El C075B25 experimentan un proceso de cristalización mucho más sencillo, ya que lo hace polimórficamente en Co3B. Sin embargo, la posterior evolución de esta fase de Co3B al aumentar la temperatura no sigue la reacción de descomposición de equilibrio Co3B - Co2B + Co. Las peculiaridades encontradas en ambos sistemas se han podido explicar a partir del papel que juega la presencia, en el caso del Co80B20, o ausencia, en el caso del Co75B25, de los granos nanocristalinos de Co. A continuación se estudia un sistema obtenido en la primera etapa de cristalización del Co80B20, que consiste en cristales nanométricos de Co dispersos en una matriz ferromagnética de CoB. El estudio se centra en averiguar las características de la interacción magnética entre los granos y la matriz amorfa. La disminución anomala del campo coercitivo con la temperatura, así como el comportamiento térmico de la imanación y susceptibilidad y la forma de los ciclos de histéresis, son debidos al debilitamiento del acoplamiento por canje entre los granos y la matriz al aumentar la temperatura. Se propone que dicho debilitamiento es debido al carácter paramagnético de la interfase granos-matriz, y en base a esta hipótesis se desarrolla un modelo del campo coercitivo que reproduce con precisión los resultados experimentales. Por último, se describe un comportamiento anómalo que presentan las dos composiciones amorfas, consistente en un mínimo de la imanación a baja temperatura y bajo campo. Se presenta en el capítulo una caracterización experimental detallada de la fenomelología asociada al mínimo, así como una interpretación basada en la existencia de fluctuaciones de la imanación originadas por tensiones internas.