Element-specific insights into rare-earth permanent magnets – an X-ray spectroscopy and 3D imaging approach
This thesis explores rare-earth permanent magnetic materials via synchrotron-based measurement techniques. The magnetic properties of RE – Co and Nd – Fe – B model systems are discussed. Advanced techniques used for characterization ranged from extended X-ray absorption fine structure over X-ray absorption near-edge spectroscopy and X-ray magnetic circular dichroism to X-ray imaging via magnetic ptychography.
The work demonstrates the coexistence of the SmCo5 and Sm2Co17 phases in thin films stabilized by epitaxial strain energy as thin films. It shows how extended X-ray absorption fine structure analysis can be a powerful tool to quantify phases even in these complex lattices. Furthermore, it studies highly crystalline SmCo5−xCux films grown via molecular beam epitaxy the decoupling of Sm and Co moments with increasing Cu content, using X-ray magnetic circular dichroism and X-ray excited optical luminescence detection technique. Monte Carlo simulations for sum rules give an insight into the complex behavior of the Sm magnetic dipole term ⟨Tz⟩.
This work also extends the knowledge of (Y,Ce)Co5 by X-ray absorption spectroscopy and how the electronic structure correlates to the magnetic structure using extended X-ray absorption fine structure analysis and X-ray absorption near-edge spectroscopy in the hard and soft X-ray region, as well as X-ray magnetic dichroism calculations.
This work expands the domain structure observations from the surface to the bulk, showcasing the utility of magnetic laminography in non-destructive domain studies in permanent magnetic samples. It demonstrates the reconstruction of the 3D magnetic structure in hot-deformed highly anisotropic Nd2Fe14B, with a spatial resolution of approximately 450 nm. Interaction domains along the c-axis exhibit a stripe-like alignment across grains, while other directions reveal intricate interconnected domains.
Diese Arbeit untersucht Dauermagnetmaterialien basierend auf Seltenen Erden mithilfe von Synchrotron-basierten Messverfahren. Die magnetischen Eigenschaften der Modellsysteme RE – Co und Nd – Fe – B werden diskutiert. Fortgeschrittene Techniken zur Charakterisierung reichen von erweitertem Röntgenabsorptionsfein- struktur über -absorption und -magnetischezirkulardichroismus bis hin zu Röntgen- bildgebung mittels magnetischer Ptychographie.
Die Arbeit zeigt die Koexistenz der SmCo5- und Sm2Co17-Phasen in dünnen Filmen, die durch epitaktische Dehnungsenergie in Dünnschichten stabilisiert sind. Sie zeigt, wie die Analyse der erweiterten Röntgenabsorptionsfeinstruktur ein leistungsstarkes Werkzeug zur Quantifizierung von diesen komplexen Phasen sein kann. Darüber hinaus untersucht sie hoch kristalline SmCo5−xCux-Filme, die ebenfalls mittels Molekularstrahlepitaxie gewachsen sind, und die Entkopplung der Sm- und Co-Momente mit zunehmendem Cu-Gehalt unter Verwendung von Röntgenmagnetischem Zirkulardichroismus und der Technik der röntgenangeregten optischen Lumineszenzdetektion. Monte-Carlo-Simulationen für Summenregeln geben Einblick in das komplexe Verhalten des magnetischen Dipolterms ⟨Tz⟩ von Sm.
Diese Arbeit erweitert auch das Wissen über (Y, Ce)Co5 durch Röntgenabsorptionsspektroskopie und zeigt, wie die elektronische Struktur mit der magnetischen Struktur in Beziehung steht, unter Verwendung von erweiterter Röntgenabsorptionsfeinstrukturanalyse und Röntgenabsorption im weichen und harten Röntgenbereich sowie Berechnungen zum Röntgenmagnetischen Dichroismus.
Diese Arbeit erweitert ebenfalls die Beobachtungen der Domänenstruktur von der Oberfläche in den Volumen-Bereich und zeigt die Nützlichkeit der magnetischen Laminographie in nicht-destruktiven Domänenstudien an Permanentmagnetproben. Sie zeigt die Rekonstruktion der 3D-Magnetstruktur in heißverformtem, stark anisotropem Nd2Fe14B mit einer räumlichen Auflösung von etwa 450 nm. Sogenannte Wechselwirkungsdomänenen entlang der c-Achse zeigen eine streifenartige Ausrichtung über die Körner hinweg, während andere Richtungen komplexe miteinander verbundene Domänen offenbaren.