Диссертация (Гигантский магнитоимпеданс и высокочастотные нелинейные эффекты в магнитомягких проводниках), страница 5

В общем случае выражения для импеданса являются довольно сложными, поэтому в работах [71,7375]был предложен ряд приближений, которые позволяют упростить процедурурасчёта импеданса с учётом влияния обменных взаимодействий. Следует отме-22тить, что предложенные методы позволяют с удовлетворительной точностьюописать наблюдавшиеся в экспериментах частотные зависимости ГМИ, однако,тем не менее, существует ряд существенных расхождений теории и результатовэксперимента [76,77]. Это связано с тем, что во всех моделях не учитываетсясложная доменная структура аморфных материалов [4].1.3. Материалы, в которых проявляется эффект ГМИМагнитомягкие аморфные проволоки интенсивно исследовались, начинаяс 80-х годов прошлого века.

Интерес к таким проволокам, обусловленный ихнеобычными физическими свойствами и перспективами использования дляразличных технических приложений, резко возрос после обнаружения в нихэффекта ГМИ.Наиболее распространённой технологией изготовления аморфных проволок является метод вытягивания из расплава с охлаждением в воде [78,79]. Сутьэтого метода заключается в том, что в расплав с нужным веществом помещаютзатравку, после чего её быстро вытягивают, пропуская через воду.

Типичныйдиаметр изготовляемых таким методом проволок составляет от 80 мкм до160 мкм [80], хотя также были продемонстрированы возможности получениятолстых проволок (диаметром до 300 мкм) и более тонких проволок (диаметромпорядка 30 мкм) [4].Результаты исследования физических свойств аморфных проволок, изготовленных методом вытягивания из расплава с охлаждением в воде, подробноописаны в целом ряде обзорных работ [48,8184]. Вследствие отсутствия кристаллической анизотропии магнитные свойства аморфных проволок определяются, в основном, магнитострикционным эффектом и, следовательно, распределением закалочных напряжений, возникающих при изготовлении образцов.

Взависимости от константы магнитострикции выделяют три группы аморфныхпроволок [79,83]. К первой группе относятся проволоки на основе железа с по5ложительной константой магнитострикции (порядка 10 ), ко второй группе 23проволоки на основе кобальта с отрицательной константой магнитострикции6(порядка 10 ). Третью группу аморфных проволок, в которых эффект ГМИимеет максимальную величину, составляют проволоки на основе сплавов кобальта с малыми добавками железа, которые имеют очень малую отрицательную константу магнитострикции.При изготовлении аморфных проволок методом вытягивания из расплавас охлаждением в воде возникает различие в распределении внутренних напряжений между центральной частью проволоки и её поверхностным слоем[85,86].

Это обстоятельство приводит к зависимости направления лёгкой осинамагниченности от радиальной координаты. Тип доменной структуры определяется знаком и величиной константы магнитострикции [83]. Для аморфныхпроволок на основе железа с положительной константой магнитострикции распределение напряжений приводит к возникновению центральной области (кора) с продольным направлением лёгкой оси и внешней области (оболочки) с радиальным направлением лёгкой оси. При этом кор занимает примерно 70% общего сечения проволоки [80], а на поверхности проволоки возникают замыкающие домены [86]. Такая доменная структура приводит к возникновению эффекта Баркгаузена, который может найти применение в различных техническихприложениях [4,80,83].

Результаты численного моделирования показали, чтопри малой величине константы магнитострикции кор аморфной проволоки разбивается на домены [87].В аморфных проволоках с отрицательной магнитострикцией и с близкойк нулю константой магнитострикции закалочные напряжения и магнитострикционный эффект приводят к возникновению в проволоке кора с продольнойлёгкой осью и оболочки с циркулярной анизотропией [82,88,89]. Кор и оболочка разделены девяностоградусной доменной границей, структура которой былапроанализирована в работах [90,91].

Обычно предполагается, что оболочкааморфных проволок с отрицательной магнитострикцией имеет так называемую«бамбуковую» доменную структуру, которая состоит из чередующихся кольцевых доменов с противоположным направлением намагниченности [79]. Однако,24как было показано в работе [92], для проволок с малой отрицательной магнитострикцией «бамбуковая» доменная структура является метастабильной, а основным состоянием оболочки является структура с однородной по длине проволоки циркулярной намагниченностью.Технология получения микропроволок в стеклянной оболочке была впервые предложена Тейлором в 1924 г.

[93], который продемонстрировал возможность получения различных кристаллических образцов, включая Fe, Cu, Al, Ag,Au и т.д. В 50-ые годы прошлого века эта технология была развита А.В. Улитовским, и в настоящее время метод получения микропроволок в стекляннойоболочке часто называют методом ТейлораУлитовского. Технология изготовления магнитных аморфных микропроволок в стеклянной оболочке впервыебыла представлена в работе [94]. Исследования магнитных свойств микропроволок в стеклянной оболочке начались ещё в 70-ые годы [95,96]. Однако в последующие годы эти исследования были прерваны, так как не возникло интереса к применениям микропроволок для приложений. Вторая стадия исследований микропроволок в стеклянной оболочке началась в 1994 г.

[97]. Возросшийинтерес к микропроволокам обусловлен простотой их изготовления и уникальными магнитными свойствами, такими как магнитная бистабильность, ГМИ,изменение магнитных свойств под влиянием напряжений и т.д. [98].Магнитная структура аморфных микропроволок определяется распределением внутренних напряжений в них вследствие магнитострикционного эффекта [80,99]. В микропроволоках со стеклянным покрытием присутствуют какзакалочные напряжения, так и магнитоупругие напряжения, возникающие награнице металлстекло при остывании расплава из-за различия в коэффициентах теплового расширения аморфного металла и стекла.

При этом магнитоупругие напряжения являются доминирующими [100].Доменная структура аморфных микропроволок в стеклянной оболочкеаналогична структуре аморфных проволок, полученных методом вытягиванияиз расплава с охлаждением в воде, однако имеются некоторые отличия, связанные с влиянием стеклянного покрытия. В случае отрицательной константы25магнитострикции аморфного металла направление лёгкой оси анизотропиивблизи поверхности металлической части микропроволоки является циркулярным. Во внутренней области направление лёгкой оси является радиальным илипродольным, в зависимости от соотношения между магнитоупругой и магнитостатической энергией [101].

При этом область с циркулярной анизотропией занимает практически весь объём металлической жилы [102,103].В большинстве работ магнитные свойства аморфных проволок и микропроволок в стеклянной оболочке описываются в рамках модели короболочка[104107]. При анализе процессов перемагничивания и низкочастотных процессов учитывается, в основном, влияние кора с продольной анизотропией, апри исследовании ГМИ и ферромагнитного резонанса основное внимание уделяется внешней области образца вследствие влияния скин-эффекта. Хотя такоеупрощённое представление доменной структуры позволяет описать основныеособенности поведения аморфных проволок и микропроволок в стекляннойоболочке, некоторые экспериментальные результаты не могут быть объясненыв рамках модели короболочка. В частности, в работе [108] при исследованииГМИ в аморфных микропроволоках в стеклянной оболочке с диаметром металлической части менее 10 мкм было обнаружено, что величина эффекта ГМИ внекоторых случаях возрастала, хотя должна была убывать, согласно представлениям модели.В связи с этим, как было показано в работе [109], необходимо учитыватьещё один элемент доменной структуры аморфных образцов: доменную границумежду кором и оболочкой.

Основными параметрами этой доменной границыявляются её положение и ширина. Проведённое в работе [109] теоретическоерассмотрение выявило существенную зависимость этих параметров доменнойграницы от геометрических размеров образца для аморфных микропроволок смалой магнитострикцией. Было продемонстрировано, что зависимость шириныдоменной границы от толщины стеклянного покрытия является немонотоннойи имеет максимум при толщине покрытия в диапазоне от 6 до 10 мкм. Такая нелинейность зависимости ширины доменной границы от толщины стеклянного26покрытия связана с неоднородностью напряжений, индуцированных в микропроволоке в процессе изготовления, вследствие различия коэффициентов теплового расширения металлической части и стекла [110].Следует отметить, что тепловая и механическая обработка может существенно повлиять на доменные структуры аморфных материалов.