Диссертация (Гигантский магнитоимпеданс и высокочастотные нелинейные эффекты в магнитомягких проводниках), страница 9

Исследованию этого эффекта в прошедшие годы было уделено большое внимание.В настоящее время известны три механизма, приводящие к асимметрии взависимости импеданса от внешнего поля [265]. Первый механизм связан спропусканием по магнитомягкому образцу дополнительного постоянного тока.Этот механизм впервые был исследован в аморфных проволоках на основе кобальта, к которым были приложены скручивающие напряжения [266,267].

Аналогичный эффект наблюдался также в аморфных лентах [268], в аморфныхпроволоках, отожжённых в поле тока [269274], и в аморфных микропроволо-41ках в стеклянной оболочке [213,243,275279]. Возникновение асимметрии связано с взаимодействием между циркулярным полем постоянного тока и геликоидальной анизотропией в проволоке.В отсутствие постоянного тока наблюдалась симметричная зависимостьимпеданса от внешнего поля с двумя максимумами. При увеличении постоянного тока один из максимумов уменьшался, а второй увеличивался, в зависимости от направления постоянного тока. При этом положения максимумов импеданса практически не изменялись.

С увеличением частоты возбуждающего токаасимметрия возрастала, достигала максимума и затем уменьшалась. Кроме того, в зависимости от постоянного тока асимметрия также имела максимум прификсированной частоте. Для высоких частот этот максимум сдвигался в сторону более высоких значений постоянного тока [269].Основанное на представлении о тензоре поверхностного импеданса теоретическое описание асимметричного ГМИ, обусловленного пропусканием через проволоку постоянного тока, было предложено в работах [63,237,280]. Циркулярное поле, индуцированное постоянным током, приводит к асимметрии визменении намагниченности во внешнем поле и, соответственно, к асимметриив зависимости импеданса от поля. Было показано, что если циркулярное полепостоянного тока превышает некоторое пороговое значение, зависящее от поляанизотропии и угла отклонения оси анизотропии от азимутального направления, в зависимости импеданса от поля возникает большая асимметрия.

Следуетотметить, что с точки зрения приложений этот механизм асимметричного ГМИимеет недостаток, связанный с дополнительным потреблением энергии.Второй механизм асимметричного ГМИ связан с использованием продольного переменного магнитного поля, приложенного к магнитомягкому образцу, возбуждаемому переменным током. Этот механизм был систематическиисследован для аморфных проволок на основе кобальта [280284]. Продольноепеременное магнитное поле создавалось катушкой, через которую пропускалсяток последовательно с исследуемой проволокой. Асимметричный ГМИ возникал вследствие взаимодействия геликоидальной анизотропии проволоки и про-42дольного магнитного поля, то есть из-за «смешивания» диагональной и недиагональной компонент тензора поверхностного импеданса [285]. Асимметрияможет контролироваться отношением продольного переменного поля к циркулярному полю тока, при помощи изменения числа витков в возбуждающей катушке.

При этом максимальные асимметрия в ГМИ и чувствительность квнешнему полю достигаются, когда это отношение максимально (эффект Маттеучи [83,286]).Третий механизм асимметричного ГМИ был обнаружен в лентахCoFeNiBSi при исследовании влияния отжига в продольном магнитном поле намагнитоимпеданс [287,288]. Зависимость импеданса неотожжённой аморфнойленты от внешнего поля имела симметричный характер. Асимметрия в ГМИвозникала, когда ленты отжигались на воздухе при температуре 350  380C вприсутствии слабого магнитного поля (0.05  3 Э), направленного вдоль осиленты [287294].

При относительно малых частотах зависимость ГМИ от поляпроявляла скачкообразное изменение вблизи нулевого внешнего поля (такназываемый «ГМИ вентиль»). При высоких частотах наблюдалась асимметричная зависимость импеданса от поля с двумя максимумами. Максимальное значение импеданса наблюдалось в поле, направление которого совпадало снаправлением поля отжига. Следует отметить, что асимметрия в зависимостиимпеданса от поля изменялась на противоположную, если в экспериментахприложенное внешнее поле превышало несколько сотен эрстед [291].Так как в лентах, отожжённых в вакууме, асимметричный ГМИ ненаблюдался, было сделано предположение, что возникновение асимметрии связано с окислением и кристаллизацией поверхностного слоя ленты.

Известно,что отжиг на воздухе приводит к появлению асимметрии кривых намагниченности, которая связана с обменным или магнитостатическим взаимодействиеммежду аморфной частью ленты и поверхностными магнитожёсткими кристаллическими слоями [295]. Вследствие присутствия магнитного поля при отжиге,кристаллиты упорядочиваются, что приводит к возникновению однонаправленной анизотропии на поверхности ленты.

Так как кристаллический слой являет-43ся магнитожёстким, кристаллиты остаются упорядоченными вплоть до больших значений внешнего поля. Характеристики аморфной и кристаллическойфаз в лентах на основе кобальта, отожжённых в продольном магнитном поле,были проанализированы при помощи магнитооптического эффекта Керра[296,297]. В этих экспериментах был обнаружен сдвиг кривых намагниченности аморфной фазы в области малых полей, который может быть связан с обменным или магнитостатическим взаимодействием между двумя фазами.Хотя асимметричный ГМИ в аморфных лентах с поверхностными кристаллическими слоями исследован экспериментально достаточно подробно, донастоящего времени отсутствовало адекватное теоретическое описание данногоэффекта.

В работах [298300] была сделана попытка объяснить возникновениеасимметричного ГМИ в лентах в рамках квазистатической модели, в которойдля описания взаимодействия между аморфной и кристаллической фазами было введено эффективное поле сдвига. Однако, как было показано в [301],наблюдавшаяся в эксперименте асимметрия ГМИ не может быть объяснена впредложенной модели при выборе разумных значений величины и ориентацииполя сдвига. Кроме того, используя модель [298], невозможно описать изменение зависимости импеданса от частоты. Отметим также, что в модели не учитывалось влияние конечной толщины кристаллического слоя на асимметричный ГМИ.

В работе [302] была предложена феноменологическая модель дляописания асимметричного ГМИ в полубесконечной ленте, основанная на совместном решении уравнений Максвелла и уравнения ЛандауЛифшица. С учётом обменных взаимодействий для изотропной ленты проблема расчёта импеданса была сведена к численному решению дифференциального уравнения дляраспределения магнитного поля в ленте. Однако заложенное в модели предположение о ферромагнитном обменном взаимодействии между кристаллическойи аморфной фазой не позволило качественно описать наблюдавшиеся в эксперименте зависимости импеданса ленты от поля.Асимметричный ГМИ, связанный с взаимодействием между аморфной икристаллической фазами, наблюдался также в аморфных проволоках на основе44кобальта, отожжённых на воздухе в поле постоянного тока [303]. Магнитостатические данные и результаты исследования зависимости импеданса от поляпоказали, что такой отжиг приводит к кристаллизации поверхностного слояпроволоки.

Магнитное поле тока отжига индуцирует циркулярную однонаправленную анизотропию в поверхностном слое, и наблюдавшийся асимметричныйГМИ был объяснён обменным взаимодействием между поверхностным слоем иаморфной областью.Асимметричный магнитоиндуктивный эффект возникает в аморфныхпроволоках CoFeSiB, отожжённых в продольном магнитном поле, [304]. Сдвигв кривой намагничивания проволоки был объяснён магнитостатическим взаимодействием нанокристаллической и аморфной фаз. Однако асимметричнуюзависимость индуктивной части импеданса от внешнего поля не удалось описать в рамках представления о магнитостатическом взаимодействии между фазами, и обнаруженный асимметричный магнитоиндуктивный эффект былназван аномальным [304].

Большая асимметрия в петлях гистерезиса и резкоеувеличение магнитной восприимчивости в малых полях были обнаружены вотожжённых проволоках на основе железа [305]. Такое поведение намагниченности и магнитной восприимчивости было описано в рамках модели, учитывающей магнитостатическое взаимодействие между двумя фазами [306].Асимметричный ГМИ недавно был обнаружен также в многослойныхпроволоках [307], получаемых при помощи комбинации различных методов изготовления: метода ТейлораЮлитовского, напыления и электролитическогоосаждения [308,309].

Стандартная процедура изготовления таких проволок состоит в электролитическом осаждении магнитожёсткого слоя CoNi на магнитомягкую микропроволоку в стеклянной оболочке с напылённым на неё тонкимслоем золота [310,311]. Особенностью многослойных проволок является магнитостатическая связь между внешним слоем и магнитомягкой областью. Исследования кривых намагничивания многослойных проволок показали, что магнитостатическое взаимодействие приводит к сдвигу и изменению формы петлейгистерезиса [311314], которые наблюдаются, когда магнитожёсткая оболочка45намагничена до состояния насыщения. Наличие поля сдвига в центральной части проволоки приводит к возникновению асимметрии в зависимости импеданса от внешнего поля, аналогичной асимметричному ГМИ в проволоках с геликоидальной анизотропией в присутствии постоянного тока [307].1.7.