Отзыв оппонента Шаврова (Гигантский магнитоимпеданс и высокочастотные нелинейные эффекты в магнитомягких проводниках)

официального оппонента на диссертационную работу Н.А. Бузникова «Гигантский магнитоимпеданс и высокочастотные нелинейные эффекты в магнитомягких проводниках», представленную на соискание ученой степени доктора физико-математических наук по специальности 01.04.11 — Физика магнитных явлений Обнаруженный двадцать лет назад в аморфных проволоках и лентах эффект гигантского магнитоимпеданса (ГМИ) привлек большое внимание исследователей во всем мире. Интерес к ГМИ связан как с фундаментальной проблемой исследования высокочастотных свойств магнитомягких материалов, так и с широкими перспективами применения этого эффекта для создания высокочувствительных сенсоров магнитного поля и управляемых магнитным полем высокочастотных устройств.

Следует отметить также важность исследования проводников, в которых проявляется эффект ГМИ, так как они представляют собой новый класс аморфных и наноструктурных магнитомягких материалов, свойства которых мало изучены. В диссертации Н.А. Бузникова последовательно и систематически теоретически исследуется эффект ГМИ и связанные с ним высокочастотные явления в магнитомягких проводниках с различной структурой и геометрией.

Работа Н.А. Бузникова, безусловно, является актуальной как в фундаментальном отношении, так и с точки зрения прикладных аспектов. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения и списка цитируемой литературы, состоящего из 408 наименований. Отдельно приведен список публикаций автора по теме диссертационной работы.

Во Введении обоснована актуальность темы исследования, перечислены цели и задачи работы, показана ее научная новизна, практическая значимость и достоверность. Указан личный вклад автора, перечислены конференции, на которых были представлены результаты работы (22 устных и стендовых доклада на российских и международных конференциях). Первая глава диссертации содержит обзор литературы по исследованиям ГМИ. В обзоре детально проанализирована совокупность предшествующих работ по теоретическому моделированию ГМИ в различных материалах и приведен подробный анализ исследований магнитных свойств проводников, в которых наблюдался эффект ГМИ.

Также в первой главе представлен анализ работ, посвященных исследованию нелинейного магнитоимпеданса, возникающего при сравнительно больших амплитудах возбуждающего тока, и приведен краткий анализ различных приложений датчиков на основе ГМИ. Вторая глава посвящена теоретическому исследованию магнитоимпеданса в так называемых композитных проволоках, имеющих немагнитную центральную часть, покрытую слоем магнитомягкого материала. Автором предложена методика расчета распределения полей в композитной проволоке, основанная на совместном решении уравнений Максвелла и уравнения Ландау — Лифшица, и получены асимптотические выражения для диагональной и недиагональной компонент импеданса при высоких и низких частотах.

Продемонстрировано, что максимальная чувствительность импеданса к полю достигается при циркулярной анизотроп ни в магнитном слое. Проанализировано также поглощение микроволнового излучения композитной проволокой и зависимость поглощения от внешнего магнитного поля. Впервые продемонстрировано влияние доменной структуры магнитного слоя композитной проволоки на зависимость поглощения микроволнового излучения от поля. Автором установлено, что при однодоменной структуре магнитного слоя поглощение микроволнового излучения монотонно изменяется с увеличением поля, а существование регулярной доменной структуры приводит к возникновению минимума в зависимости поглощения от поля. В заключительном разделе главы проведен теоретический анализ влияния изолирующего слоя между центральной немагнитной областью и поверхностным магнитным слоем на магнитоимпеданс композитной проволоки.

Показано, что наличие изолирующего слоя приводит к существенному возрастанию недиагонального магнитоимпеданса, измеряемого катушкой, намотанной на исследуемую проволоку. В третьей главе проведено теоретическое исследование асимметричного ГМИ в аморфных проводниках с поверхностными нанокристаллическими слоями, которые возникают при отжиге аморфных материалов в присутствии внешнего магнитного поля или тока. Впервые установлено, что асимметрия зависимости импеданса аморфной ленты с поверхностными нанокристаллическими слоями от внешнего поля обусловлена магнитостатическим взаимодействием между поверхностным слоем и аморфной частью ленты, и объяснены наблюдавшиеся в эксперименте изменения асимметричного ГМИ с увеличением частоты возбуждающего тока.

Автором продемонстрировано также, что асимметрия в зависимости импеданса от внешнего поля возникает, когда поле анизотропии в поверхностном нанокристаллическом слое отклоняется от продольного направления, и предложено физическое объяснение механизма возникновения такого отклонения. В разделе 3.3 представлено теоретическое описание зависимости недиагонального магнитоимпеданса магнитомягкой ленты от внешнего поля, Установлено, что возникновение недиагонального магнитоимпеданса в ленте связано с асимметрией в статическом распределении намагниченности вследствие различной толщины поверхностных нанокристаллических слоев.

Проведенное моделирование позволило описать зависимости асимметричного недиагонального импеданса, наблюдавшиеся экспериментально, а также предсказать изменение этого эффекта при уменьшении толщины поверхностных слоев. Продемонстрировано также, что появление второй гармоники в недиагональном магнитоимпедансе аморфной ленты связано с особенностями динамики изменения намагниченности в ней под действием поля переменного тока. Четвертая глава посвящена исследованию частотного спектра сигнала напряжения в катушке, намотанной на магнитомягкую проволоку, возбуждаемую током большой амплитуды. Этот эффект назван нелинейным недиагональным импедансом.

Автором представлена квазистационарная модель для описания этого эффекта в магнитомягких проволоках. Впервые продемонстрировано, что возникновение высших гармоник в частотном спектре напряжения в катушке связано с перемагничиванием поверхностной области образца полем переменного тока. Автором теоретически объяснено доминирование четных гармоник в частотном спектре напряжения при больших амплитудах тока, наблюдавшееся в экспериментах, проведенных на проволоках с различными свойствами. В заключительном разделе главы проведено теоретическое исследование влияния доменной структуры на нелинейный недиагональный магнитоимпеданс аморфной проволоки.

Впервые предсказано, что движение доменных границ может приводить к возникновению второй гармоники в частотном спектре напряжения, и показано, что вторая гармоника может иметь более высокую чувствительность к внешнему магнитному полю. В пятой главе проведено теоретическое исследование влияния внешних скручивающих напряжений на магнитоимпеданс аморфных проволок. Впервые продемонстрировано, что зависимость эффекта ГМИ от скручивающих напряжений связана с изменением поверхностной доменной структуры проволоки, и определено пороговое значение напряжения, при котором происходит это изменение.

Автором также проанализировано влияние скручивающих напряжений на нелинейный магнитоимпеда не аморфной проволоки и показано, что скручивающие напряжения приводят к усилению четных гармоник. Установлено, что максимальная чувствительность второй гармоники в частотном спектре магнитоимпеданса достигается, когда амплитуда поля тока сравнима по величине с полем анизотропии проволоки. В шестой главе представлены результаты исследования нелинейного отклика напряжения магнитомягкой проволоки при ее возбуждении продольным переменным магнитным полем. Продемонстрировано, что возбуждение аморфной проволоки магнитным полем большой амплитуды приводит к возникновению высших гармоник в частотном спектре напряжения, при этом как четные, так и нечетные гармоники имеют высокую чувствительность к постоянному внешнему полю. В заключительном разделе главы исследовано влияние продольного переменного магнитного поля на частотный спектр напряжения, возникающего в катушке, намотанной вокруг аморфной проволоки, по которой протекает переменный ток.

Впервые продемонстрировано, что в присутствии слабого продольного переменного магнитного поля в некотором интервале амплитуд тока в частотном спектре напряжения появляются комбинационные гармоники. Установлено, что возникновение комбинационных гармоник происходит, когда амплитуда тока близка к пороговому значению, при котором происходит перемагничивание поверхностной области проволоки. В заключительной седьмой главе представлены результаты исследования нелинейного недиагонального маги итоимпеданса в трехслойных пленках. Теоретически предсказано, что частотный спектр напряжения недиагонального магнитоимпеданса таких пленочных структур принципиально различается для продольного и поперечного направлений внешнего магнитного поля. Результаты проведенного моделирования позволили качественно описать измеренные частотные спектры сигнала в катушке для трехслойной пленочной структуры. Рассматривая диссертацию в целом, следует в первую очередь подчеркнуть большой объем проделанной автором работы.

Диссертация Н.А. Бузникова представляет собой завершенное научное исследование, выполненное на высоком современном уровне. Полученные в работе результаты являются новыми, носят фундаментальный характер и развивают существующие представления о высокочастотных явлениях в магнитомягких проводниках. Достоверность результатов работы не вызывает сомнений и определяется использованием корректных аналитических и численных методов исследования, а также согласием полученных теоретических результатов с экспериментальными данными разных авторов, опубликованными в ведущих периодических изданиях.