Автореферат (Эффект магнитоимпеданса в ферромагнитных микроструктурах и композитных средах), страница 2

Для циркулярной анизотропии и вотсутствии доменной структуры на МГц частотах продольный импеданс всегдаимеет два симметричных пика, возникающих при полях, соответствующихэффективному полю анизотропии. При наличии круговой доменной структурынедиагональный импеданс подавляется.

В присутствии постоянного тока,устраняющего доменную структуру, недиагональный импеданс антисимметриченпо отношению к внешнему полю с почти линейным участком в области полей,меньших поля анизотропии.5. Разработана методика аналитического расчета импеданса в трехслойных пленкахтипа ферромагнети/метал/ферромагнетик, позволяющая исследовать влияниемагнитной анизотропии, геометрии и проводимостей слоев на МИ. Для пленки,шириной меньше критической, которая определяет протекание магнитного потокачерез немагнитный слой и зависит от частоты, толщин слоев и магнитнойпроницаемости,происходитзначительнойснижениеМИотношения(динамический размагничивающий эффект).6. Проведено экспериментальное исследование импеданса в системах NiFe/Au/NiFe,NiFe/Al2O3/Au/Al2O3/NiFe, CoFeSiB/Cu(Au)/ CoFeSiB.Наибольшее изменениеимпеданса наблюдалось при использовании аморфных CoFeSiB слоев, так какотношение проводимостей увеличивается до 50.

При этом была достигнутарекордная чувствительность изменения импеданса порядка 40%/Э на частоте 60МГц в системах CoSiB/Au/ CoSiB общей толщины 1.5 микрона, шириной 100микрон и длиной 5 мм.7. Предложены два механизма асимметричного МИ (АМИ) по отношению квнешнему продольному полю: - статический, обусловленный асимметричнымипроцессами статического намагничивания в ортогональных магнитных полях всистемах сгеликоидальным типом магнитной анизотропии; и динамический,возникающий при смешанном типе высокочастотного возбуждения с помощьюортогональных высокочастотных магнитных полей.8. Статический АМИ в ферромагнитных проводах с геликоидальной анизотропией итрехслойных пленках со скрещенной анизотропией возникает в присутствиипостоянного тока в соответствии с выводами теории. Степень асимметрии зависитот угла анизотропии и тока смещения.9. Динамический АМИ в ферромагнитных проводах с циркулярной анизотропиейвозникает при возбуждении высокочастотным (или импульсным) током ипродольным полем, генерируемым током катушки, намотанной на провод, чтосогласуется с теорией.

В этом случае асимметрия статической намагниченности нетребуетсяиАМИобусловленразличнойсимметриейнедиагональных компонент тензора поверхностного импеданса.диагональныхи10. Экспериментальные результаты по недиагональному МИ трехслойной пленкеNiFe/Au/NiFe с интегрированной планарной катушкой, полученной в процессенапыления и фотолитографии, и в аморфном микропроводе. Проанализированароль постоянного тока, который приводит к увеличению недиагональнойкомпоненты в результате устранения доменной структуры и расширениюдинамического диапазона. Проанализированы принципы линейных сенсоров,основанных на недиагональном МИ, позволяющие увеличить чувствительность вединицах мВ/Э.11. Разработаны аналитические методы определения эффективной диэлектрическойпроницаемости композитных сред, состоящих из диэлектрической матрицы свключениями непрерывных или коротких ферромагнитных микропроводов,основанные на решении внешней задачи рассеяния с импедансными граничнымиусловиями на поверхности проводов.Получен новый эффект- зависимостьдиэлектрической проницаемости проволочных сред от локальных магнитныхсвойств, которые могут изменяться под действием внешних факторов (магнитноеполе, механические напряжения).12.

Экспериментальнопродемонстрированавозможностьуправленияэлектромагнитными спектрами композитов с ферромагнитными проводами, вкоторых наблюдается МИ эффект на ГГц частотах, с помощью внешнегомагнитного поляи/илимеханическихнапряжений.Наибольшийэффектуправляемости микроволновыми свойствами проволочного композита достигаетсявблизи характерных частот (резонансной или плазмонной), где распределениеиндуцированного тока на проволоке становится чрезвычайно чувствительным кизменениям ее проводящих и магнитных свойств.Теоретические результаты получены с использованием адекватных моделей икорректных математических методов.

В большинстве случаев проведено последовательноесравнение экспериментальных и теоретических результатов, демонстрирующее их хорошеесогласие, что подтверждает достоверность результатов работы.Предлагаемая работа вносит существенный вклад в исследования по магнитномуимпедансу и электродинамике композитных сред с ферромагнитными проводами.Проведённый цикл исследований представляет собой новый подход к анализу МИ в рамкахтензора поверхностного импеданса и позволяют объяснить с единой точки зрения такиеэффекты как асимметричный МИ, недиагональный МИ, управляемостьэффективнойдиэлектрической проницаемости проволочных композитов с помощью внешних факторов,способных изменить магнитную структуру провода.

Развитая в работе теория позволяетисследоватьособенностиМИвнеоднородныхструктурахферромагнетик/метал/ферромагнетик с учетов влияния геометрии структуры и различияэлектрической проводимости.Полученные экспериментальные результаты не толькоподтверждают выводы теории, но и демонстрируют значительный потенциал дляпрактического использования. Научная и практическая значимость работы такжеподтверждается большим количеством цитирований публикаций по результатамдиссертационной работы (на настоящее время число ссылок без самоцитирования насовокупность работ равно 3850 по базе данных WOS).Результаты диссертационной работы могут быть использованы для разработкивысокочувствительных миниатюрных сенсоров магнитного поля с разрешением допикаТесла, беспроводных встраиваемых сенсоров напряжения, а также при создании новыхмногофункциональных композитных материалов для неразрушающего контроля и другихмикроволновых приложений.Научные положения и результаты, выносимые на защиту:1.

Методика расчёта и экспериментальногоисследованиястатических идинамических процессов циркулярного перемагничивания. Объяснение поведенияиндуктивности и импеданса как функции магнитного поля и частоты в проводах сциркулярной анизотропией и круговой доменной структурой.2. Методикарасчетаферромагнетикахтензорасповерхностногогеликоидальнойимпедансавнамагниченностью,цилиндрическихоснованнаянаасимптотическом решении уравнений Максвелла. Анализ частотно-полевыхзависимостей импеданса, выявление доминирующей роли статических процессовперемагничивания в поведении импеданса при ГГц частотах.3. Методикаэкспериментальногоопределениявсехкомпоненттензораповерхностного импеданса и экспериментальные результаты по зависимостямтензора импеданса от магнитного поля, постоянного тока и механическихнапряжений в широком интервале частот в однодоменном проводе.4.

Методика аналитического расчета импеданса в трехслойных пленках типаферромагнетик/метал/ферромагнетик,позволяющаяисследоватьвлияниемагнитной анизотропии, геометрии и проводимостей слоев на МИ. Объяснениезначительного увеличения МИ отношения за счет использования внутреннеговысокопроводящего слоя. Объяснение уменьшения МИ в узких пленках за счетпротекания магнитного потока через внутренний проводящий слой.5.

Механизмы АМИ: - статический, обусловленный асимметричными процессамистатического намагничивания в ортогональных магнитных полях в системах сгеликоидальным типом магнитной анизотропии; и динамический, возникающий присмешанном типе высокочастотного возбуждения с помощью ортогональныхвысокочастотных магнитных полей. Объяснение роли постоянного тока наповедение АМИ и недиагонального МИ в ферромагнитных проводах и трехслойныхпленках (Ф/М/Ф).6. Принципы линейных сенсоров, основанных на недиагональном МИ, позволяющиеувеличить чувствительность в единицах мВ/Э и расширить динамический диапазонизмерений.7. Аналитические методы определения эффективной диэлектрической проницаемостикомпозитных сред, состоящих из диэлектрической матрицы с включенияминепрерывных или коротких ферромагнитных микропроводов, основанные нарешении внешней задачи рассеяния с импедансными граничными условиями наповерхностипроводов.Механизмзависимостичастотнойдисперсиидиэлектрической проницаемости проволочных сред от магнитных свойств проводов.8.

Результаты экспериментальных исследований спектров рассеяния и эффективнойдиэлектрической проницаемости проволочных сред с ферромагнитными проводамипри воздействии внешних факторов (магнитное поле, механическое напряжение).Подтверждение максимального эффекта управления электромагнитными спектрамипри изменении ориентации статической намагниченности вблизи характерныхчастот плазмонного резонанса или антенного резонанса.Личный вклад автора в исследования МИ явлений в ферромагнитных проводах,мультислоях и композитных средах являлся определяющим и состоял в постановке задач,теоретическом анализе, руководстве экспериментальными исследованиями и анализеэкспериментальных результатов.Апробация результатов.Материалы диссертационной работы в период с 1994 по 2016 гг.