Автореферат (Эффект магнитоимпеданса в ферромагнитных микроструктурах и композитных средах), страница 3

были представленыболее чем на 40 научных международных и российских конференциях в качествеприглашенных, устных и стендовых докладов. Приглашенные доклады были сделаны наследующих конференциях:1.International Workshop on Magnetic Wires (IWMW’7), Ordizia, Spain, July 2-4, 2015.2.Annual World Congress on Smart Materials, Busan, Republic of Korea, March 23-25, 2015.3.Moscow International Symposium on Magnetism (MISM ‘2014),Moscow, Russia, 29 June -3 July, 2014.4.Donostia International Conference on Nanoscaled Magnetism and Applications (DICNMA)San-Sebastian, Spain , September 9-13, 2013.5.Международнаянаучно-практическаяконференция«Физикаитехнологиянаноматериалов и структур», Курск, 20-22 ноября, 2013.6.Advanced Electromagnetic Symposium (AES’ 2012), Paris, France, April 16-19, 2012.7.International Workshop on Magnetic Wires, Bodrum, Turkey, July7-8, 2011.8.The 2nd International Conference on Metamaterials, Photonic Crystals and Plasmonics(META'10), Cairo, Egypt, February 22-25, 2010.9.IWMW-2008, International Workshop on Magnetic Wires, Zumaya, Spain, May 9-10, 2009.10.

CIMTEC- 2008, Smart Materials, Structures and System, Sicily, June 8-12, 2008.11. International Conference on Magnetism (ICM), Italy, July 2003.12. The International Symposium on Optical Science and Technology, Conference 4806 Complex Mediums III: Beyond Linear Isotropic Dielectrics, Seattle, USA, July 2002.13. International Magnetic Conference (INTERMAG 2002), Amsterdam, May 2002.14. International Workshop on Magnetic Wires, San-Sebastian, Spain, June 2001.15.

International Conference on Electric, Transport and Optical Properties of InhomogeneousMaterials (ETOPIM), Moscow, July 1999.16. Moscow International Symposium on Magnetism, Moscow , June 1999.17. European Conference on Sensors and Actuators (EMSA), Sheffield, July 1998.18. International Conference on Nonlinear Phenomena in Electromagnetic Fields (ISEM),Braunschweig , Germany, May 1997.19.

International Symposium on Non Linear Electromagnetic Systems, Cardiff, September 1995.20. European Magnetic Materials and Application Conference (EMMA), Vienna, September1995.21. 6th Joint MMM-Intermag Conference, Albuquerque, USA, July 1994.За последние 5 лет результаты работы докладывались на следующих форумах:International Conference on Magnetism (ICM 2015), Barcelona, Spain, 5-10 July; InternationalWorkshop on Magnetic Wires (IWMW’7), Ordizia, Spain, July 2-4, 2015; 6-я МеждународнаяКонференция«Кристаллофизикаидеформационноеповедениеперспективныхматериалов», 26-28 мая 2015 г.; XI Международная научная конференция «Перспективныетехнологии,оборудованиеианалитическиесистемыдляматериаловеденияинаноматериалов», Курск 13-14 мая 2014 г.; Moscow International Symposium on Magnetism(MISM ’2014), 29 June - 3 July, 2014; VI Международная научно-техническая конференция«Микро- и нанотехнологии в электронике», Нальчик, 1-6 июня 2014 г.; Международныйсимпозиум «Физика кристаллов 2013», Москва, 28 окт.-2 ноября 2013 г.; Международнаянаучно-практическая конференция «Физика и технология наноматериалов и структур»,Курск, 20-22 ноября 2013; X Международная научная конференция «Перспективныетехнологии,оборудованиеианалитическиесистемыдляматериаловеденияинаноматериалов», Алматы, 5-7 июня 2013 г.; Society of Environmental Toxicology andChemistry, SETAC Europe 23rd annual meeting, “Building a better future: Responsible innovationand environmental protection, Glasgow, UK, May 12-16, 2013; Advanced ElectromagneticSymposium (AES’ 2012), Paris, France, April 16-19, 2012; European Magnetic Sensors &Actuators Conference (EMSA), Prague, July 1-4, 2012; International Magnetic Conference(INTERMAG 2011), Taipei, Taiwan, April 25-29, 2011; International Workshop on MagneticWires, Bodrum, Turkey, July7-8, 2011, 2nd International Conference on Metamaterials, PhotonicCrystals and Plasmonics, Cairo, Egypt, February 22-25, 2010.Основные материалы диссертационной работы опубликованы в 70 статьях вреферируемых научных журналах (входящих в базы данных WOS, SCOPUS, и списокВАК), также представлены в 5 главах различных монографий.Структура и объем работы.Общий объем составляет 287 страниц текста, включающего 158 рисунков и 352библиографические ссылки.

Диссертация состоит из Введения, шести глав, заключения исписка цитируемой литературы.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность темы диссертационного исследования,сформулированы цели работы, указаны основные положения, выносимые на защиту, атакже описана структура диссертации.В первой главе приводится литературный обзор результатов научных исследованийв области магнитоимпедансного (МИ) эффекта в различных ферромагнитных структурах.Первые две части обзора знакомят читателя с основными МИ явлениями в магнитомягкихпроводах и многослойных пленках.

Далее обсуждаются асимметричный и недиагональныйМИ, которые представляют особый интерес для практических приложений. Впоследующих разделах рассматриваются особенности теоретических и экспериментальныхметодов исследования МИ, а также перспективы практического использования МИ дляразработкивысокочувствительныхсенсоров,управляемыхиинтеллектуальныхматериалов.Было продемонстрировано разнообразие МИ характеристик, объяснение которых (каки определение условий для получения желаемого МИ поведения) требовало разработкисоответствующей теории и постановки эксперимента, который был бы совместим стеоретическимимоделями.Обзорнаяглаватакжеубедительнодемонстрируетзначительную научную и технологическую активность в области электродинамическихэффектов в ферромагнитных проводящих системах. Локальные магнитные свойствасущественно влияет на высокочастотный импеданс, что приводит к зависимостиэлектродинамического отклика (высокочастотного напряжения или коэффициентоврассеяния) от магнитной структуры.

Эти явления очень перспективны для практическихприменений, и требуют всесторонних исследований.Во второй главе исследованы процессы перемагничивания в ферромагнитныхпроводах с круговой доменной структурой, а также исследована динамическая магнитнаяпроницаемость за счет движения (с затуханием) доменных стенок и за счет вращениянамагниченности. Рассматривается влияние ортогональных статических магнитных полей:кругового поля и продольного поля . Эти результаты будут использованы вследующих главах для анализа МИ в широкой области частот.Аморфныемагнитныепроводанаосновекобальтасотрицательноймагнитострикцией могут обладать очень интересной циркулярной или геликоидальноймагнитной анизотропией и, соответственно, кольцевой доменной структурой [17-18]. Вэтом случае ток, текущий по проводу, создает магнитное поле в направлении легкогонамагничивания и приводит к смещению круговых доменных границ (ДГ), а поле,приложенное вдоль оси, является трудным полем и вызывает вращение намагниченности вдоменах.

Процессы перемагничивания можно характеризовать циркулярной и продольнойпетлями намагничивания. Циркулярные петли имеют почти прямоугольную форму, апродольные – почти линейную. Циркулярные петли оказываются очень чувствительнымик полю , и именно этот механизм был предложен нами и другими группами дляобъяснения первых экспериментов по магнитному импедансу [2-6]. В наших работахвпервые был разработан аналитический метод вычисления циркулярной динамическойвосприимчивости за счет смещения ДГ как функции частоты и внешнего поля . Такойподход позволил количественно объяснить МИ характеристики в МГц области, однакоанализ высокочастотного МИ потребовал учета динамических процессов вращениянамагниченности.На Рисунке 2 показано влияние внешнего осевого магнитного поля на циркулярныекривыенамагничиваниядляаморфныхферромагнитныхпроводовсоставапроводасоставаFe4.35Co68.15Si12.5B15 в стеклянной оболочке.Рисунок2.Fe4.35Co68.15Si12.5B15Циркулярныйгистерезисдляаморфногов стеклянной оболочке в присутствие внешнего аксиальногомагнитного поля .

Частота измерений - 10 кГц. Диаметр металлической жилы 24микрона, толщина стеклянной оболочки - 3.4 микрона.Используемый сплав имеетмаленькую (но отрицательную) магнитострикцию ~ − 10−7[19].С увеличением поля область гистерезиса уменьшается и увеличивается уголнаклона, то есть дифференциальная проницаемость (и измеряемое индуктивноенапряжение) уменьшается. Этот процесс наблюдается на всех частотах.Поведение кривых намагничивания анализируется теоретически с помощьюпостроения локальных петель намагничивания, допуская наличие отклонения осианизотропии от циркулярного направления, и последующего усреднения.

Это даетвозможностьопределитьхарактерныепараметры,такиекакмаксимальнуюдифференциальную проницаемость и ее зависимость от продольного магнитного поля.Если рассматривать магнитную проницаемость, обусловленную только вкладом доменныхграниц, но без учета влияния затухания на движение доменных стенок, то эта величинадовольно резко спадает в присутствии внешнего поля. Такое поведение циркулярноймагнитной проницаемости хорошо описывает экспериментальные данные по МИ длячастот до сотен кГц.

Для более высоких частот необходимо учитывать процессырелаксации, обусловленные генерацией токов Фуко при движении доменных стенок [2021]. Эффективная восприимчивость , обусловленная смещением доменных границ,определяется из условия усреднения на размерах, превосходящих размер домена0< ℎ >= < ℎ0 >(1)0Здесь является статической доменной восприимчивостью, ℎ - локальное магнитноеполе, действующее на стенку, ℎ0 - внешнее поле возбуждения, < ⋯ > означает усреднениепо домену. Вычисление зависит от выбранной модели движения доменных стенок.

Мырассматриваем две модели: (1) жесткие доменные стенки, которые двигаются как единоецелое под действием среднего поля; (2) гибкие стенки, каждая точка которых смещаютсяпропорционально локальному магнитному полю. Проведенные вычисления показывают,что магнитная восприимчивость в модели c гибкими стенками уменьшается с частотойгораздо медленнее: ′ ∝ −1, ′′ ∝ −2 , где 0.6 < 1 < 1.1, 0.4 < 2 < 0.8 и зависятот структурных параметров, тогда как для модели твердой стенки получается простойрелаксационный закон с 2 = 1. Рисунок 3 демонстрирует полевые зависимости магнитнойвосприимчивости при увеличении частоты для обеих моделей. Видно, что в моделижесткой стенки при увеличении частоты эта зависимость практическиявляетсяследствиемзависимостирелаксационногопараметраотисчезает, чтостатическойвосприимчивости.

Для модели гибкой стенки частотная зависимость более сложная, ивлияние магнитного поля сохраняется даже на высоких частотах.С увеличением частоты все большее значение приобретают вращательныепроцессы, так как, с одной стороны, восприимчивость за счет смещения ДГ сильнозатухает, а с другой стороны, слабо зависит от внешнего поля . Доменная структуратакже может быть вообще устранена с помощью небольшого постоянного тока.Задача рассматривается в линейном приближении.

Намагниченность и внешнеемагнитное поле представляются в виде = 0 + (), = 0 + ()(2)Рисунок 3. Полевые зависимости мнимойчасти восприимчивости при различных частотах.(а)- модель жесткой стенки (ЖС), (б)- модельгибкой стенки (ГС). Значение восприимчивостинормировано на статическую восприимчивость0при нулевом поле: ( = 0). В расчетахиспользуетсяэкспериментальнаяполеваязависимость статической восприимчивости.Здесь 0 и 0 стационарные значения намагниченности и поля. 0 находится из условияминимума свободной энергии и определяется углом по отношению к оси.