Автореферат (1097535), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Резкое увеличение комбинационных гармоник происходит, если амплитуда переменного тока близка к пороговому значению, прикотором происходит перемагничивание части проволоки.12. При перемагничивании трёхслойной плёночной структуры переменным током достаточно большой амплитуды частотный спектр напряжения в катушке, намотанной на образец, существенно различается для продольного ипоперечного направлений внешнего поля.Достоверность результатов работы подтверждается корректностью использованных аналитических и численных методов, а также согласием полученных теоретических результатов с экспериментальными данными, опубликованными в ведущих научных журналах.Научная и практическая ценность. Полученные в работе результатыразвивают существующие представления о магнитоимпедансе и высокочастотных нелинейных эффектах в магнитомягких проводниках.

Проведённый циклисследований представляет собой новый подход к описанию ГМИ и недиагонального магнитоимпеданса в проводниках с неоднородным распределениеманизотропии и проводимости по сечению образца. Полученные результаты позволяют объяснить с единой точки зрения такие экспериментально наблюдаемыеявления, как асимметричный ГМИ в аморфных лентах и проволоках c поверхностными кристаллическими слоями, недиагональный магнитоимпеданс в лентах, зависимость ГМИ от скручивающих напряжений в аморфных проволоках сотрицательной магнитострикцией. Развитая в работе теория позволяет последовательно описать основные особенности нелинейного магнитоимпеданса магнитомягких проводников, связанные с их перемагничиванием переменнымиполями достаточно большой амплитуды.Результаты диссертационной работы могут быть использованы для разработки датчиков магнитного поля с высокой чувствительностью и новымифункциональными возможностями и при создании новых композитных материалов для высокочастотных приложений на основе магнитомягких проводников,в которых проявляется эффект ГМИ.На защиту выносятся:1.

Методика расчёта магнитоимпеданса композитных проволок с геликоидальной анизотропией. Объяснение увеличения недиагонального магнитоимпеданса в композитных проволоках с изолирующим слоем между немагнитнойвысокопроводящей центральной областью и магнитомягкой оболочкой.2.

Результаты исследования асимметричного ГМИ и недиагональногомагнитоимпеданса в аморфных проводниках с поверхностными кристалличе6скими слоями. Объяснение механизма возникновения второй гармоники в частотном спектре нелинейного недиагонального магнитоимпеданса аморфныхлент.3. Результаты исследования нелинейного недиагонального магнитоимпеданса в аморфных и композитных проволоках.

Механизм возникновения второй гармоники в отклике напряжения вследствие движения доменных границ.4. Результаты теоретического исследования влияния скручивающихнапряжений на ГМИ и нелинейный магнитоимпеданс в аморфных проволоках сотрицательной магнитострикцией. Объяснение асимметричных зависимостейГМИ и второй гармоники в нелинейном магнитоимпедансе от величины скручивающих напряжений.5.

Результаты исследования влияния внешнего переменного магнитногополя на нелинейный отклик напряжения, снимаемого с магнитомягкой проволоки. Объяснение аномального усиления комбинационных гармоник в частотном спектре напряжения.6. Результаты исследования нелинейного недиагонального магнитоимпеданса многослойных плёночных структур.Личный вклад автора. Постановка основных целей работы, разработкатеоретических моделей, а также анализ и интерпретация экспериментальныхданных выполнены автором диссертационной работы.Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы были представлены на следующих российских и международных конференциях ввиде стендовых и устных докладов: Moscow International Symposiums on Magnetism (Moscow, 1999, 2002, 2005, 2008, 2011), Научных конференциях Институтатеоретической и прикладной электродинамики РАН (Москва, 2000, 2001, 2002),8th European Magnetic Materials and Application Conference (Kyiv, Ukraine, 2000),XVII и XVIII международных школах-семинарах «Новые магнитные материалымикроэлектроники» (Москва, 2000, 2002), Euro-Asian Symposiums “Trends inMagnetism” (Ekaterinburg, 2001; Krasnoyarsk, 2004), International Workshop onMagnetic Wires (San Sebastián, Spain, 2001), XXIX международной зимней школе по теоретической физике «Коуровка2002» (Кунгур, 2002), 4th EuropeanMagnetic Sensors and Actuators Conference (Athens, Greece, 2002), InternationalConference on Magnetism (Roma, Italy, 2003), International Baikal Scientific Conference «Magnetic Materials» (Irkutsk, 2003), International Workshop on ExchangeBias in Magnetic Nanostructures (Anglet, France, 2004), International Magnetic Conference (Nagoya, Japan, 2005), International Symposium on Advanced MagneticTechnologies and International Symposium on Magnetic Materials and Applications(Taipei, Taiwan, 2005), International Symposium on Physics of Magnetic Materials7(Singapore, 2005), Thirteen International Conference on Liquid and Amorphous Metals (Ekaterinburg, 2007).Публикации.

Основные материалы диссертационной работы опубликованы в 43 статьях в реферируемых научных журналах.Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения и списка использованной литературы, включающего 408наименований. Работа изложена на 262 страницах и содержит 84 рисунка.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность темы диссертационного исследования, сформулированы цели работы, указаны основные положения, выносимые на защиту, а также описана структура диссертации.В первой главе приведён краткий обзор литературы, посвящённой экспериментальным и теоретическим исследованиям ГМИ, магнитной структуры ивысокочастотных нелинейных эффектов в магнитомягких проводниках.Во второй главе исследован магнитоимпеданс композитных проволок,состоящих из высокопроводящей немагнитной центральной области и оболочки из магнитомягкого материала с геликоидальной анизотропией.Расчёт распределения полей внутри композитной проволоки, возбуждаемой переменным током I = I0 exp(i t) и находящейся в продольном магнитномполе He , основан на совместном решении уравнений Максвелла и уравненияЛандау–Лифшица.

Учитывая цилиндрическую симметрию, решение уравненийМаксвелла в центральной области радиуса r1 можно представить в видеez(1) (  )  A1 J 0 (k ) ,h(1) (  )  (4 1 / ck ) A1 J1 (k ) ,e (  )  A2 J1 (k ) ,(1)(1)hz(1) (  )  (4 1 / ck ) A2 J 0 (k ) .Здесь   радиальная координата, 1  удельная проводимость центральной области, c  скорость света в вакууме, индексы  и z соответствуют циркулярнойи продольной компонентам полей, J0(x) и J1(x)  функции Бесселя первого рода,1/2k = (1 + i) /  1,  1 = c / (21) , A1 и A2  постоянные.В магнитомягкой оболочке толщины tm уравнения Максвелла могут бытьсведены к двум связанным дифференциальным уравнениям для компонентмагнитного поля [6,9]:8 2 h(2) 2(2)h(2) 2i1 h 2  2  [(1   sin 2  )h(2)   sin  cos hz(2) ]  0 , 2(2) hz1 hz2i[   sin  cos h(2)  (1   cos2  )hz(2) ]  0 .22   22 (2)(2)Здесь  2 = c / (22) , 2  удельная проводимость оболочки,   эффективнаямагнитная проницаемость, которая определяется следующим образом:1/2   4M ( 4M  1  i ) /[( 4M  1  i )( 2  i )   2 , (3)1   [ H a cos2 (   )  H e sin  ] , 2   [ H a cos{2(   )}  H e sin  ] .(4)Здесь M  намагниченность насыщения, Ha  поле анизотропии,   гиромагнитное отношение,   параметр затухания Гилберта,   угол оси анизотропии по отношению к азимутальному направлению.

Равновесный угол  междувектором намагниченности и азимутальным направлением определяется из условия минимума свободной энергии:H a sin(   ) cos(   )  He cos  0 .(5)При достаточно высоких частотах переменного тока толщина скин-слоя воболочке мала по сравнению с диаметром проволоки, и решение уравнений (2)может быть представлено в следующем виде:h(2) (  )  cos [ B1 exp{1 (   D / 2)}  B2 exp{1 (   D / 2)}] sin  [ B3 exp{ 2 (   D / 2)}  B4 exp{ 2 (   D / 2)}] ,(6)hz (  )  sin  [ B1 exp{1 (   D / 2)}  B2 exp{1 (   D / 2)}](2) cos [ B3 exp{ 2 (   D / 2)}  B4 exp{ 2 (   D / 2)}] .Здесь D = 2(r1 + tm )  диаметр проволоки,  1 = (1  i) /  2 ,  2 = (1  i)(  + 1) /  2 ,B1, B2, B3 и B4  постоянные.

Электрическое поле определяется выражениями:1/2e z(2) (  )  (c / 4 2 ) cos [ B11 exp{1 (   D / 2)}  B2 1 exp{1 (   D / 2)}] (c / 4 2 ) sin  [ B3 2 exp{ 2 (   D / 2)}  B4  2 exp{ 2 (   D / 2)}] ,e (  )  (c / 4 2 ) sin  [ B11 exp{1 (   D / 2)}  B31 exp{1 (   D / 2)}](2)(7) (c / 4 2 ) cos [ B3 2 exp{ 2 (   D / 2)}  B4  2 exp{ 2 (   D / 2)}] .Компоненты электрического и магнитного полей должны удовлетворятьусловиям непрерывности на границе между центральной областью и оболочкойи условиям возбуждения проволоки переменным током, что позволяет получить значения шести постоянных в выражениях (1), (6) и (7).

Диагональный9импеданс Zzz проволоки длины l может быть выражен через диагональную компоненту тензора поверхностного импеданса zz:4l(1  i)cl(8)Z zz  zz  [(B1  B2 ) cos  ( B3  B4 )(  1)1 / 2 sin  ] .cD4 2 2 I 0Недиагональный импеданс Z z определяется как отношение напряжения вкатушке с числом витков N к току в образце и пропорционален недиагональнойкомпоненте тензора поверхностного импеданса  z [9]:4 N(1  i) NcDZ z  z  [(B3  B4 )(  1)1 / 2 cos  ( B1  B2 ) sin  ] .

(9)c4 2 2 I 0Высокочастотное приближение справедливо, если  2 / (  + 1) << D / 2.При низких частотах решение уравнений (2) может быть найдено в виде рядов скоэффициентами, описываемыми рекуррентными соотношениями. Полученныерешения для высоких и низких частот позволяют описать распределение полейв композитной проволоке и зависимости диагонального и недиагонального импеданса от частоты и внешнего магнитного поля во всём частотном диапазоне.При малых углах оси анизотропии компоненты импеданса возрастают сувеличением поля, достигают максимума при He  Ha и затем уменьшаются.При  >  / 4 компоненты импеданса имеют максимум при He = 0 и монотонноуменьшаются с ростом поля.

Характеристики

Список файлов диссертации