Диссертация (1097536), страница 7

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

Текст из файла (страница 7)

Поскольку вкомпозитных проволоках часть тока протекает через высокопроводящую центральную часть, амплитуду тока можно существенно увеличивать для получениябóльшего эффекта, избегая высоких потерь, связанных с джоулевым нагревом.Отметим также, что наличие немагнитной центральной части исключает возникновение сложных доменных границ между центральной и поверхностнойчастью композитной проволоки. В связи с этим, композитные проволоки могутиметь лучшие магнитные свойства, что является существенным для приложе-31ний. Ещё одной характерной особенностью композитных проволок являетсяотносительно низкая частота (порядка нескольких МГц), при которой достигается максимальная чувствительность ГМИ. Это связано с тем, что в композитных проволоках эффект ГМИ не ограничен изменением скин-слоя под влиянием внешнего поля, а определяется, главным образом, сопротивлением центральной части проволоки и изменением индуктивной части импеданса магнитной оболочки [168].Для описания эффекта ГМИ в композитных проволоках необходимоопределить распределение токов по сечению проволоки.

Частотная зависимостьраспределения токов в композитной проволоке была рассчитана численно припомощи метода конечных элементов [167,169]. При этом предполагалось, чтомагнитная проницаемость оболочки может быть представлена в виде скалярнойвеличины, а влияние внешнего поля моделировалось посредством постепенногоуменьшения магнитной проницаемости с ростом поля. Таким образом, этотподход позволяет описать распределение токов и ГМИ в композитной проволоке только качественно. Аналитические решения для распределения токов иГМИ были получены в работах [170,171] для композитных проволок с продольной анизотропией в магнитной оболочке.

Эти модели позволили удовлетворительно описать некоторые результаты экспериментальных исследованийэффекта ГМИ в композитных проволоках [171].В то же время, для большинства композитных проволок, полученных методом электролитического осаждения, эффективная анизотропия в магнитнойоболочке является циркулярной (или, в общем случае, геликоидальной).

Формирование циркулярной анизотропии обусловлено воздействием постоянногоэлектрического тока, протекающего по проволоке в процессе электроосаждения[172]. Для композитных проволок с циркулярной или геликоидальной анизотропией в магнитной оболочке необходимо учитывать тензорный вид магнитной проницаемости. Однако до настоящего времени методики расчёта распределения токов и эффекта ГМИ в композитных проволоках с геликоидальнойанизотропией не существовало.32В работах [173177] было исследовано влияние изолирующего слоя наГМИ в проволоках CuBe/NiFeB. Хотя изолирующий слой препятствует перетеканию переменного тока в магнитомягкую оболочку, изменение магнитногопотока индуцирует в ней вихревые токи. Так как магнитная проницаемостьоболочки существенно зависит от внешнего магнитного поля, распределениевихревых токов в центральной области и оболочке изменяется с полем.

Былообнаружено, что в проволоках с изолирующим слоем относительное изменениеГМИ существенно возрастает по сравнению с проволоками без изолирующегослоя. Это обстоятельство было объяснено изменением магнитной структуры воболочке и улучшением её магнитомягких свойств [174].ГМИ в аморфных лентах был обнаружен в первых работах, посвящённыхисследованию этого эффекта [18,21,23].

Свойства аморфных лент, изготовленных методом быстрой закалки расплава, интенсивно исследовались, начиная с70-х годов, в связи с возможностью их использования для создания высокочастотных индуктивных приборов и магнитомеханических преобразователей[178].Наибольшие значения эффекта ГМИ достигаются в аморфных лентах наоснове кобальта с малой отрицательной магнитострикцией [179182]. Это обстоятельство связано с большой магнитной проницаемостью таких лент вследствие возникновения в них поперечной полосовой доменной структуры [3]. Приэтом величина ГМИ может быть увеличена при помощи отжига в поперечноммагнитном поле.

Однако следует отметить, что эффект ГМИ в аморфных лентах меньше, чем в проволочных образцах [4].В аморфных лентах на основе железа с положительной магнитострикциейформируется продольная доменная структура. В таких образцах могут возникать гигантские скачки Баркгаузена [183,184]. В то же время, аморфные ленты сположительной магнитострикцией имеют низкие значения магнитной проницаемости, и эффект ГМИ в них относительно мал [185187]. Отжиг аморфныхлент с положительной магнитострикцией может приводить к формированиюдоменов, ориентированных в поперечном направлении, что наблюдалось экс-33периментально [185].

Дальнейшее улучшение магнитомягких свойств лент наоснове кобальта может быть достигнуто при помощи отжига в присутствии поперечного магнитного поля. Как было показано в работе [183], такой отжиг будет приводить к исчезновению гигантских скачков Баркгаузена вследствие изменения ориентации доменов с продольной на поперечную.В отличие от аморфных проволок с положительной магнитострикцией, внанокристаллических лентах на основе железа наблюдается достаточно большой эффект ГМИ [44, 185]. Это обстоятельство связано с формированием внанокристаллических лентах поперечной полосовой доменной структуры [4].

Вработе[185]былопродемонстрировано,чтоотжигаморфныхлентFeSiBCuNb приводит к формированию нанокристаллической структуры, иотносительное изменение импеданса для нанокристаллических лент в десятьраз больше, чем для исходных аморфных образцов. Увеличение ГМИ в нанокристаллических лентах может быть достигнуто при помощи различных типовотжига [188] или изменения химического состава ленты [189191]. Соответствующий выбор температуры и времени отжига, а также магнитного поля отжига и приложенных напряжений может существенно увеличить эффект ГМИ [3].Добавление малого количества алюминия в исходный состав FeSiBCuNbтакже приводит к существенному возрастанию эффекта [183], что связано сувеличением магнитной проницаемости и уменьшением анизотропии иудельного сопротивления [4,192].При сравнении величины эффекта ГМИ в нанокристаллических лентах наоснове железа было выявлено, что наибольшие изменения импедансадостигаются в образце наименьшим удельным сопротивлением [193].

В связи сэтим, максимальные значения относительного изменения импеданса достигаются в лентах FeZrBCu. Нанокристаллические ленты на основе железаимеют ряд преимуществ над аморфными лентами, связанных с относительнопростым контролем их магнитомягких свойств при помощи соответствующегоотжига, приводящего к кристаллизации. По сравнению с аморфными лентамина основе кобальта, нанокристаллические ленты на основе железа имеют мень-34шее удельное сопротивление и бóльшую намагниченность насыщения, и, соответственно, эффект ГМИ в них достигает более высоких значений [192]. Приэтом чувстительность ГМИ к внешнему полю в них, как правило, оказываетсяниже, чем в аморфных лентах с малой отрицательной магнитострикцией [4].Эффект ГМИ возникает также в тонких плёнках [2427,33,194,195] и вмногослойных плёночных структурах [2833,196205].

Было показано, что вмногослойных плёночных образцах эффект ГМИ имеет значительно бóльшуювеличину, чем в тонких плёнках [32,33, 198]. Для однослойных плёнок былообнаружено, что эффект ГМИ в продольном магнитном поле существеннобольше, чем в поперечном магнитном поле, когда внешнее поле перпендикулярно направлению тока [33]. В то же время, для трёхслойных плёночныхструктур, состоящих из двух магнитомягких плёнок, разделённых немагнитнымслоем, наблюдается обратная зависимость, то есть изменения импеданса в поперечном поле имеют бóльшие значения [33].Отличие в эффекте ГМИ между однослойными плёнками и трёхслойными плёночными образцами можно объяснить следующим образом.

Для тонкихплёнок относительное изменение магнитоимпеданса невелико при частотахменьших нескольких МГц вследствие слабого скин-эффекта. В трёхслойнойплёночной структуре с немагнитным центральным слоем из-за существеннойразности проводимостей магнитомягких плёнок и центрального слоя большиеизменения импеданса могут возникнуть при значительно меньших частотах,если мнимая часть импеданса немагнитных плёнок становится больше действительной части импеданса, определяемой центральным немагнитным материалом.

Материал немагнитного слоя оказывает существенное влияние на откликГМИ трёхслойных образцов [29,197]. Удельное сопротивление серебра меньше,чем у меди и титана, и, соответственно, наибольшие относительные измененияГМИ были получены в образцах с центральным серебряным слоем [197].

Крометого, было обнаружено, что добавление изолирующих слоёв между центральной частью и магнитомягкими плёнками CoSiB приводит к увеличению ГМИ[29]. Это увеличение ГМИ связано с тем, что возбуждающий ток протекает35только по немагнитному высокопроводящему слою. Однако в многослойныхплёночных образцах с магнитомягкими плёнками FeSiBCuNb были полученысущественно меньшие значения эффекта ГМИ [204]. Это обстоятельство можетбыть объяснено различиями в доменных структурах магнитных плёнок [3].Следует также отметить, что для многослойных плёночных структур конечной ширины рассеяние магнитного потока поперёк внутреннего высокопроводящего слоя приводит к заметному уменьшению эффекта ГМИ [29,197].

Какбыло показано в работе [206], рассеяние магнитного потока через центральныйслой существенно уменьшает ГМИ, когда ширина плёнки меньше некоторогокритического значения, которое зависит от поперечной магнитной проницаемости и толщины немагнитного слоя. Проведённый анализ позволил качественнообъяснить падение относительного изменения ГМИ с уменьшением толщинымедного слоя, наблюдавшееся в работе [29].С точки зрения применений в сенсорах многослойные плёночные структуры являются более перспективными материалами по сравнению с однослойными плёнками. Использование плёночных образцов позволит миниатюризировать сенсоры и избежать трудностей с припаиванием контактов, характерныхдля проволок и лент.

Однако по сравнению с аморфными проволоками и лентами в плёночных структурах труднее получить необходимые составы образцов. Кроме того, достигнутая к настоящему времени чувствительность ГМИ квнешнему полю в плёночных структурах ниже, чем для массивных аморфныхобразцов.1.4. Влияние внешних механических напряжений на ГМИВследствиемагнитострикционногопроисхожденияанизотропииваморфных материалах внешние напряжения могут приводить к изменениюмагнитной структуры магнитомягкого проводника и существенно влиять наэффект ГМИ. Изменение зависимости импеданса от поля в присутствии растягивающих напряжений было подробно изучено для аморфных проволок с по-36ложительной магнитострикцией [207], с малой отрицательной магнитострикцией [56,207212], для микропроволок в стеклянной оболочке [213218] и дляаморфных лент [219].

Характеристики

Список файлов диссертации