Магнитные свойства микропроводов с аморфной, нанокристаллической и гранулярной структурой (1097654)
Текст из файла
На правах рукописиЖУКОВ АРКАДИЙ ПАВЛОВИЧМАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА МИКРОПРОВОДОВ С АМОРФНОЙ,НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ И ГРАНУЛЯРНОЙ СТРУКТУРОЙ.Специальность 01.04.11 – физика магнитных явленийАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание учёной степенидоктора физико-математических наукМосква2010Работа выполнена на кафедре магнетизма физического факультета Московскогогосударственного университета имени М.В. ЛомоносоваОфициальные оппоненты:Ведущая организациядоктор физико-математических наук,Якубовский Андрей Юрьевичдоктор физико-математических наук,профессор Глезер Александр Марковичдоктор физико-математических наук,профессор Шавров Владимир ГригорьевичНациональный Исследовательский ТехнологическийУниверситет, "МИСиС"Защита состоится ноября 2010 года в ч. мин.
на заседании диссертационного советаД 501.001.70 при Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова поадресу: 119991 Москва ГСП-1, Ленинские горы, д.1, стр.2, МГУ имени М.В. Ломоносова,ЦКП физического факультета, конференц-зал.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ имениМ.В. ЛомоносоваАвтореферат разослан «_____»______________2010 г.Ученый секретарьдиссертационного советад.ф.-м.н., профессорПлотников Г.С.-2-ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы диссертационной работыРазвитиесовременных областей электротехники, магнитной записи информации,вычислительной техники, микро - и наноэлектроники, а также областей техники и физики, вкоторых используются магнитные датчики (автомобилестроение, магнитная дефектоскопия,медицина, приборостроение и др.), тесно связано с получением новых типов магнитныхматериалов. Большинство новых материалов являются искусственно синтезированными ипредставляют собой микро - или нанонеоднородные системы, как например: ультратонкиепленки, мультислои, наночастицы и их ансамбли, аморфные и нанокристаллическиематериалы, гранулярные системы, разбавленные магнитные полупроводники.
Свойстватаких материалов значительно отличаются от свойств объёмных аналогов, вплоть до того,что они могут обладать новыми физическими эффектами. В силу этого возникаетнеобходимость каквсестороннего исследования таких новых материалов, так ицеленаправленного улучшения их магнитных, магнитотраспортных, оптических и другихпрактически важных свойств.Данная работа посвящена исследованию одного их таких новых материалов магнитных микропроводов в стеклянной оболочке. Хотя метод изготовления микропроводовв стеклянной оболочке (метод Тейлора - Улитовского) был предложен более 60 лет назад,только последние 15 лет он стал использоваться для получения магнитных микропроводов, асверхтонкие магнитные микропровода были получены только в последние годы.Непрерывно возрастающий интерес к микропроводам обусловлен целым рядом факторов,имеющих как самостоятельное научное, так и прикладное значение.
К таким факторамотносятся: простота изготовления, не требующая дорогостоящей техники, возможностицеленаправленногоизмененияфизическихсвойств имикроструктуры,уникальныемагнитные свойства, такие как магнитная мягкость, магнитная бистабильность, гигантскиймагнитоимпеданс (ГМИ), гигантское магнитосопротивление (ГМС), значительное изменениесвойств под влиянием механических напряжений. Идеальная цилиндрическая формапозволяет значительно упростить сравнение теории с экспериментом, особенно в частиисследования микромагнитной структуры, движения доменных границ, импеданса, и т.д.Целью настоящей работы явилось исследование особенностей формирования магнитныхсвойств,магнитосопротивления,анизотропиейиструктурнымимагнитоимпедансасвойствамигранулированных микропроводов.-3-иихаморфных,связисмагнитоупругойнанокристаллическихиДля реализации этой задачи в процессе работы были изготовлены микропроводаразличного состава, в том числе и многослойные,с различным отношением диаметраметаллической жилы к толщине стеклянной оболочки, разработаны методики ихтермообработки, разработаны, апробированы и использованы новые методики магнитныхизмерений.
Эти методики и соответствующиеустановки обеспечили возможностьизмерения магнитных свойств образцов с высокими магнитно-мягкими свойствами малогосечения и с малым магнитным моментом; измерения скорости распространения доменныхграниц в микропроводе с магнитной бистабильностью; магнитоимпеданса (мнимой идействительнойкомпонент,продольнойинедиагональнойкомпонент),константымагнитострикции.На защиту выносятся:1.Описаниянамагничиваниялабораторныхметодик,магнитно-мягкогопредназначенныхмикропровода,дляизмеренияпрофилякривыхнамагниченности,магнитострикции, локальных полей зарождения доменов, магнитоимпеданса, скоростидвижения доменных границ.2. Результаты исследования влияния магнитоупругой анизотропии на магнитныесвойствааморфногомикропроводаиописанияметодовизмененияэффективнойанизотропии и магнитных свойств микропроводов путём их отжига в присутствиимеханического напряжения и/или магнитного поля.3.
Экспериментальное доказательство существования критической длины возникновениямагнитно-бистабильного состояния в микропроводе и её корреляции с глубинойпроникновениякраевыхзамыкающихдоменов,механическиминапряжениями,намагниченностью насыщения и диаметром ферромагнитного провода.4. Результаты исследований флуктуаций полей старта и их интерпретация в рамкахтермоактивационной модели.5.
Результаты исследований влияния магнитоупругой анизотропии и взаимодействиядоменных границ с внутренними дефектами на скорость движения доменных границ ваморфных микропроводах.6. Результаты исследования магнитно-мягких свойств и недиагонального ГМИ вультратонких (менее 10 мкм) микропроводах Co67,1 Fe3,8 Ni1,4Si14,5 B11,5Mo1,7, с околонулевойконстантой магнитострикции, и Co74B13Si11C2, с отрицательной константой магнитострикции.7. Метод управления магнитным откликом, параметрами результирующей петлигистерезиса и эффектом ГМИ в искусственных структурах из микропроводов за счёт-4-магнитостатического взаимодействия нескольких микропроводов с идентичным илиразличным характером перемагничивания.8.Результаты исследований магнитной анизотропии в многослойных микропроводах,изготовленных с использованием методов быстрой закалки, напыления и электроосаждения.9.Экспериментальныеданныепогигантскомумагнитосопротивлениювгранулированных микропроводах Co10Cu90, Cu63Fe37 и Co29Ni25Mn1Cu45.10.Экспериментальныеданныепотемпературной,частотнойиамплитуднойзависимостям коэрцитивной силы в аморфных и нанокристаллических микропроводах и ихинтерпретация.11.Результатыисследованийвмагнитно-мягкоммикропроводезависимостеймагнитных свойств и магнитоимпеданса от приложенных механических напряжений.Основные положения диссертации, выносимые на защиту:1.Магнитоупругая анизотропия оказываетопределяющее влияние на магнитныесвойства и ГМИ аморфного микропровода, которые могут быть контролируемым образомизменены путем выбора состава металлической жилы и стеклянного покрытия, соотношениядиаметра металлической жилы и толщины стекла, термообработки в присутствиимеханических напряжений и магнитного поля.
При этом аморфные микропровода сположительной магнитострикцией (на основе Fe) проявляют магнитно-бистабильныйхарактер, с околонулевой магнитострикцией (при соотношении Co/Fe≈70/5) - высокиемагнитно-мягкиесвойства,тогдакакаморфныемикропроводасотрицательноймагнитострикцией (на основе Co) демонстрируют наклонную петлю гистерезиса.Критическая длина магнитно-бистабильного состояния в аморфном микропроводе2.на порядок меньше, чем в традиционной аморфной проволоке, коррелирует с глубинойпроникновения краевых замыкающих доменов и зависит от механических напряжений,намагниченности насыщения, диаметра ферромагнитного провода.3.Распределение полей старта в магнитно-бистабильных микропроводах (на основеFe), измеренное в широком температурном интервале, под действием механическихнапряжений и при различных частотах внешнего поля, имеет активационный характер иописывается термоактивационной моделью при учёте магнитоупругого вклада и вклада отвзаимодействия доменных границ с дефектами атомного масштаба.4.Температурная зависимость коэрцитивной силы в аморфных микропроводахопределяется магнитоупругим вкладом и вкладом от взаимодействия доменных границ сдефектами атомного масштаба.
Амплитудно-частотная зависимость коэрцитивной силы ваморфныхинанокристаллических(Fe-Cu-Nb-Si-B-5-иFe79Hf7B12Si2)магнитныхмикропроводах определяется геометрией, структурным состоянием и типом петлигистерезиса изученных образцов.5.Перемагничиваниемагнитно-бистабильныхаморфныхмикропроводовосуществляется сверхскоростным движением доменных границ со скоростью, превышающей1 км/сек, что на порядок превышает скорость доменных границ в нанопроводах при тех жеполях.6.Флуктуации локального поля зарождения доменных границ вдоль длинымикропровода обусловлены внутренними дефектами иявляются причиной нелинейныхполевых зависимостей скорости движения доменных границ.7.Приложениемеханическихнапряженийкмагнитно-мягкимаморфныммикропроводам изменяет коэрцитивную силу, остаточную намагниченность и импеданс.Эффект изменения импеданса под влиянием механических напряжений, получившийназвание стресс-импеданс (СИ), может служить основой для создания датчиков деформаций.8.Величина,чувствительность,температурныезависимостидиагональногоинедиагонального ГМИ, а также стресс-импеданса в аморфных микропроводах, в том числеультратонких, зависят от магнитной анизотропии и магнитно-мягкихсвойств, иопределяются как составом и геометрическими параметрами микропровода, так и режимамитермообработки в магнитном поле и/или при приложении механических напряжений.Применение отжига в присутствии механического напряженияпозволяет, варьируяпродолжительность и температуру отжига, кардинально изменить магнитную анизотропию иполучить высокую тензочувствительность, управлять магнитными свойствами и эффектомГМИ аморфного микропровода.9.Добавление Ni и Сr до 45 и 13 ат.
%, соответственно, в сплавы Co-Fe-B-Siприводит к уменьшению температуры Кюри и высокой температурной чувствительностинамагниченности, проницаемости, ГМИ в аморфных магнитно-мягких микропропроводах.10.Гранулированные микропровода, изготовленные их магнитных и немагнитныхэлементов со слабой взаимной растворимостью(Co10Cu90, Cu63Fe37 и Co29Ni25Mn1Cu45) ,обладают эффектом гигантского магнитосопротивления (до 18 %). При локализации частимагнитныхионоввнемагнитнойматрицетемпературнаязависимостьмагнитосопротивления имеет аномальный характер.11.несколькихИзменение количества и типа микропроводов в системе, состоящей изидентичныхилиразличныхмикропроводов,-6-позволяетизменятькакрезультирующую петлю гистерезиса системы, так и ГМИ за счет магнитостатическоговзаимодействия между проводами.12.В микропроводах с нанокристаллической структурой (FeCuNbSiB и FeHfBSi)имеет место корреляция магнитных и механических свойств.13.В композитных микропроводах, содержащих слои из разных материалов иполученных последовательным использованием методов быстрой закалки, напыления иэлектроосаждения,результирующаямагнитнаяанизотропияимагнитныеопределяются магнитоупругой анизотропией и магнитостатическимсвойствавзаимодействиеммежду слоями композитных структур.Научная новизна и практическая ценностьПолученные в диссертации результаты дали начало в развитии нового семействамагнитно-мягких материалов – микропроводовв стеклянной оболочке с высокимимагнитно-мягкими свойствами и эффектом ГМИ, развивают представления о механизмахквазистатического перемагничивания и поведения в переменных полях аморфных,нанокристаллических и наногранулярных микропроводов, закономерностях формированияих магнитно-мягких свойств и влияния термообработок (в поле и под действиеммеханических напряжений) на их магнитные свойства и ГМИ эффект.Результаты исследований дают возможность получать материалы с заранеепрогнозируемыми свойствами и управлять магнитными свойствами, что позволяетзначительно ускорить технологический процесс и создавать образцы с новыми необычнымисвойствами.
В частности, предложен метод управления магнитными свойствами аморфныхмикропроводов на основе Fe и Со за счет изменения продолжительности и температурыотжига при приложении магнитного поля или механического напряжения. Это позволилоконтролируемым образом менять их магнитную анизотропию, магнитно- мягкие свойства,эффект ГМИ и обнаруженный эффект изменения магнитоимпеданса под влияниемнапряжений (стресс-импеданс)Впервые показано, что магнитостатическое взаимодействие микропроводов за счёт ихполей рассеяния отражается как на петлях гистерезиса результирующей системы, так и наэффекте ГМИ.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
