Диссертация (1098006)
Текст из файла
Национальный исследовательский технологический университетМИСИСНа правах рукописиПанина Лариса ВладимировнаЭффект магнитоимпеданса в ферромагнитных микроструктурах и композитных средахСпециальность 01.04.11 - физика магнитных явленийДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степенидоктора физико-математических наукМосква 20162СодержаниеВведение……………………………………………………….......................................... 7Глава 1. Литературный обзор………………………..……………………...……… 191.1.Эффект магнитного импеданса в аморфных проводах………………… 211.2.МИ в многослойных пленках……………………………….…………… 281.3.Асимметричный МИ……………………………………………………... 331.4.Теоретические модели для описания МИ эффекта……………………..
371.5.Экспериментальные методы исследования МИ………………………... 431.6.Применение МИ эффекта для разработкивысокочувствительных миниатюрных cенсоров………..…..………….. 501.7.Применение МИ эффекта в ферромагнитных проводахдля управления электромагнитными свойствами композитныхматериалов………………………………………………………………… 56Глава 2. Магнитная структура и динамическая магнитнаяпроницаемость аморфных проводов с отрицательноймагнитострикцией…………………………………………………..………………… 642.1.Доменная структура в проводах с отрицательноймагнитострикцией и циркулярные процессы намагничивания……….. 652.2.Анализ воздействия внешнего поля на циркулярныепроцессы перемагничивания……………………………………………..
722.3.Динамическая проницаемость, обусловленная смещениемдоменных границ………………………………………..……………………… 752.4.Вращательный тензор магнитной проницаемости……………………... 82Глава 3. Эффект магнитного импеданса в цилиндрическихмагнетиках с геликоидальной анизотропией……………………………….….. 8833.1.Постановка задачи для анализа тензора поверхностногоимпеданса в цилиндрических магнетиках………………………………. 883.2Магнитный импеданс в ненасыщенных цилиндрическихмагнетиках с круговой доменной структурой…………………………... 913.3.Тензор поверхностного импеданса в цилиндрическихпроводниках с геликоидальной намагниченностью……………………. 963.3.1. Высокочастотный предел………………………………………… 993.3.2.
Низкочастотный предел ………………………………………… 1043.3.3. Импедансные характеристики…………………………………... 1083.4.Экспериментальное определение тензора импедансапри повышенных частотах и сравнение с теорией…………………….. 1123.5.Поведение МИ на ГГц частотах……………………………………………1203.6.Стресс импеданс эффект при ГГц частотах……………………………. 124Глава 4. Магнитоимпеданс в трехслойных пленках………………………….
1294.1.Анализ МИ в трехслойных системах………………………………...…. 1304.1.1. Приближение слабого скин-эффекта………………………...…. 1314.1.2. Точное решение для одномерной задачи……………………..... 1324.2.Влияние ширины пленки на МИ………………………………………... 1424.2.1. Приближение слабого скин-эффекта………………….……… 1434.2.2. Точное решение двумерной задачи…………………………… 1454.3.Экспериментальные исследования по МИ в пленках………………… 1544.3.1. Экспериментальная методика измеренияимпеданса тонких пленок…………………………………………….. 1544.3.2. Получение многослойных пленок и использованиеразличного отжига для достижения требуемоймодификации магнитной структуры………………………………… 1564.3.3.
Экспериментальные результаты для NiFe /Au / NiFeоткрытых структур…………………………………………………… 1574.3.4. Влияние конфигурации магнитногопотока…………………………………………………………………. 16244.3.5 Результаты по продольному импедансу сиспользованием аморфных магнитных слоевсостава Co70.2Fe7.8B22 и CoSiB………………………………………... 1624.3.6. Исследование влияния ширины пленки на МИ………………. 165Глава 5. Асимметричный и недиагональный магнитоимпеданс…………... 1695.1.Асимметричные процессы намагничивания в проводах имногослойных пленках…………………………………………………... 1715.1.1.
Геликоидальная анизотропия в аморфныхпроводах и кривые намагничивания………………………………… 1715.1.2. Спиральная анизотропия в трехслойных пленкахи кривые намагничивания……………………………………………. 1755.2.МИ в структурах со спиральным (геликоидальным)типом магнитной анизотропией………………………………………… 1775.2.1. МИ в проводах с геликоидальной анизотропией…………….
1775.2.2 МИ в многослойных пленках с перекрестной(спиральной) анизотропией……………….…………………………… 1825.3.Динамический асимметричный МИ……………………………………. 1875.4.Экспериментальные исследования недиагональногоимпеданса в трехслойных пленках …………………………………….. 1925.4.1. Технология производства планарной катушки……………….
1925.4.2. Экспериментальные результаты по недиагональномуимпедансу в планарных системах…………………………………… 1955.5.Применение недиагонального импеданса дляразработки высокочувствительных cенсоров………………………….. 1975.5.1. Недиагональный импеданс в аморфных CoFeSiBмикропроводах со стеклянной оболочкой………………………….. 1985.5.2 Импульсное возбуждение……………………………………… 2005.5.3 Гармоническое возбуждение…………………………………… 2025Глава 6. Композитные материалы с управляемымиэлектромагнитными параметрами на гигагерцовых частотах……............... 2046.1.
Дисперсионные характеристики проволочных сред……………………...... 2056.1.1. Композиты с короткими отрезками проводов………………….. 2056.1.2. Решетки непрерывных проводов………………………… ……... 2076.2. Экспериментальные методы измерения эффективныхпараметров проволочных сред…………………………………………….. 2106.3. Магнитное управление диэлектрическими свойствамикомпозитов с непрерывными магнитными проводами…………………..
2156.3.1. Эффективная диэлектрическая проницаемостьрешеток магнитных проводов…………………………………………… 2156.3.2. Эффект магнитного поля на частотную дисперсиюэффективной диэлектрической проницаемости системынепрерывных аморфных проводов на основе кобальта………………… 2176.3.3 Экспериментальные результаты исследования спектроврассеяния и эффективных параметров решеток с магнитнымипроводами состава Co66 Fe3.5B16Si11Cr3.5………………………………… 2206.4.
Эффективная диэлектрическая проницаемость композитовс короткими отрезками магнитных проводов……………………………… 2256.4.1 Рассеяние электромагнитных волн наиндивидуальном магнитном проводе…………………………………… 2266.4.2. Электрическая поляризуемость магнитного провода…………… 2336.4.3 Влияние магнитного поля на эффективнуюдиэлектрическую проницаемость композитов скороткими проводами……………………………………………………. 2356.4.4. Экспериментальные результаты поуправляемым электродинамическим свойствам композитовс короткими включениями………………………………………………. 2386.
5. Применения управляемых проволочных композитов……………………… 243Заключение………………………………………………………….…………………… 2496Список публикаций по теме диссертационной работы……….……………... 255Список литературы………………………………………..………………………….. 2617ВведениеОбщая характеристика работыАктуальность проблемыОткрытие эффекта магнитного импеданса (МИ) в аморфных ферромагнитныхпроводах и лентах в начале 90-х [1-7] вызвало значительный интерес, обусловленныйогромным потенциалом его использования в различных сенсорных системах: отминиатюрных сверхчувствительных датчиков магнитного поля, создаваемого живымиорганизмами,довстраиваемыхмикродатчиковмеханическихнапряженийвинтеллектуальных композиционных материалах.
На основе МИ можно также создаватьуправляемые метаматериалы, электродинамический отклик которых изменяется поддействием внешних факторов. После публикации первых работ по МИ в аморфныхпроводах и лентах, объем исследований в этой области быстро нарастал. Работы автораданной диссертационной работы были в числе первых.В самом простом выраженииМИ эффект понимается как очень большое изменение высокочастотного напряжения,измеряемого на концах магнитного проводника, под действием постоянного магнитногополя. Более общий подход связан с рассмотрением тензора поверхностного импедансаферромагнитных структур и его зависимости от магнитных свойств. Это расширяетвозможности разработки сенсорных элементов с требуемыми свойствами, а такжепозволяет использованиясвязать локальные магнитные свойства с параметрамирассеяния электромагнитных волн на ферромагнитных структурах.Диссертационнаяработа посвящена исследованию МИ эффекта и тензора поверхностного импеданса ваморфных проводах и многослойных пленках для приложений в высокочувствительныхсенсорах, управляемых и интеллектуальных композиционных материалах.В оригинальных работах по МИ относительное изменение импеданса достигалонескольких десятков процентов при характерных полях порядка Эрстед.
В дальнейшемэто отношение удалось увеличить до 600% [8-9], причем характерные поля оставалисьтакжевпределахнесколькихЭрстед,тоестьудалосьдостичьгигантскойчувствительности, что имело принципиальное значение для разработки магнитныхсенсоров. Это стало возможным в результате понимания влияния магнитной структурыи способов возбуждения на МИ. Большое значение для разработки линейных МИ8сенсоров с улучшенным отношением сигнал-шум имело исследование так-называемогонедиагонального МИ.
Коммерческие разработки МИ- сенсоров [10] используют именноэту схему. Для миниатюризации сенсорных элементов и для совместимости стехнологией интегральных схем использование МИ в тонких пленках являетсяпредпочтительней. Все эти проблемы рассмотрены в диссертационной работе.МИ эффект в тонких проводах интересен и с точки зрения создания управляемых иинтеллектуальных композиционных систем. Проводящие проволочные включенияиндуцируют необычные поляризационные свойства электромагнитного отклика в ответна микроволновое излучение [11-13].
Для приложений было бы весьма заманчивым,если дисперсионная зависимость эффективной диэлектрической проницаемости моглабы изменяться под действием внешних факторов, например, внешних магнитных полейили механического напряжения. Такие свойства можно реализовать с помощьюразличных нелинейных элементов.
В случае использования ферромагнитных проводов вдиэлектрической матрице, диэлектрическая проницаемость такого композита можетзавесить от локальных магнитных свойств включений, так как потери определяютсятензором поверхностного импеданса.Магнитоимпеданс (МИ) в проводящихферромагнитных микроструктурахКомпозитные материалыс проводящими микропроводамиАномальнаячастотная дисперсиядиэлектрической проницаемостиМИ на МГц частотахМИна ГГц частотахВысокочувствительныесенсоры магнитного поля,механических напряженийБеспроводныевстраиваемыесенсорыДиэлектрическая проницаемостьзависит от магнитных свойств1) Управляемые селективныемикроволновые материалы2) Интеллектуальныесенсорные материалыРисунок 1.
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}
