Диссертация (1098006), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Диаграмма, отражающая исследования МИ эффекта в различныхчастотных диапазонах, и их связь с разработкой высокочувствительных сенсоров иинтеллектуальных материалов.9То есть предлагается новый механизм управления электромагнитными свойствамикомпозитныхсистемпосредствомизменениявысокочастотногоимпедансаферромагнитных проволочных включений. Эта идея была предложена и разработана вданной работе.Целью диссертационной работы является разработка концепции магнитоимпеданса(МИ) и тензора поверхностного импеданса в ферромагнитных проводах, мультислоях икомпозитных материалах с ферромагнитными проводами, установление механизмовусиления и модификации МИ характеристик в различных частотных диапазонах дляприменений в высокочувствительных сенсорах, интеллектуальных и управляемыхкомпозитных средах.
Взаимосвязь МИ и различных приложений продемонстрированана Рисунке 1. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: Теоретическое и экспериментальное исследования статических и динамическихпроцессов намагничивания в аморфных микропроводах с круговой доменнойструктурой в ортогональных магнитных полях; Разработкаматематическогоаппаратааналитическогоанализатензораповерхностного импеданса в ферромагнитных проводах с геликоидальноймагнитной анизотропией при произвольных частотах; Разработкаматематическогоаппаратааналитическогоанализатензораповерхностного импеданса в трехслойных пленках типа ферромагнетик/метал/ферромагнетик с учетом планарных геометрических размеров; Разработка экспериментальных методов определения матрицы поверхностногоимпеданса и анализ экспериментальных данных; ИсследованиямеханизмовасимметричногоМИ,экспериментальноеподтверждение различных механизмов асимметричного МИ; Разработка математического аппарата для анализа рассеяния электромагнитныхволн на одиночном ферромагнитном микропроводе (магнитополяризационныйэффект) и на решетках ферромагнитных проводов плазмонного типа; Теоретическоеиэкспериментальноеисследованияэффективнойдиэлектрической проницаемости композиционных сред с ферромагнитнымипроводамиподдействиеммеханического напряжения.внешнихфакторов-магнитногополяи10Исследование МИ и тензора поверхностного импеданса ведется на примереаморфных микропроводов на основе Со и трехслойных пленок типа ферромагнетик/благородный метал/ферромагнетик.
Композитные материалы включают решеткинепрерывных параллельных МИ проводов (плазмонные системы) и короткие МИпровода, на которых может реализоваться антенный резонанс (резонансные системы).Научная новизна работы заключается в следующем:1. Теоретически исследованы процессы перемагничивания в аморфных проводах скруговой доменной структурой в ортогональных магнитных полях.
Предложенаметодика расчета и экспериментального определения динамической магнитнойпроницаемости, обусловленнойсмещением круговыхдоменныхграниц.Определена характерная частота релаксации круговых доменных стенок,обусловленная генерацией токов Фуко в окрестности движущейся стенки,которая для аморфного микропровода на основе Со составляет несколько МГц.2. Исследовано поведение МИ в проводах с круговой доменной структурой. Длячастот,нижерелаксационнойчастотыдоменныхграниц,высокаячувствительность импеданса к внешнему магнитному полю обусловленаподавлением циркулярных процессов намагничивания внешним осевыммагнитным полем. Для частот, выше частоты релаксации, процессы вращениянамагниченности становятся доминирующими, что приводит к изменению МИхарактеристик- центральный пик расщепляется на два симметричных пика.3.
Разработанаметодикарасчетатензораповерхностногоимпедансавцилиндрических ферромагнетиках с геликоидальной анизотропией, основаннаяна асимптотическом решении уравнения Максвелла при условии локальной илинейной магнитной проницаемости. Максимальная чувствительность тензораповерхностного импеданса относительно внешних воздействий- магнитногополя и механических напряженийанизотропииидостигаетсяпризависит от разброса осей магнитнойизмененииориентациистатическойнамагниченности. Особенно отчетливо эта тенденция наблюдается на ГГцчастотах, когда доминирующий вклад в зависимость импеданса от магнитныхсвойств дают статические процессы перемагничивания.114.
Разработана методика определения всех компонент тензора поверхностногоимпеданса и проведено сравнение экспериментальных и теоретическихрезультатов с учетом условий возбуждения. Для циркулярной анизотропии и вотсутствии доменной структуры на МГц частотах продольный импеданс всегдаимеет два симметричных пика, возникающих при полях, соответствующихэффективному полю анизотропии. При наличии круговой доменной структурынедиагональный импеданс подавляется.
В присутствии постоянного тока,устраняющегодоменнуюструктуру,недиагональныйимпедансантисимметричен по отношению к внешнему полю с почти линейным участкомв области полей, меньших поля анизотропии.5. Разработана методика аналитического расчета импеданса в трехслойныхпленках типа ферромагнети/метал/ферромагнетик, позволяющая исследоватьвлияние магнитной анизотропии, геометрии и проводимостей слоев на МИ.
Дляпленки, шириной меньше критической, котораяопределяет протеканиемагнитного потока через немагнитный слой и зависит от частоты, толщин слоеви магнитной проницаемости,происходит значительной снижение МИотношения (динамический размагничивающему эффект).6. ПроведеноNiFe/Au/NiFe,экспериментальноеисследованиеNiFe/Al2O3/Au/Al2O3/NiFe,импедансавсистемахCoFeSiB/Cu(Au)/CoFeSiB.Наибольшее изменение импеданса наблюдалось при использовании аморфныхCoFeSiB слоев, так как отношение проводимостей увеличивается до 50. Приэтом была достигнута рекордная чувствительность изменения импедансапорядка 40%/Э на частоте 60 МГц в системах CoSiB/Au/ CoSiB общей толщины1.5 микрона, шириной 100 микрон и длиной 5 мм.7.
Предложены два механизма асимметричного МИ (АМИ) по отношению квнешнему продольному полю: - статический, обусловленный асимметричнымипроцессами статического намагничивания в ортогональных магнитных полях всистемах с геликоидальным типом магнитной анизотропии; и динамический,возникающий при смешанном типе высокочастотного возбуждения с помощьюортогональных высокочастотных магнитных полей.128. Статический АМИ в ферромагнитных проводах с геликоидальной анизотропиейи трехслойных пленках со скрещенной анизотропией возникает в присутствиипостоянного тока в соответствии с выводами теории.
Степень асимметриизависит от угла анизотропии и тока смещения.9. Динамический АМИ в ферромагнитных проводах с циркулярной анизотропиейвозникает при возбуждении высокочастотным (или импульсным) током ипродольным полем, генерируемым током катушки, намотанной на провод, чтосогласуется с теорией. В этом случае асимметрия статической намагниченностине требуется и АМИ обусловлен различной симметрией диагональных инедиагональных компонент тензора поверхностного импеданса.10.
Экспериментальные результаты по недиагональному МИ трехслойной пленкеNiFe/Au/NiFe с интегрированной планарной катушкой, полученной в процессенапыления и фотолитографии, и в аморфном микропроводе. Проанализированароль постоянного тока, который приводит к увеличению недиагональнойкомпоненты в результате устранения доменной структуры и расширениюдинамического диапазона. Проанализированы принципы линейных сенсоров,основанных на недиагональном МИ, позволяющие увеличить чувствительностьв единицах мВ/Э.11. Разработаны аналитические методы определения эффективной диэлектрическойпроницаемости композитных сред, состоящих из диэлектрической матрицы свключениями непрерывных или коротких ферромагнитных микропроводов,основанныенарешениивнешнейзадачирассеянияграничными условиями на поверхности проводов.симпеданснымиПолучен новый эффект-зависимость диэлектрической проницаемости проволочных сред от локальныхмагнитных свойств, которые могут изменяться под действием внешнихфакторов (магнитное поле, механические напряжения).12.
Экспериментальнопродемонстрированавозможностьуправленияэлектромагнитными спектрами композитов с ферромагнитными проводами, вкоторых наблюдается МИ эффект на ГГц частотах, с помощью внешнегомагнитного поля и/или механических напряжений. Наибольший эффект13управляемостимикроволновымисвойствамипроволочногокомпозитадостигается вблизи характерных частот (резонансной или плазмонной), гдераспределение индуцированного тока на проволоке становится чрезвычайночувствительным к изменениям ее проводящих и магнитных свойств.Теоретические результаты получены с использованием адекватных моделей икорректныхматематическихпоследовательноесравнениеметодов.Вбольшинствеэкспериментальныхислучаевтеоретическихпроведенорезультатов,демонстрирующее их хорошее согласие, что подтверждает достоверность результатовработы.Предлагаемая работа вносит существенный вклад в исследования по магнитномуимпедансу и электродинамике композитных сред с ферромагнитными проводами.Проведённый цикл исследований представляет собой новый подход к анализу МИ врамках тензора поверхностного импеданса и позволяют объяснить с единой точкизрения такие эффекты как асимметричный МИ, недиагональный МИ, управляемостьэффективной диэлектрической проницаемости проволочных композитов с помощьювнешних факторов, способных изменить магнитную структуру провода.
Развитая вработе теория позволяет исследовать особенности МИ в неоднородных структурахферромагнетик/метал/ферромагнетик с учетов влияния геометрии структуры и различияэлектрической проводимости. Полученные экспериментальные результаты не толькоподтверждают выводы теории, но и демонстрируют значительный потенциал дляпрактического использования. Научная и практическая значимость работы такжеподтверждается большим количеством цитирований публикаций по результатамдиссертационной работы (на настоящее время число ссылок на совокупность работравно 3664 по базе данных WOS).Результаты диссертационной работы могут быть использованы для разработкивысокочувствительных миниатюрных сенсоров магнитного поля с разрешением допикаТесла, беспроводных встраиваемых сенсоров напряжения, и при создании новыхмногофункциональных композитных материалов для неразрушающего контроля идругих микроволновых приложений.Научные положения и результаты, выносимые на защиту:1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
