Диссертация (1098006), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Такой метод получения АМИособенно важен для создания так называемых «auto-biased» линейных сенсоров.1715.1 Асимметричные процессы намагничивания в проводах имногослойных пленках.Компонентыстатическойтензораповерхностногонамагниченностииотимпедансасоответствующихзависятотпараметровориентациимагнитнойпроницаемости, причем максимальная чувствительность достигается в области полей,когдапроисходитизменениенаправлениянамагниченности.Соответственно,статические процессы намагничивания в большей степени определяют поведение МИхарактеристик.
Здесь мы расмотрим методы реализации асимметричных процессовнамагничивания в проводах и пленках.5.1.1 Геликоидальная анизотропия в аморфных проводах и кривыенамагничиванияВ аморфных магнетиках магнитоупругие взаимодействия в основном определяютлегкие оси намагничивания. Геликоидальная анизотропия в аморфных проводахустанавливается за счет внутренних скручивающих напряжений, которые образуются впроцессе отвердения, а также могут быть усилены при отжиге в присутствие внешнихскручивающих напряжений.
В случае отрицательной магнитострикции, совокупностьвнутренних растягивающих и скручивающих напряжений приводит к геликоидальнойанизотропии с углом > 45° по отношению к оси провода. Например, CoSiB аморфныепровода,получаемыетакназываемым«in-waterrotating»методом,имеютгеликоидальную анизотропию с углом порядка 60 [225].Покажем, что совокупность растягивающих 1 и скручивающих напряженийдействительно приводит к эффективной геликоидальной анизотропии. Скручивающиенапряженияэквиваленты комбинации растягивающих ( + ) и сжимающих ( − )напряжений равной величины | + | = | − | = 2 , направленных перпендикулярно другдругу и под углом 45° к оси провода (cм.
Рисунок 5.1). 2 зависит от радиуса, но этойзависимостью можно пренебречь, так как интерес представляет только поверхностныйслой порядка скин-слоя.172Рисунок 5.1. Направления растягивающих и скручивающих напряжений впроводе.Совокупная энергия магнитной анизотропии и магнитосторикции записывается ввиде:33 = − 2 − 2 1 2 − 2 2 ( 2 ( − 4 ) − 2 ( + 4 ))(5.1)Здесь угол определяет направление намагниченности по отношению к оси провода.Используя тригонометрическое тождество1 cos2 + 2 cos2 = ̃(cos 2 cos 2̃ + sin 2 sin 2̃/2)1 = ̃ cos 2̃, 2 = ̃ sin 2̃/2выражение (5.1) приводится к виду̃ | 2 (̃ − ) = −|(5.2)̃ ̃- эквивалентные константы анизотропии, которые записываются в виде:Здесь ,3 2~ K (3 / 2) 1~ 1 tan 1K,cos(2~)2K (3 / 2) 1При записи (5.2) можно не учитывать постоянный член sin2 ̃ , поскольку он не влияетна направление намагниченности.
Эффективный угол ̃ оказывается меньше чем 45°.Угол легкой оси по отношению к оси провода – определяется следующим образом:a) K (3 / 2) 0, ~1b) K (3 / 2) 1 0, 45c) K (3 / 2) 1 0, 90 ~(5.3)Для > 0 и отрицательной магнитострикции выполнение условия K (3 / 2) 1 0позволяет установить легкую ось анизотропии под углом 45 к оси провода.173Таким образом, мы продемонстрировали, что геликоидальная анизотропия ваморфныхпроводахнапряжением.Приможетэтомбытьдлянаведенасоответствующимвращательногогистерезисаимеханическимдинамическойвосприимчивости справедливы уравнения, полученные в части 2.4. Рассмотрим здесьболее подробно изменение в статическом гистерезисе в присутствии постоянного тока,создающего дополнительное циркулярное поле .
Мы продемонстрируем, чтосочетание геликоидальной анизотропии и циркулярного поля создает асимметриюстатической намагниченности по отношению к осевому магнитному полю. Равновесныеположения намагниченности определяются из минимизации свободной энергии = − cos2 ( − ) − cos + sin (5.4)Заметим также, что в поверхностном слое изменение намагниченности путем вращенияможет происходить по касательной к поверхности (аналогично плоскости), не приводя ксостояниям с высокой магнитостатической энергией.Кривые намагниченностиприведены на Рисунке 5.2. Влияние приводит к трансформации формы кривыхнамагничивания: от симметричной гистерезисной кривой для = 0 к асимметричной1.0 = 5000.5H / H = 0.55bKH / H = 0.60.0bKH /H =1bM0z/M0безгистерезисной кривой при полях больших > cos .K-0.5H =0b-1.0H / H = 0.4 (b)b-1.5-1.0-0.5H0.0ex/HK0.51.0KРисунок 5.2.
Продольные кривые намагничивания за счет вращения воднодоменном проводес геликоидальной анизотропией ( = 50°) в присутствиициркулярного поля .На Рисунке 5.3 приведены экспериментальные кривые намагниченности впродольном поле для провода с геликоидальной анизотропией в присутствии174циркулярного подмагничивания.В данном случае использовался провод состава(Co0.95Fe0.05)72.5Si12.5B15 с диаметром 120 m , полученный так-называемым «in-waterrotating method”. Провод подвергался первичному отжигу с помощью тока 450 mA втечении 20 мин для релаксации внутренних напряжений. Далее образцы отжигались под( / 4) rad /cm .действием скручивающих напряженийВидно, что циркулярноеподмагничивание приводит к сдвигу гистерезиса по отношению к нулевомупродольному полю.Циркулярные петли ( B H ) в присутствии осевого поля измерялись спомощьюмагнитооптическихметодов(transverseKerreffect).Циркулярноеподмагничивающее поле H создается низкочастотным током, текущем по проводу.Рисунок5.3.
Продольные( Bz H ex ) петлигистерезиса в проводах сгеликоидальной анизотропией в присутствие подмагничивающего тока I b =80 мА.1751,0B / |B|0,50,0H ex= 0H ex= 0.6 ЭH ex= 1.1 ЭH ex= 1.5 Э-0,5-1,0-30-20-100I (мА)102030Рисунок 5.4. Циркулярные петли в проводах с геликоидальной анизотропиейдля различных значений продольного поля H ex .Циркулярные петли представлены на Рисунке 5.4 для различных значенийосевого поля. Под действием внешнего поля эти петли преобразуются аналогичнымобразом, как и продольные петли при воздействии тока: наблюдается смещениегистерезиса и увеличение области полей, в которой перемагничивание происходит засчет вращения.Суммарное поле, действующее на намагниченность, удобно разделить на двекомпоненты- параллельно и перпендикулярно геликоидальной анизотропии.
Внешнееполе дает вклад в компоненту вдоль анизотропии, что приводит к сдвигу гистерезиса.Также, это поле дает вклад в компоненту вдоль трудной оси, что подавляет доменныепроцессы и стимулирует вращательные процессы намагничивания. Такое качественноеобъяснение подтверждается расчетами вращательного гистерезиса для геликоидальнойанизотропии, представленного на Рисунке 5.2.5.1.2 Спиральная анизотропия в трехслойных пленках и кривые намагничиванияСпиральный тип анизотропии возможен также в трехслойных системах: легкиеоси в нижнем и верхнем слоях скрещены по отношению друг к другу и образуют угол по отношению к продольному направлению, как показано на Рисунке 5.5. Такаяструктура может быть получена следующим образом. Магнитные слои напыляются в176присутствие внешнего магнитного поля в поперечном направлении (порядка 200 Oe дляCo70.2Fe7.8B22 магнитных слоев).
Это приводит к образованию одноосной поперечнойанизотропии. Далее, образец нагревается током в присутствии продольного поля, чтоприводит к развороту осей анизотропии и формируется конфигурация типа показаннойна Рисунке 5.5. Изменяя величину тока и продольного поля, можно варьировать угол .Интересно отметить, что анизотропия спирального типа может быть наведена и воднородной пленке или ленте [292-293].Рисунок 5.5.Конфигурация скрещенной анизотропии в трехслойных системах.Рисунок 5.6. Кривые намагничивания в трехслойной пленке Co70.2Fe7.8B22/ Cu/Co70.2Fe7.8B22 напыленной на стеклянную подложку. Толщина каждого слоя 0.5m,ширина 40 m.
Образец имеет конфигурацию серпантина.177Рисунок 5.6 демонстрирует сдвиг экспериментальных кривых намагничивания втрехслойной пленке под действием постоянного тока . Направление сдвигаопределяетсянаправлениемполя.Приэтомвидно, чтообластьгистерезисауменьшается. Угол анизотропии в этом случае приблизительно равен 67, чтоопределяется по сдвигу кривых намагничивания в присутствии постоянного тока I b ,создающего циркулярное магнитное поле ( H b tan H shift , H b I b / 2b , b – ширинапленки).Таким образом, в случае спирального типа анизотропии кривые намагничиванияв присутствии дополнительного тока смещения являются асимметричными, чтоприведет к соответствующему асимметричному поведению импеданса.5.2 МИ в структурах со спиральным (геликоидальным) типоммагнитной анизотропиейВ данном разделе рассматривается асимметричное поведение магнитногоимпеданса в проводах и пленках со спиральным типом анизотропии в присутствиикругового (циркулярного) подмагничивающего поля.В этом случае представляетинтерес рассмотрение двух типов возбуждения: гармоническое возбуждение иимпульсное возбуждение.
В последнем случае структура подвергается воздействиюимпульсного тока, который характеризуется шириной импульса и частотой повторенияимпульсов. Для практических применений этот тип возбуждения имеет преимуществосочетания высокочастотного сигнала с постоянным.Как следует из предыдущегоанализа, асимметрия в поведении статической намагниченности связанна именно скомбинацией геликоидальной анизотропии и постоянного подмагничивания.5.2.1 МИ в проводах с геликоидальной анизотропиейВ главе 3 были получены общие выражения для тензора поверхностногоимпеданса ̂() однородно намагниченного провода с произвольным типом магнитнойанизотропии,соответствующие гармоническому возбуждению. Выражения (3.48) -(3.50) определяют ̂ в низкочастотном пределе ( /~1), а выражения (3.33) и (3.37)соответствую высокочастотному приближению ( / ≪ 1).
Поведение асимптотикпредставлено на Рисунке 3.4b для угла анизотропии = 60°. Видно, что для178диагональной компоненты возможен разрыв между низко и высоко- частотнымиасимптотиками, тогда при расчетах необходимо проводить экстраполяцию.Результаты расчетов для геликоидальной анизотропии представлены на Рисунке5.7, где даны полевые зависимости продольной компоненты тензора импеданса дляпровода с геликоидальной анизотропией ( 50 ). Особенности этих зависимостейсвязанны с соответствующем поведением статической намагниченности (см. Рисунок5.3). С уменьшением поля (из положительного направления) амплитуда zz показываетширокий пик, который возникает в интервале 0 и H K , что зависит от величины .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
