Диссертация (1098006), страница 31
Текст из файла (страница 31)
При диаметре медногопровода 1 миллиметр и токе 10 Ампер, катушка потребляет 106 Ватт, индуцируядостаточно однородное поле ~ 12 Oe. Пропорция 20 = и смещение слоев на d/2относительно друг друга являются наиболее оптимальными параметрами для полученияравномерного магнитного поля внутри катушки.Рисунок 6.7.
Распределение поля внутри планарной катушки.2156.3 Магнитное управление диэлектрическими свойствамикомпозитов с непрерывными магнитными проводами6.3.1 Эффективная диэлектрическая проницаемость решеток магнитных проводовЭффективная диэлектрическая проницаемость решетки проводящих проводов,показанной на Рисунок 2, определяется уравнениями (6.6) и (6.8) в приближениидостаточно сильного скин-эффекта, как обсуждалось в разделе 6.1. В рамках этогоприближения затухание системы пропорционально скин-слою. Представляется, что вслучае магнитных проводов в (6.8) можно просто использовать выражение для скин-слоямагнитных проводов с характерной магнитной проницаемостью :=(6.10)√2Простые физические соображения показывают, что такая замена не обоснована, так какзатуханиеуменьшаетсядлямагнитныхпроводов.Междутем,появляетсядополнительный магнитный канал релаксации, и затухание должно увеличиваться.Аккуратное решение электродинамической задачи показывает, что действительно,затухание в решетках магнитных проводов возрастает.Распределение электрического и магнитного полей внутри провода и вне егосвязано импедансным граничным условием на поверхности провода: () = ℎ ()(6.11)Здесь () и ℎ () – продольное электрическое и циркулярное магнитное поля,соответственно, взятые на поверхности провода, – продольная диагональнаякомпонента поверхностного импеданса.
В окрестности проводов пространственноераспределение полей имеет цилиндрическую симметрию, но обычно рассматриваетсяквадратная элементарная ячейка, чтобы можно было использовать периодическиеграничныеусловия.Вцентреячейкирасполагаетсямагнитныйпровод.Влогарифмическом приближении (ln(/) ≫ 1), электрическое поле в ячейке вне проводаимеет вид: ( ≥ , < ) = () (1 − )2 (6.12)216изависитотповерхностногоимпедансамагнитнойпроволоки.Эффективнаядиэлектрическая проницаемость определяется из усреднения электрического поля идиэлектрического смещения: < () () >= < () > , где () – локальнаядиэлектрическая проницаемость.
Это условие можно представить в виде: < ( ≤ ) > +(1 − ) < ( ≥ ) >= < >(6.13)Здесь = 2 / 2 – объемная концентрация магнитных проводов, = 4/ –диэлектрическая проницаемость проводов, обусловленная их проводящими свойствами.Усредненноеэлектрическоеполевнутрипроводоввыражаетсячерезполныйиндуцированный ток = 2ℎ (), и, используя (6.12) получаем:< ( ≤ ) >= ()=2 2 (6.14)Полное уравнение для эффективной диэлектрической проницаемости имеет вид:4 2 + (1 − ) (1 − < >)=2 + (1 − )(1 − < >)(6.15)Для ≪ 1, (/) ≈ (/) может быть преобразовано к виду (6.6): = − =2(6.16) 2 ( 1 + )(6.17)Вспомним, что поверхностный импеданс в приближении сильного скин-эффектазаписывается в виде: = (1 − )(√̃ 2 + 2 )2(6.18)В (6.18) магнитная проницаемость ̃ соответствует характеристическомумагнитному параметру (̃ = 1 + 4̃ где ̃ определяется формулой (2.46), которыйвключаеткомпонентытензорамагнитнойпроницаемостивплоскости,перпендикулярной статической намагниченности 0 , – угол между 0 и осью217провода.
Подставляя(6.18) в (6.17) можно получить, что параметр релаксации возрастает, как квадратный корень магнитной проницаемости. Интересно также, что зависит от направления статической намагниченности, определяемого углом . Для =1 уравнение (6.17) дает релаксационный член в виде (6.8) для немагнитных проводов.Таким образом, мы продемонстрировали, что частотная дисперсия системы магнитныхпроводов зависит как от динамической магнитной проницаемости, так и от направлениястатической намагниченности.
Физический механизм такой зависимости связан сэффектом магнитного импеданса. Следует также отметить, что необходимо условие неочень сильного скин-эффекта для реализации существенной зависимости эффективнойпроницаемости от магнитных свойств проволок.6.3.2 Эффект магнитного поля на частотную дисперсию эффективнойдиэлектрической проницаемости системы непрерывных аморфных проводов наоснове кобальтаДальнейшее рассмотрение эффективной проницаемости и влияния внешнихвоздействий относится к системе аморфных ферромагнитных проводов на основекобальта, которые обладают отрицательной магнитострикцией и близкой к циркулярноймагнитнойанизотропией.Вэтихпроводахнаблюдаетсяэффектгигантскогомагнитоимпеданса(50-100%) на ГГц частотах. Характерные магнитные поля, в которыхпроисходит изменение импеданса, соответствуют полям магнитной анизотропии , тоесть не превышают нескольких Эрстед (1-10 Oe для магнитомягких проводов составатипа Co66 Fe3.5B16Si11Cr3.5).
В таких системах можно также добиться значительнойчувствительностипроницаемостипоотношениюквнешнимрастягивающимнапряжениям, но для этого нужно использовать постоянное магнитное поле смещения.Как уже отмечалось в главе 3, основная чувствительность импеданса намикроволновых частотах по отношению к осевым магнитным поля наблюдается вобласти небольших полей < , при которых происходит переориентациянамагниченности от циркулярного положения к осевому.
Это связанно с тем, чтодинамическая магнитная проницаемость мало изменяется в полях, которые значительноменьше, чем поля, соответствующие ферромагнитному резонансу. А для наблюденияФМР на ГГц частотах требуются сотни Эрстед.Спектрыэффективнойпроницаемости,рассчитанныесиспользованиемуравнений (6.16)-(6.18) и данных по импедансу представлены на Рисунке 6.8 для разных218значений магнитного поля (нормированного по отношению к полю анизотропии / ). Действительная часть имеет отрицательные значения для частот, меньшеплазмонной частоты. Как можно было ожидать, эффект магнитного поля оказываетсянаиболее значительным в низкочастотной области ( < ), которая соответствуетнаиболее сильной частотной дисперсии.
Например, на частоте 1 ГГц реальная часть изменяется с -78 в отсутствии поля до -23 при = 2 ; при дальнейшем увеличенииполя до 5 изменения проницаемости оказываются очень маленькими. Наличиемагнитного поля также влияет и на частотную зависимость мнимой части , так какувеличивается параметр релаксации. При увеличении частоты и приближении кплазмонной частоте, чувствительность проницаемости по отношению к магнитномуполю падает.Чувствительность эффективной диэлектрической проницаемости по отношению квнешнему магнитному полю будет зависеть и от геометрических параметров (, )решетки проводов (см.
Рисунок 6. 2). Для решетки с меньшим периодом плазмоннаячастота выше, то есть, уменьшая можно расширить частотную область, гдесущественно влияние внешних факторов, до более высоких частот (но таких, где ещемагнитная проницаемость проводов существенно отличается от единицы). В этом случаенеобходимо использовать провода с меньшим радиусом, чтобы ослабить скин-эффект.Например, для b=1 cм, значительный полевой эффект наблюдается на частотах меньших1 ГГц, при этом оптимальный радиус соответствует 20 микронам. При периоде решеткиb= 0.5 cм значительная полевая зависимость наблюдается до 2 ГГц, но при этом нужноиспользовать провода с меньшим радиусом (5-10 микрон).219Рисунок 6.8.Спектры эффективной диэлектрической проницаемости ( =/2) (действительная (a) и мнимая (b) части) одномерных решеток магнитныхпроводов для различных значений внешнего осевого магнитного поля (нормированногона поле анизотропии / ).
Параметры расчета: b= 0.5 см, a =10 м, = 1016 −1 ,0 = 500 G, = 5 Oe, отклонение оси анизотропии от циркулярной соответствует 15градусам. Такое отклонение анизотропии нужно для обеспечения адекватного сравнениясэкспериментом.220Рисунок 6.9 Влияние геометрических параметров решетки на эффект магнитногополяначастотныедисперсииреальнойчастиэффективнойдиэлектрическойпроницаемости. Верхний рисунок (a): b=1 cм и нижний рисунок (б): b=0.5 cм.Сплошные и пунктирные кривые соответствуют отсутствию ( = 0) или наличию( = 2 ) магнитного поля, соответственно. Цифры около кривых обозначают радиусмагнитных проводов, в соответствии с таблицами, вставленными в поле рисунка.Магнитные и резистивные параметры такие же, как и для Рисунка 6.8.6.3.3 Экспериментальные результаты исследования спектров рассеяния иэффективных параметров решеток с магнитными проводами состава Co66Fe3.5B16Si11Cr3.5Для исследования влияния внешнего магнитного поля на спектры расссеяния нарешетках магнитных проводов использовались провода в стеклянной оболочке составаCo66Fe3.5B16Si11Cr3.5, которые характеризуются малой и отрицательной магнитострикцией221порядка -10-7.
И осевыми внутренними напряжениями. То есть провода имелимагнитную анизотропию, близкою к циркулярной, что необходимо для реализации МИэффекта в гигагерцовой области. Для изучения влияния геометрических параметроврешетки, использовались провода с различными диаметрами.На Рисунке 6.10 представлены кривые магнитного гистерезиса для проводов сразличным диаметром, которые демонстрируют, что магнитные свойства незначительноизменяются при изменении поперечных размеров в выбранном диапазоне (диаметрмагнитной жилы изменялся от 72 микрон до 20 микрон), а также подтверждают наличиепреимущественно циркулярной анизотропии.Рисунок 6.10- Кривые магнитного гистерезиса для аморфных проводов составаCo66 Fe3.5B16Si11Cr3.5 в стеклянной оболочке с различными поперечными размерами (радиус металла и - толщина стеклянной оболочки): (1) = 36 м, = 4 м; (2) =10 м, = 2.4 м ; (3) = 20 м, = 5 м .Кривые намагниченности, представленные на Рисунке 6.10, показывают, что вцентральной области проводов существует осевая анизотропия.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
