Диссертация (1098006), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Следует отметить, что в литературе также часто встречаетсяназвание гигантский магнитоимпеданс (см. обзоры [32-33]). С нашей точки зрения этоназвание используется по аналогии с магниторезистивными явлениями, где историческиГМС или колоссальное магнитосопротивление использовались для того, чтобы выделитьэти эффекты по отношению к классическому магнитосопротивлению. Слабый20магнитоимпеданс может наблюдаться для большого количества магнитных материалов ине представляет интереса.

В этом смысле нет нужды выделять гигантскиймагнитоимпеданс в качестве самостоятельного эффекта.Обзор построен следующим образом. Первые две части знакомят читателя сосновными МИ явлениями в магнитомягких проводах и многослойных пленках. Далееобсуждаются асимметричный и недиагональный МИ, которые представляют особыйинтерес для практических приложений. В разделах 4 и 5 рассматриваются особенноститеоретических и экспериментальных методов исследования МИ. Последние две частипосвященыперспективампрактическогоиспользованияМИдляразработкивысокочувствительных сенсоров, управляемых и интеллектуальных материалов.Выражение для высокочастотного импеданса проводящего цилиндрическогопроводника хорошо известно из классической электродинамики [34]: = 0 (),2 1 ()=(1 + )(1.1)В формуле (1.1) 0 , 1 – функции Бесселя нулевого и первого порядков, электрическое сопротивление постоянному току, – радиус провода, - мнимая единица, обозначает глубину скин-слоя.

Вычисление импеданса можно обобщить на случаймагнитного проводника, подставляя в выражение для скин-слоя значение некоторойусредненной магнитной проницаемости , которая входит в отношение циркулярноймагнитной индукции к циркулярному магнитному полю:=(1.2)√2Формула (1.2) записана в системе единиц сгс, – скорость света, - проводимость, = 2,-частотапеременноготока.Аналогично,можноопределитьвысокочастотный импеданс магнитной ленты или однородной пленки толщины : = cot,22(1.3)21В (1.3) определяется формулой (1.2), где вместо используется соответствующийпараметр поперечной магнитной проницаемости. Именно такой подход использовался впервых работах по анализу МИ [3-6, 35,36].Рисунок 1.1. Схема измерения МИ эффекта для относительно низких частот.Для экспериментальных исследований измерялось изменение напряжения ∆ наконцах магнитного проводника, по которому протекал ток определенной частоты иамплитуды, при воздействии на него внешнего постоянного магнитного поля , какпоказано на Рисунке 1.1.

Относительное изменение импеданса (или МИ отношение)часто понимается как∆ ∆( ) − ( = 0 )==||( = 0 )(1.4)Иногда импеданс нормируется на его значение при – магнитное поле, при которомнапряжение (или импеданс) имеют максимум. Но такое определение неудобно,поскольку зависит от многих факторов и меняется с частотой.1.1Эффект магнитного импеданса в аморфных проводахНа Рисунке 1.2. представлены МИ характеристики [37,38] аморфных проводовсходных составов, изготовленных двумя различными методами: при охлаждениипотоком вращающейся воды (т.н. in-rotating water [39]) и методом вытягивания встеклянном капилляре (glass-coated wires [40,41]).

Из сравнения представленных МИхарактеристик для очень похожих материалов следует, что они могут иметь совершенноразные полевые зависимости. Аналогичные результаты для микропроводов в стекляннойоболочке были также получены в работах [42,43].22Рисунок 1.2. Полевые зависимости МИ отношения в аморфных проводах наоснове CoFe для различных частот: (a)- 10кГц-1МГц для in-rotating water проводов [37];(b)- 1 МГц-10 МГц для проводов в стеклянной оболочке [38].Необходимо было установить влияние таких параметров, как геометрическиеразмеры, тип доменной структуры, тип магнитной анизотропии, условия возбуждения наповедение МИ.

В частности, было выяснено, что особое влияние имеют следующиеусловия:Геометрические размеры;Величинаполя,индуцируемоговозбуждающимпеременнымтоком,отношению к циркулярной коерцитивности на определенных частотах;по23Магнитныйсплав,определяющийтакиепараметры,каквеличинамагнитострикции;Величина и направление магнитной анизотропии, разброс осей анизотропии;Условия возбуждения.Real part of the permeabilityCoSiB 30 m diamf = (a /  ( ))2 = 19000s150 kHzdc6000DWRot30000-4-2024CoSiB 30 m diamf = 202000s3MHzRot1000DW0-3-2-101Reduced field, H / Hex23KРисунок 1.3. Результаты моделирования эффективной циркулярной проницаемостидля аморфных проводов состава CoSiB c диаметром 30 микрон для различных частот.Рассматривается обратимое смещение доменных границ и вращение намагниченности.Параметры расчета: проводимость = 1016 с−1 , статическая коерцитивность- / =0.2 , начальная проницаемость 104 ,разброс осей анизотропии относительноциркулярного направления- 10 градусов.Так, характеристики, типа представленных на Рисунке 1.2(а) соответствуютопределяющему вкладу движения циркулярных доменных границ в эффективнуюмагнитную проницаемость.

Осевое внешнее магнитное поле является «трудным полем»по отношению к циркулярной анизотропии и его наличие подавляет доменнуювосприимчивость. Это и обуславливает поведение МИ, представленное на Рисунке1.2(а), когда импеданс уменьшается при воздействии внешнего магнитного поля. Однако24вклад доменных границ уменьшается с увеличением частоты, что связано с сильнымзатуханием из-за наведенных токов Фуко.

Поведение циркулярной вращательноймагнитной проницаемости, наоборот, значительно увеличивается при воздействииосевого магнитного поля, что и обуславливает поведение импеданса при повышенныхчастотах, как видно из Рисунка 1.2b. Поведение эффективной циркулярной магнитнойпроницаемости, рассчитанной для обратимого смещения доменных границ и вращениянамагниченности, представлено на Рисунке 1.3 [44], которое качественно описываетимпедансные характеристики.Для идеальной циркулярной магнитной анитзотропии, магнитная проницаемость засчет вращения стремится к бесконечности при → , где - эффективное полеанизотропии. Соответственно вставал вопрос, что является основным фактором,ограничивающим поведение магнитной проницаемости, и, следовательно, импедансапри таких полях.Высказывалось предположение, что нелокальность магнитнойпроницаемости за счет неоднородного обмена будет ограничивать значение МИ при → [45, 46].

Однако, как было продемонстрировано в наших работах, основноезначение имеет разброс осей анизотропии. Этот вывод имел большое практическоезначение, так как определил методы увеличения МИ отношения.Наиболее полно влияние обменных эффектов на поведение высокочастотногоимпеданса исследовалось в работах Менарда (Menard [47, 48]).Следует отметить, что поведение импеданса с пиком при нулевом внешнем полетакже характерно для систем с осевой магнитной анизотропией [38,49-51]. Такимобразом, исследование влияния магнитной структуры на МИ было крайне актуальнойзадачей для оптимизации МИ в различных системах. Совершенно разные МИхарактеристики наблюдались для одних и тех же материалов в зависимости отразличной тепловой обработки, как показано на Рисунке 1.4 [38].

Большое количестворабот посвящено этому вопросу (см., например, [51-54]).Интересные МИ характеристики бистабильного типа были получены в аморфныхпроводах с геликоидальной магнитной анизотропией при возбуждении импульснымтоком, как показано на Рисунке 1.5 [55].Такимобразом,разнообразиеМИхарактеристиктребовалоразработкисоответствующей теории и постановки эксперимента, который был бы совместим стеоретическими моделями.25Рисунок 1.4. Полевые зависимости импеданса in-rotating water проводов составаCo0.947Fe0.053)70Si12B18, до тепловой обработки (a) и после тепловой обработки (b).Частота переменного тока – 900 кГц, амплитуда – 5 мА.HexIpex40I = 12 mApCoSiB 30 micron dia.

2 turns/mV (mV)30 = 8 kg/mm2al = 0.5 mm0t = 20 nsI = 10 mAp20H (10-4 T)ex-30-20-100102030Рисунок 1.5. МИ характеристики в проводах в присутствии скручивающихнапряжений при возбуждении импульсным током.26Поскольку магнитная анизотропия имеет определяющее значение на поведениеМИ,былоисследовановлияниевнешнихнапряжений(растягивающихилискручивающих ) на высокочастотный импеданс. Это явление даже называют стрессимпедансом [56-57]. В целом ряде работ исследуются зависимости импеданса отразличных внешних напряжений [58-64].

C одной стороны, это важно для разработкиразличных сенсоров механических напряжений, нагрузки. С другой стороны, с помощьюнаведенныхнапряженийможносоздаватьразличныетипыанизотропиииманипулировать поведением импеданса. Также, учитывая влияние механическихнапряжений на полевые зависимости импеданса, можно определить различныемагнитные параметры. Например, исследуя поле , при котором наблюдаетсямаксимальное значение МИ для различных приложенных напряжениях , можноопределить константу магнитострикции [58]: = Δ3 Δ( 1.5)Конечно, выражение (1.5) верно только для хорошо определенной циркулярнойанизотропии.Ваморфныхпроводах,вкоторыхмагнитнаяанизотропияопределяетсямагнитострикционными взаимодействиями, наблюдается очень сильная зависимость МИот механических нагрузок, как показано на Рисунке 1.6 [62].

Характеристики

Список файлов диссертации