Диссертация (1098006), страница 7

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

Текст из файла (страница 7)

Для малых возмущений намагниченность представляется ввиде : = 0 + () , где 0 - вектор статической намагниченности. Предположим,что 0 направлен по касательной к поверхности, как показано на рисунке 1.16.Пренебрегая эффектами смещения доменных границ и ограничиваясь однороднойпрецессией намагниченности (что оправданно при высоких частотах), можно записатьтензор магнитной проницаемости в штрихованной системе координат ( ′ ∥ 0 ) в виде :1̂ = (0−2000)1(1.14)Далее, рассматриваем решения уравнения Максвелла в этой системе координат, которыепредставляются двумя модами.

В результате получаем тензор импеданса, диагональные41компоненты которого отличаются. Если внешнее возбуждение задано в некоторойлабораторной системе координат, ось z которой имеет некоторыйуголпоотношению к статической намагниченности, то в этой системе все компоненты тензораоказываются ненулевыми.  zz 0    z z  c (1  i )   ef cos 2   sin 2    4     1   ef sin  cos1  ef sin  cos (1.17) ef sin 2   cos 2 Рисунок 1.16. Иллюстрация выбора системы координат для решения уравненийМаксвелла.Посколькутензоримпедансазависиткакотдинамическоймагнитнойпроницаемости, так и от ориентации постоянной намагниченности, появляетсявозможность управления индуцированным сигналом при намагничивании проводника.Этот процесс оказывается значительно более чувствительным к внешнему постоянномумагнитному полю, чем изменение магнитной проницаемости.

Именно эта ситуацияреализуется при использовании магнитного импеданса в сенсорных элементах. Следуетотметить, что члены с недиагональными компонентами тензора импеданса обусловленыисключительно магнитными свойствами.Конечно, возникает вопрос об области применения данного подхода. Прежде всего,область применимости условия сильного скин-эффекта.возникают две характерные длины: 0 =√2В магнитном проводнике–глубина проникновения в немагнитном42проводнике и =√2- глубина проникновения, которая зависит от магнитныхсвойств. Если требовать, чтобы оба эти параметры были много меньше поперечногоразмера проводника, то область применимости будет соответствовать ГГц частотам.Другиеприближениясвязаныслинейностьюзадачипоотношениюкдинамическим параметрам [125]. Это может реализоваться при малых амплитудахвозбуждающих полей. Далее предполагается однородность свойств, что является оченьсильным приближением.

Но в приближении сильного скин-эффекта основную рольиграет поверхностная область, где свойства могут считаться достаточно однородными.Также, в приведенном подходе пренебрегается обменным взаимодействием, и такиемодели часто называют «электромагнитными» [32]. Это приближение справедливо, еслиглубина скин-слоя в проводнике больше обменной длины, что для типичных аморфныхматериалов выполняется до частот порядка нескольких ГГц. Точное решение в этомприближении для одномерной плоской задачи было также получено в [69,126].Импеданс аморфных проволок с продольной анизотропией в центральной областии циркулярной анизотропией в поверхностном слое был проанализирован в работе [127].Результаты расчётов показали, что наличие центральной области с продольнойанизотропией оказывает небольшое влияние на относительное изменение импеданса.Однако при сильном скин-эффекте сказывается распределение намагниченности посечению проводника, что приводит к возрастанию энергии обменного взаимодействия ивозбуждению спиновых волн с длиной волны порядка толщины скин-слоя, чтоувеличивает поглощение энергии вихревыми токами в ферромагнитных материалах.Этот эффект может быть интерпретирован как возрастание импеданса образца.Поведение МИ, и в частности, недиагональной компоненты импеданса, былопредложено использовать для анализа поверхностной магнитной структуры [128].В работе [115] МИ анализируется с точки зрения ферромагнитного резонанса вметаллах.

После этого появился целый ряд работ, в которых исследовалось влияниеобменного взаимодействия на МИ. Модель для расчёта ГМИ в изотропной проволоке спродольной намагниченностью была предложена в работе [45-47, 85, 102]. Была сделанапопытка объяснить экспериментальные данные даже на невысоких частотах влияниемобменного взаимодействия. С нашей точки зрения это несостоятельно, так как приводитк нефизичным результатам при стремлении частоты к нулю.

Наблюдаемые эффекты по43величине МИ отношения можно описать без учета обменного взаимодействия,рассматривая неоднородное распределение анизотропии.Таким образом, для понимания экспериментальных данных и моделированияповедения импеданса для заданных приложенийнеобходим последовательныйтеоретический подход, учитывающий влияние статической магнитной структуры,геометрии, метода возбуждения и частотного диапазона.1.5 Экспериментальные методы исследования МИЭкспериментальные результаты по МИ могут выглядеть довольно противоречиво.Например, одни и те же материалы могут иметь совершенно разный профиль МИхарактеристик, как обсуждалось в разделе 1.1.

Или частотное поведение МИ можетсвидетельствовать о существенном снижении чувствительности уже на частотахнесколько десятков МГц, тогда как из других экспериментов и из теоретических работследует, что МИ может сохранять высокую чувствительность вплоть до ГГц частот.Очень часто такие противоречия обусловлены экспериментальной методикой. Приувеличении частоты до 100 МГц уже остро встает вопрос калибровки измерительнойячейки.

Таким образом, экспериментальные методики измерения высокочастотногоимпеданса оказываются очень важными для адекватного понимания поведения МИ.При невысоких частотах меньше 10 МГц, измерение МИ можно проводитьобычным четырехполюсным методом [2-6]. При этом амплитуда переменного тока в МИэлементе может быть достаточной для возбуждения необратимого смещения доменныхграниц. В результате, в зависимости от амплитуды тока, могут наблюдаться различныеповедения импеданса при воздействии постоянного поля. При более высоких частотахэтот метод использовать нельзя из-за значительного влияния паразитных импедансов иимпедансов соединительных кабелей.

Для измерения импеданса на высоких частотахиспользуются различные микроволновые методы: резонансные полости [118-119,122,129- 130], волноводные [131-134], микрополосковые линии [135-139], а такжеизмерения в свободном пространстве [140-144].44Измерение импеданса аморфных проводов в коаксиальном волноводе показало,что МИ отношение может достигать более 200 % при частотах порядка сотен МГц[132].

Однако этот метод часто не позволяет получить достоверные результаты при ГГцчастотах из-за некорректной калибровки. Были предложены различные методы дляхарактеризации МИ при повышенных частотах, например, измерение поглощения вкоаксиальном тракте [130]. Схема измерений показана на Рисунке 1.17. Исследуемыйобразец может быть намотан на центральный проводник, заменяя диэлектрик, илииспользован в качестве центрального проводника. То есть имеется три квадруполя вкаскаде: участки коаксиальной линии вблизи исследуемого образца (1 , 2) и образецмежду ними.Рисунок 1.17.

Схема коаксиального тракта для измерения поглощения МИобразцом в высокочастотной области.Параметры рассеяния, которые могут быть измерены, определяются полнымкоаксиальным трактом. Однако поглощение, вызванное участками линии вблизиобразца, пренебрежимо мало.

Наличие этих участков приводит только к смещению«reference plane», что влияет только на фазы параметров рассеяния. Тогда поглощение всистеме может быть связано только с исследуемым образцом. Таким методом былоисследовано влияние ферромагнитного резонанса на МИ характеристики. Было найдено,что на ГГц частотах ферромагнитный резонанс проявляется для полей порядка сотен Э(для частоты 6 ГГц требуется поле 700 Э). То есть в области малых полей порядкадесятков Э, когда провод намагничен по оси, не происходит заметного измененияпараметров рассеяния.Это было подтверждено резонансными измерениями какпредставлено на Рисунке 1.18.45Рисунок 1.18. Изменение кривых поглощения в микропроводах в зависимости отмагнитного поля до 700 Э [130].На гигагерцевых частотах используются резонансные методы, когда измерениепроводится на фиксированной частоте, а изменение в поглощении фиксируется присканированиимагнитногоCo66Fe4B12Si13Nb4Cuполя.Исследовалисьс толщиной 22 µmаморфныелентысоставаи шириной 2 мм.

Наблюдались два пикапоглощения- основной пик при больших значениях поля 1682 Э и меньший пик прималых полях – порядка десятков Э, как показано на Рисунке 1.19. Основной пик связан сферромагнитным резонансом, а пик при малых полях- с увеличением импеданса принамагничивании образца. Таким образом, ферромагнитный резонанс и магнитоимпедансразделяются по характерным полям и частотам, в которых эти эффекты наблюдаются.46Рисунок 1.19. Изменение поглощения в малых полях. Полный сигнал приизменении поля до 7 кЭ представлено на внутренней вставке.Высокочастотные методы с использованием векторных анализаторов цепей(например, Hewlett-Packard 8753E) и микрополозковых линий с включением МИэлемента могут быть использованы для характеризации полной импедансной матрицыпри использовании специальных ячеек. Конечно, микроволновый трак, включая кабелии адаптеры, должен быть предварительно откалиброван.

Характеристики

Список файлов диссертации