Диссертация (1102846), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Все микропровода можно разделить на три общие группы,различающиеся величиной и знаком коэффициента магнитострикции. Первая группа – этомикропровода имеющие достаточно большой положительный коэффициент магнитострикцииλS~10-5, чаще всего микропровода изготовлены из сплава на основе железа. Второй группойявляются микропровода с отрицательным коэффициентом магнитострикции, λS~ -10-6, гдеосновным элементом металлической жилы является кобальт. К третьей группе относятсямикропровода с околонулевым коэффициентом магнитострикции, λS~ ±10-7, где металлическаяжила микропровода выполнена из сплавов на основе FeCo или FeCoNi.17Однако, в аморфных ферромагнитных микропроводах в стеклянной оболочкемагнитострикция напряженного материала металлической жилы зависит также и отмеханических напряжений в нем. Влияние приложенных напряжений на величинукоэффициента магнитострикции микропроводов на основе Co с небольшим содержанием Mnили Fe рассмотрено в статье [44].
Изучаемые образцы различались относительнойконцентрацией железа и кобальта, при том что сумма их концентраций относительно другихэлементов в процентном отношении оставалась постоянной. Результаты исследованияпредставлены на рисунке 1.8. Графики дополнены вставками с изображением петельгистерезиса микропроводов. Из рисунка 1.8. видно, что все образцы имеют малое абсолютноезначение коэффициента магнитострикции, чем вызваны изменения измеренных величин.Сравнив графики между собой, можно сделать вывод, что величина магнитострикции и ее знаксильно зависят от точного химического состава жилы микропровода.
Кроме того, взависимости от состава металлической жилы и геометрических параметров микропровода,тенденция изменения значения коэффициента магнитострикции различна.Рис.1.8 Зависимость коэффициента магнитострикции от величины приложенных напряженийдля микропроводов различных составов: а) (Co0,895Mn0,105)75Si10B15, б) (Co0,9Mn0,1)75Si10B15,в) (Co0,91Mn0,09)75Si10B15, г) Co56,5Mn6,5Ni10Si10B16 [44].Работы, посвященные исследованию коэффициента магнитострикции в микропроводахконца XX века и начала XXI века, преимущественно сообщают о результатах измерений,полученных для микропроводов на основе Co и CoFe [45-49].
Причиной этому являютсяособенности метода измерений, необходимых для оценки коэффициента магнитострикции, а18именно постепенное изменение проницаемости материала. В работах [45, 47, 49] былипроведеныисследованиякоэффициентамагнитострикциидляотожженныхтокоммикропроводов, содержащих кобальт. Увеличение силы тока и времени токового отжига ведетк сдвигу величины магнитострикции к нулевому значению.С развитием технических средств и возможностью регистрировать все более малыесигналы стало возможным исследовать коэффициент магнитострикции и в микропроводах сположительным коэффициентом магнитострикции, бо́льший объем которых занимаетаксиально намагниченный керн. И именно существующая на периферии тонкая радиальнаяструктурапозволяетпровестиизмерения,необходимыедляоценкикоэффициентамагнитострикции. С этим связан новый всплеск интереса к изучению магнитострикционныхсвойств аморфных ферромагнитных микропроводов в стеклянной оболочке [50-52].Результаты исследований коэффициента магнитострикции микропроводов, прошедшихтермообработку говорят о том, что при определенных условиях отжига коэффициентмагнитострикции, в случае околонулевой его величины, может измениться с отрицательного наположительный.
Такие исследования были проведены для микропровода, металлическая жилыкоторого была изготовлена из сплава на основе FeCoNi, и описаны в работе [52]. Графикполученной зависимости коэффициента магнитострикции при различных температурах отжигаот времени отжига представлен на рисунке 1.9.Рис.1.9 Зависимость коэффициента магнитострикции от времени отжига микропровода составаFe3.9Co67Ni1.5B11.5Si14.5Mo1.6 при различных температурах отжига [52].Изменение значения коэффициента магнитострикции в сторону положительнойвеличины может свидетельствовать о релаксации внутренних механических напряжений.Полученные результаты, с одной стороны, помогают наглядней представить связь междусуществующими в микропроводе упругими механическими напряжениями и значением19коэффициента магнитострикции, и, с другой стороны, дают возможность управлениямагнитными свойствами микропровода посредством отжига.1.4 Микромагнитная структура и процессы перемагничивания микропроводовМагнитная энергия аморфного ферромагнитного микропровода в магнитном поле можетбыть записана выражением [41]:3 = − | | 2 1 − 0 22где λS – коэффициент магнитострикции,|σi| - тензор упругих напряжений,φ1 – угол между намагниченностью и осью легкого намагничивания,φ2 – угол между намагниченностью и направлением приложенного магнитного поля H.То есть, главным образом, микромагнитная структура, определяемая магнитной3энергией микропровода, зависит от магнитоупругой энергии ~ .2Ось легкого намагничивания (ОЛН) в микропроводе формируется в зависимости отнаправления напряжения и знака коэффициента магнитострикции, этот механизм схематичнопредставлен на рисунке 1.10.Рис.1.10 Формирование оси легкого намагничивания в микропроводе в зависимости отнаправления действия напряжений и коэффициента магнитострикции [53].В результате, с учетом распределения напряжений по радиусу микропровода [31, 32, 37,38] в нем может сформироваться доменная структура одного из трех типов, которые можновыделить в зависимости от величины и знака коэффициента магнитострикции.
Для20микропроводов с отрицательным коэффициентом магнитострикции (обычно с металлическойжилой из сплава на основе Co), согласно схеме, приведенной на рисунке 1.10, ОЛНформируется перпендикулярно направлению растягивающим аксиальным и сжимающимрадиальным напряжением в центре и на периферии микропровода, соответственно. Как вцентре, так и на периферии микропровода, наиболее предпочтительным будет формированиеОЛН, направленной по касательной (циркулярно) и изображенной на рисунке 1.11а.
Такой типмикромагнитной структуры называют «бамбуковой», она обнаружена как для микропроводов сотрицательной магнитострикцией без стеклянной оболочки, так и для микропроводов с ней [54,55, 56]. При такой микромагнитной структуре наиболее выгодным способом перемагничиванияявляется когерентное вращения вектора намагниченности. Поэтому петля гистерезиса имеет Sобразную форму и носит безгистерезисный характер, как изображено на рисунке 1.12б [1].Микропровода данного типа являются одними из самых перспективных объектов дляразработки на их основе миниатюрных датчиков с высокой чувствительностью, работавших наоснове эффекта гигантского магнитного импеданса [58-60]Рис.1.11 Микромагнитная структура аморфного ферромагнитного микропровода в стекляннойоболочке а) с отрицательным коэффициентом магнитострикции, б) с положительнымкоэффициентом магнитострикции [57].Вмикропроводахсположительнымкоэффициентоммагнитострикции,гдеметаллическая жила изготовлена из сплава на основе Fe, направление ОЛН совпадает снаправлением действия напряжений, преобладающих на определенном расстоянии от центрамикропровода.
Поэтому предполагается, что бо́льший объем металлической жилы занимаетаксиально намагниченный керн, а на периферии существует радиальная структура (Рис.1.11б).Для уменьшения магнитостатической энергии на концах микропровода существуют два21концевых домена [61]. Петля гистерезиса такого микропровода имеет прямоугольную форму(Рис 1.12а), что свидетельствует о магнитной бистабильности микропровода, то естьсуществовании только двух стабильных направлений магнитного момента металлической жилывдоль оси микропровода.
Перемагничивание при приложении внешнего магнитного поля вдольоси микропровода в этом случае будет происходить скачком Баркгаузена – быстрымраспространением доменной границы типа head-to-head или tail-to-tail вдоль оси микропровода[1, 2, 3, 61, 62]. Процесс перемагничивания гигантским скачком Баркгаузена схематическипроиллюстрирован на рисунке 1.13 [63]. Скорость движения доменной границы вдоль осимикропровода может быть измерена. На основе микропроводов, перемагничивание которыхпроисходит быстрым движением доменной границы, разрабатываются системы кодирования[64, 65] и сверхчувствительные датчики [63].
В случае, если коэффициент магнитострикциимикропровода имеет околонулевую величину, перемагничивание происходит как посредствомвращения магнитного момента, так и движением доменной границы.Рис. 1.12 Петли гистерезиса для ферромагнитных микропроводов в стекляннойоболочке, изготовленных из сплавов с различными коэффициентами магнитострикции:а) λS > 0, б) λS < 0, в) λS ~ 0 [1].22Рис.1.13 а) Петля гистерезиса магнито-бистабильного микропровода, б) схематическоеизображение доменной структуры магнитно-бистабильного микропровода на различныхэтапах процесса перемагничивания [63].Визуализация микромагнитной структуры аморфных ферромагнитных микропроводов встеклянной оболочке является одной из самых актуальных на сегодняшний день задач.
Длямикропроводов без стеклянной оболочки исследования микромагнитной структуры былипроведены различными методами: методом Биттера (методом порошковых фигур) [54, 66],Керр-микроскопией [67]. Наличие стеклянной оболочки вносит дополнительные напряжения,тем самым влияя на микромагнитную структуру микропровода, однако зачастую являетсяпрепятствием для проведения исследований.
Впервые микромагнитная структура аморфныхферромагнитных микропроводов в стеклянной оболочке была визуализирована в 1999 годугруппами исследователей из Румынии и Японии [60]. Им удалось обнаружить однодоменнуюконфигурацию микромагнитной структуры, а также визуализировать наличие концевого домена(Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
