Диссертация (1102846), страница 5
Текст из файла (страница 5)
1.14). Авторы данной работы также обнаружили, что удаление стеклянной оболочке иполировка образца приводит к образованию лабиринтообразной доменной структуры наповерхности микропровода, в то время как аксиально намагниченная область сохраняется.23а)б)Рис.1.14 а) Микромагнитная структура микропровода в стеклянной оболочке составаFe77.5Si7.5B15 c с диаметром металлической жилы 27 мкм и толщиной стеклянной оболочки 8мкм (а) и (b) – до и после перемагничивания, соответственно, б) Доменная конфигурация наконце микропровода в стеклянной оболочке состава Fe77.5Si7.5B15 [60].Исследования микромагнитной структуры на поверхности микропроводов в стекляннойоболочке, имеющих циркулярную и радиальную структуры на периферии были проведеныисследователями во главе с Чижиком А., результаты опубликованы в серии работ [68-72].ИсследованияпроводилисьметодомКерр-микроскопии.Былоисследовановлияниеприложенных механических напряжений и тока, обнаружен процесс перемагничиванияпериферии микропровода состава Co67Fe3.85Ni1.45B11.5Si14.5Mo1.7 гигантским скачком Баркгаузенаи определена скорость движения доменной границы на поверхности микропровода,достигающая 900 м/с [71, 72].Методоммагнитнойсиловоймикроскопиибылиполученыизображениямикромагнитной структуры на торце микропровода с положительным коэффициентоммагнитострикции [57].
Авторы наблюдали магнитный фазовый контраст, состоящий из двухобластей – внешней и внутренней. При этом одна половина торца микропровода была темной, адругая половина – светлой, что свидетельствует о противоположных направлениях магнитногомомента в данных областях. Авторы считают, что данный контраст соответствуетконфигурации концевого домена на торце микропровода.Несмотря на все полученные результаты по исследованию микромагнитной структуры,задача ее визуализации не теряет свою актуальность, так как все полученные изображение даютпредставление только о микромагнитной структуре на поверхности микропровода и его торце.Однако, для глубокого понимания механизмов формирования магнитных свойств иэффективного управлениями динамикой движения доменной границы необходимо знатьконфигурацию переходных областей между двумя типами структуры – аксиальной и24радиальной, аксиальной и циркулярной, а также объем аксиально намагниченного керна.Особенности динамики движения доменной границы в микропроводах с положительнымкоэффициентом магнитострикции будут напрямую зависеть от типа, формы и размерадоменной границы.
На сегодняшний день существуют только теоретические оценки формыдоменной границы и выводы, сделанные по форме сигнала, индуцируемого в приемнойкатушке при прохождении через нее доменной границы [12, 13]. Согласно полученнымрезультатам, доменная граница имеет куполообразную вытянутую форму, а перемагничиваниеаксиальной части начинается с переходного слоя, расположенного между аксиально ирадиально намагниченными частями доменной структуры микропровода.Современным инструментом, позволяющим оценить микромагнитную структуру ипрогнозировать процессы в реальных системах является численное моделирование. Развитиевычислительных мощностей за последние годы сделало возможным использовать численноемоделирование процессов в микроструктурах [17]. До этого микромагнитное моделированиебыло возможным только на нано масштабе [14, 15, 16].
Развитие методов микромагнитногомоделирования для понимания формирования магнитостатических свойств и динамикидвижениядоменнойграницывмикропроводахпоможетнагляднейпредставитьмикромагнитную структуру и процессы перемагничивания.1.5 Магнитные свойства микропроводовКак было подробно описано в пункте 1.4, определяющим фактором в формированиимикромагнитной структуры и магнитных свойства аморфных ферромагнитных микропроводовнаряду с магнитостатической энергией является магнитоупругая энергия.
Магнитоупругаяэнергия зависит от технологических параметров при изготовлении микропроводов (скоростьвытяжки, скорость охлаждения, температура расплава) [40], материала металлической жилымикропровода (магнитострикция материала жилы) [44] и геометрических параметров [37, 38].Влияние геометрических параметров, а именно отношения диаметра металлической жилы, d, кполному диаметру микропровода в стеклянной оболочке, D, стало активно исследоваться вначале 2000ых годов, так как варьируя величину d/D можно контролировать величинунапряжений, возникающих из-за разности коэффициентов теплового расширения металла истекла. В работах [73-75] исследуется влияние отношения диаметров d/D на магнитныесвойства микропроводов из сплава на основе FeCoNi (Рис.1.15).
Авторы данных статейобнаружили, что для микропроводов из сплава на основе FeCoNi наблюдается уменьшениеполя магнитной анизотропии при увеличении соотношения диаметров d/D.а)б)25Рис.1.15 а) Петли гистерезиса микропроводов из сплава Co67.1Fe3.8Ni1.4Si14.5B11.5Mo1.7c различными отношениями диаметров d/D [74], б) Зависимость поля магнитной анизотропииот соотношения диаметров d/D [74, 75].Такая явная зависимость величины поля магнитной анизотропии от соотношения d/D,которое соответствует величине напряжений, возникающих из-за разности коэффициентовтепловогорасширенияметаллаистекла,хорошокоррелируетсвыражениемдля3магнитоупругой энергии: ~ .2В магнитно-бистабильных микропроводах на основе Fe увеличение соотношениядиаметров d/D, а соответственно и уменьшение механических напряжений, возникающих из-заналичия стеклянной оболочки, способствует уменьшению поля переключения микропровода,то есть поля, которое необходимо приложить, чтобы доменная границы сорвалась с концамикропровода [76].
В данном случае диаметр металлической жилы оставался постоянным, аувеличивалась лишь толщина стеклянной оболочки. Величина поля переключения должна бытьпропорциональна энергии, требуемой для формирования доменной стенки γ, ответственной запроцесс бистабильности. Энергия доменной стенки связана с магнитоупругой анизотропией и,следовательно, с приложенными растягивающими напряжениями, как описано в статье [77]:1 ≈ ∝3 ( + ) 2[ ] /,2где α – угол между намагниченностью и направлением оси микропровода, А – константаобменной энергии, λs – константа магнитострикции, σa – прикладываемое растягивающеенапряжение и σi – внутренние напряжения. Из этого следует, что поле переключенияпропорционально (σa + σi)1/2 при = 1, и увеличение как внутренних, так и внешнихприкладываемых напряжений будет приводить к росту поля переключения.
Увеличениедиаметра металлической жилы c 1,4 до 15 микрон при постоянной толщине стекла приводит к26уменьшению поля переключения с 700 до 80 A/m [76]. При этом даже на микропроводе сминимальным диаметром (1,4 микрона) сохраняется прямоугольная форма петли гистерезиса.Наиболее чувствительной к изменению магнитостатической энергии микромагнитнаяструктура становится при маленьких длинах микропровода – когда длина по порядку величинысравнима с диаметром микропровода. В статье J.
Ye [78] были исследованы локальныемагнитные свойства по длине аморфных микропроводов состава Fe75Si15B10 методоммагнитооптического эффекта Керра и магнитостатические свойства методом вибрационноймагнитометрии. Исследования были проведены на микропроводах различной длины (от 1 до9 мм) и с различными соотношениями d/D. Диаметр металлической жилы варьировался от 1 до12 мкм, а толщина стекла изменялась в пределах от 4 до 14 мкм. Исследованиямагнитостатических свойств показали, что микропровод (d = 12 мкм) проявляет магнитнуюбистабильность в интервале от 9 до 3 мм (Рис1.16а). При этом критическая длина растет помере увеличения диаметра микропровода (вставка на рис.
1.16а). По измеренным петлямгистерезиса так же было определено, что коэрцитивная сила больше для микропровода с тонкойжилой и толстой стеклянной оболочкой (d = 1,5 мкм, D = 30 мкм), а остаточнаянамагниченность больше для микропровода с толстой жилой (d = 12 мкм, D = 29 мкм)(рис. 1.16б).Рис.1.16 Петли гистерезиса для: а) микропровода состава Fe75Si15B10 в зависимости от длинымикропровода и б) микропроводов с тонкой жилой и толстой стеклянной оболочкой (краснаякривая) и толстой жилой и тонкой стеклянной оболочкой (синяя кривая) [78].Результаты исследования магнитооптическим методом показывают, что в области отконца микропровода вплоть до 500 мкм магнитные моменты распределены сложным образом иобразуют локальные размагничивающие поля, что выражается в высокой коэрцитивности иинвертированных петлей гистерезиса. В данном случае для наблюдения бистабильности27критической длиной от края микропровода является 1 мм, что подтверждает результаты,полученные на вибрационном магнитометре.Для определения влияния наличия стеклянной оболочки на магнитные свойства, группойисследователей под руководством А.
Жукова было проведен эксперимент [79], в процессекоторого стеклянная оболочка постепенно химически стравливалась с микропровода из сплава(Co1-xMnx)75Si10B15 (x = 0,08). Магнитные свойства измерялись до начала травления и через 20 и50 минут после начала травления. Полевая зависимость магнитного момента до травленияносила безгистерезисный характер, уменьшение толщины стеклянной оболочки в результатетравления в течение 20 минут способствовало уменьшению поля магнитной анизотропии ипоявлению гистерезиса. 50 минут травления привели к магнитной бистабильностимикропровода.Одним из типов имеющихся в микропроводе напряжений являются закалочныенапряжения, связанные с резким затвердеванием материала и наличия вследствие этого в немнекомпенсированных дислокаций и дефектов.
После остывания в микропроводе постоянноприсутствуют процессы релаксации данных напряжений при перераспределении дислокаций идефектов. Однако скорость протекания данных процессов при комнатной температуре оченьмала. Повышение температуры ускоряет происходящие в микропроводе процессы релаксации,которые изменяют магнитоупругую энергию, именно поэтому отжиг считается одним из самыхэффективных способов модификации магнитных свойств микропроводов. Исследованиювлияния отжига на магнитные свойства посвящено достаточно много работ [45, 79-83]. Приэтом в ряде публикаций рассматривается отжиг посредством протекающего через микропроводпостоянного тока (Джоулев нагрев) [45, 80, 81], а другая часть результатов получена прирассмотрении влияния термического отжига на магнитные свойства [79, 82, 83].Простейшая теоретическая модель изменения температуры по радиусу микропроводапод воздействием постоянного электрического тока и ее экспериментальное подтверждение намикропроводах состава Fe77.5Si7.5B15 были опубликованы в статье [80] в 1999 году.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
