Диссертация (1102846), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Выбирая микропровода с различными полями переключения ивеличиной намагниченности насыщения, можно варьировать ширины и высоты ступеней напетле гистерезиса, тем самым изменяя расстояния между пиками и их амплитуды. Одно изнеоспоримых достоинств такой системы кодирования состоит в невозможности ееразмагнитить.Рис.1.25 Принцип работы кодирующей системы, основанной на анализе сигнала,индуцируемого в приемной катушке системой взаимодействующих бистабильныхмикропроводов при ее перемагничивании переменным магнитным полем [65].Аморфные ферромагнитные микропровода могут также использоваться в качествесенсоров. В 2014 году J. Olivera и J.
Anaya [63] предложили сенсор внешних механических39напряжений на основе аморфных микропроводов состава Fe75B9Si12C4 для наблюдения засостоянием критических элементов инфраструктуры, состоящих из бетона.Микропровод длиной 60 мм помещался в центр цементного цилиндра так, что осьмикропровода совпадала с осью цилиндра (Рис. 1.26а,б). Для калибровки сенсора быладаптирован метод Сикстуса-Тонкса. Возбуждающая и приемная катушки были расположенывнутри кожуха из непроводящего материала, полого внутри для размещения в нем сенсора. Навозбуждающую катушку подавался ток синусоидальной формы, который создавал магнитноеполе, вызывающее движение доменной границы вдоль микропровода.
Приемная катушкадетектировала сигнал в момент прохождения доменной границы через нее, что выражалось впоявлении пика по напряжению в тот момент, когда внешнее магнитное поле превышало полепереключения (Рис. 1.26в). Интенсивность пика уменьшается под воздействием сжимающихнапряжений [104, 105], что связано с уменьшением относительного объема аксиальнонамагниченной жилы микропровода по отношению к радиальному объему.
Так же, сувеличением нагрузки, пик смещается влево. По результатам тестирования сенсора былиполучены следующие значения чувствительности по амплитуде и положению пика – 5 мВ/МПаи 2,5 мкс/МПа, соответственно.а)б)Рис.1.26 Изображение микропровода, помещенного внутрь цементной конструкции,полученное с помощью а) оптического микроскопа; б) сканирующего электронного микроскопа[104], а) Зависимость напряжения на приемной катушке в зависимости от величины внешнихмеханических напряжений [104, 105].Сенсор уровня жидкости на основе микропровода Co66.75Mn8.25Si10B15 с околонулевоймагнитострикцией был предложен Аркадием Жуковым [104] в 2003 году.
Для детектированияуровня жидкости была использована зависимость коэрцитивной силы от растягивающихнапряжений (Рис. 1.27а). Конструкция сенсора включала в себя микропровод в стекляннойоболочке на конец которого был подвешен груз массой 10 грамм. Сам микропровод помещался40в первичную и вторичную обмотки (рис. 1.27б). Из-за напряжений, создаваемых грузом, петлягистерезиса имела квадратную форму. При увеличении объема жидкости она воздействовала нагруз, подвешенный к микропроводу, таким образом выталкивая его и снижая величинунапряжений. Изменения приводили к росту напряжения на вторичной обмотке.Рис.1.27 а) Зависимость поля магнитной анизотропии микропропровода от величины внешнихрастягивающих напряжений; б) Схематичное изображение установки для детектированияуровня жидкости [104].Одним из методов захвата и управления магнитными нано- и микро- объектами являетсяметод использования полей рассеяния доменной границы [1, 3, 106-111].
Являясь определеннойконфигурацией спинов, доменная границы создает локальный градиент магнитного поля,который может быть использован для захвата магнитного объекта. В данном случае наиболееподходящими системами в целях захвата и управления являются одномерные (1D) магнитныеструктуры, которые могут быть как планарными [109- 113], так и цилиндрическими [1, 3], ииметь различные конфигурации.
В одномерных системах наиважнейшую роль в формированиимикромагнитной структуры играет анизотропия формы, которая стремится выстроитьмагнитный момент вдоль оси [14-16, 113]. Более того, использование магнитомягкихматериалов, таких как пермаллой [14-16] или аморфные материалы [1, 3] дает возможностьпренебречь вкладом магнитокристаллической анизотропии. Процесс перемагничивания в такомслучае зачастую происходит c помощью распространения доменной границы.Геометрические параметры – толщина и ширина планарной структуры и диаметрцилиндрической структуры – определяют микромагнитную структуру одномерной системы,таким образом определяя тип и размер доменной границы, что в свою очередь устанавливаетрабочую область для манипулирования объектом.
Использование одномерных структур так жеимеет преимущество с точки зрения скорости управления объектом, которая в общем случаетак же зависит от параметров одномерной структуры. Отдельной задачей эффективногоуправления магнитными объектами является механизм контроля положения объекта.41Пиннинговые центры могут фиксировать положение доменной границы, что дает возможностьосуществить пошаговый контроль положения доменной границы и манипулируемого объекта.В начале 2000ых годов была продемонстрирована возможность наблюдать переноспарамагнитных и ферромагнитных бусин на двигающейся доменной границе [106, 107]. Длясоздания остроконечной доменной границы авторы работы создавали небольшие локальныедефекты.
Приложение магнитного поля и последующее небольшое смещение доменнойграницы приводило к переносу манипулируемых частиц на расстояния нескольких микрон.Использование одномерных структур различных конфигураций делает манипулированиеобъектами более точным и контролируемым. В 2008 группа Вавассори и др.
[108] использоваладвижение доменной границы в квадратных замкнутых структурах для детектированиямагнитных бусин. Движение доменной границы отслеживалось через измерение анизотропногомагнитосопротивления. А наличие магнитной бусины изменяло величину поля смещениядоменной границы. Результаты моделирования показали, что притягивающая магнитная сила,действующая на расстоянии 200 нм от детектора, составляет до 10 пН. Затем в 2010 году былозаявлено о контролируемом пошаговом смещении доменной границы и переносе магнитныхчастиц, которые были продемонстрированы с помощью оптической и магнитной силовоймикроскопии в квадратных и зигзагообразных структурах [109]. В зигзагообразных структурахположение доменной границы изменялось приложением магнитного поля вдоль направленияотдельного сегмента.
Для контроля объектов в непрерывном режиме использовалисьпермаллоевые кольца, где две доменные границы (типа head-to-head и tail-to-tail) двигались подвоздействием вращающегося магнитного поля. Последние три структуры, описанные выше,позже использовались для перемещения клеток дрожжей, маркированных магнитнымичастицами [110]. Модифицированная зигзагообразная структура, содержащая в себе две ветви,может функционировать как демультиплексор, когда доменная границы совместно сзахваченной частицей может направляться по одной из двух ветвей бифуркационныммагнитным полем [111].
Диапазон размеров манипулируемых магнитных частиц можетварьироваться от 1 до 2,8 мкм. Описанные выше структуры могут быть основой для разработкии создания новых устройств типа ‘lab-on-a-chip’ и использоваться как пинцеты в основекоторых лежит управление объектами доменной границей для очень точного управленияположением клеток, включая локальную деформацию мембраны [115].В качестве системы для захвата и перемещения магнитных объектов можетрассматриваться магнитная структура в форме синусовидной волны, где центрами пиннингадля доменных границ типа head-to-head и tail-to-tail служат перегибы структуры [112].Приблизительная магнитная сила составляет 0,2-1,3 пН, что позволяет управлять магнитномаркированными клетками размерами от 8 до 30 мкм со скоростью от 15 о 120 мкм/сек.42Различные конфигурации структурированных магнитных пленок рассмотрены в работе [113].Сначала авторы изучают магнитное состояние использую микромагнитное моделирование, азатем изучаются микромагнитную структуру с помощью магнитной силовой микроскопии илокализацию притянутых частиц.Другими перспективными кандидатами для создания пинцета, основанного на захватеобъекта полями рассеяния доменной границы, являются аморфные ферромагнитныемикропровода в стеклянной оболочке [1, 3], диаметр металлической жилы которых можетварьироваться от 1 до 50 мкм, а толщина стекла – от 1 до 10 мкм, в то время как их длина можетсоставлять от 1 мм до нескольких десятков сантиметров.
Из-за их аморфного состояния и четковыраженной анизотропии формы, как было описано в пункте 1.4, микромагнитная структураопределяется магнитоупругой энергией и геометрическими параметрами микропровода [1, 2], аперемагничивание вдоль оси происходит в магнитном поле порядка нескольких эрстед. Группаиз Словакии под руководством Р.Варга показали, что тип доменной границы (поперечная иливортексная) может контролироваться способом и режимом приложения внешнего магнитногополя [89].
Этот факт позволяет говорить о возможности адаптации конфигурации доменнойграницы к типу манипулируемого объекта. Наличие стеклянной оболочки, создающейвнутренние механические напряжения, является одним из способов контроля микромагнитнойструктуры микропровода, а также являясь нетоксичным материалом, дает возможностьработать с живыми объектами.1.8 Выводы, сделанные на основе обзора литературыВобзорелитературыотраженыосновныерезультатыисследованиямагнитострикционных и магнитных свойств, и динамики движения доменной границы ваморфных ферромагнитных микропроводах. Несмотря на то, что исследования магнитныхсвойств и динамики движения доменной границы проводятся уже второе десятилетие, даннаятема остается очень актуальной с точки зрения изучения фундаментальных вопросов.
Этосвязано со сложностью установления механизмов влияния различных факторов, к которымотносятся внутренние и внешние механические напряжения, знак и величина коэффициентамагнитострикции, температура и отжиг на динамику движения доменных границ. Сложностьустановления заключается в том, что часто факторы, влияние которых изучается,непосредственно зависят также друг от друга. Кроме того, отсутствует систематический анализзависимости магнитных свойств микропровода и параметров динамики движения доменнойграницы в нем от изучаемых факторов.
Зачастую выводы делаются на основании измерениявсего двух образцов.Основные выводы, которые можно сделать из обзора литературы:43- было изучено влияние внешних механических напряжений на величину коэффициентамагнитострикции в микропроводах из сплава на основе Co и CoFe, однако отсутствуют данныепо влиянию внутренних напряжений, существующих в микропроводе из-за разницыкоэффициентов теплового расширения металла с стекла и ассоциируемых с соотношениемдиаметров d/D;- значения полей магнитной анизотропии, HK, микропроводов из сплава на основе Co иполей переключения, HSW, микропроводов из сплава на основе Fe изучались только какфункция от соотношения диаметров d/D, однако не было проведено исследований поопределению влияния диаметра металлической жилы на величины HK и HSW прификсированном соотношении d/D;- при изучении влияния внутренних напряжений, существующих из-за разностикоэффициентов теплового расширения в металле и стекле, на динамку движения доменнойграницы помимо различного соотношения d/D исследуемые микропровода также имеют иразличные диаметры металлической жилы микропровода;- отсутствуют исследования, посвященные комплексному изучению влияния параметровтермического отжига и приложения внешних механических напряжений на магнитные свойстваи динамику движения доменной границы микропровода.442.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
