Статические и динамические магнитные свойства аморфных микропроводов и их систем (1104909), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Список приведен в концеавтореферата. В число публикаций входит 6 статей в журналах из списка ВАК.Структура и объем диссертацииДиссертация состоит из введения, пяти глав с основными результатами и выводами,списка литературы из 188 наименований. Общий объем работы составляет 165 страниц текста,включая 100 рисунков, 12 таблиц.9СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВведениеВовведениирассмотренаактуальностьтемыдиссертационнойработы,сформулирована цель и определены основные задачи исследования, отмечается новизна ипрактическая значимость работы, приводятся положения, выносимые на защиту, даютсясведения об апробации работы, кратко излагается структура и содержание работы.Глава 1. Обзор литературыВглавеобобщаютсядинамическиммагнитнымОбсуждаютсяспособыизвестныесвойствамизготовленияопубликованныеработыферромагнитныхаморфныхмикропроводов,ихпосвязьстатическимимикропроводов.смагнитнымихарактеристиками и методы исследования. Кратко изложена история развития исследованиймикропроводов и их магнитных свойств.
Анализируются последние достижения висследовании магнитной структуры микропроводов. Рассматриваются известные механизмыперемагничивания систем микропроводов. Обсуждаются как фундаментальные вопросы, так иприкладные аспекты их использования. В частности, приведены примеры применениямикропроводов и определены важные в них магнитные свойства микропровода.Глава 2. Методика измерений и описание образцовГлава посвящена описанию материалов и методов, использованных в диссертационнойработе.
Для решения поставленных задач были использованы аморфные микропровода сразличными составами, геометрическими параметрами, приготовленные по различнымтехнологиям. В качестве материалов, из которых изготавливались микропровода методомвытягивания из расплава и методом Улитовского-Тейлора, использовались сплавы на основеFe, Co и FeCo. Микропровода были предоставлены группой Молоканова В.В. (ИМЕТ РАН,Москва), лабораторией Филлипова В.И. (ООО НПП «Вичел», г.
Пенза), фирмой Unitica(Япония), лабораторией Жукова А.П. (Departamento Física de Materiales, Universidad del PaísVasco, Сан-Себастьян, Испания), лабораторией Торкунова А.В. (ООО «Амотек», г. Кишинев,Молдавия), лабораторией Самойловича С. (Advanced Metal Technologies, Израиль).Исследования проводились магнитостатическими и динамическими методами навибрационном анизометре, установке для измерения импеданса и модифицированнойустановке для измерения магнитных свойств индукционным методом.10Глава 3. Влияние геометрических параметров микропровода на его магнитостатическиеи магнитоимпедансные свойстваВ первом пункте главы приведены результаты исследования влияния на магнитныесвойства микропровода в стеклянной оболочке двух факторов: диаметра металлической жилы,d, и отношения полного диаметра микропровода к диаметру его металлической жилы, D/d.Изменение диаметра металлической жилы при неизменной длине микропровода приводит кперераспределению намагниченности внутри него.
Величина отношения D/d характеризуетуровень механических напряжений, создаваемых оболочкой. В качестве параметра,характеризующего изменение магнитных свойств, выбрана коэрцитивная сила, HC. Объектомисследования стал бистабильный микропровод в стеклянной оболочке состава Fe77.5Si7.5B15 сd ÷ 2.4 - 23 мкм и D/d ÷ 1.26 - 7.66. Для всех образцов на вибрационном анизометре былиизмерены петли гистерезиса.Для проведения двухфакторного анализа полученных результатов была использованапрограммаStatistica,котораяпозволяетпроизводитьинтерполяциюфункциидвухпеременных, заданную в виде таблицы значений. В качестве интерполяционного алгоритмаиспользовалась бикубическая интерполяция сплайнами. Полученные в программе Statisticaповерхности – графики функций двух переменных HC(d;D) и HC(d;D/d), первый из которыхпредставлен на рисунке 1а).
На рисунках 2 и 1б) разными символами представлены линии,полученные сечением соответствующих поверхностей плоскостями D/d = const и d = const.б)HС, Эа)Сечение поверхности HC(d;D) плоскостямиd=5.1 мкм12d=10.1 мкмd=13.9 мкм9d=20.2 мкмd=24 мкм6301015202530D, мкмРис. 1 а) Зависимость HC(d; D), полученная в программе Statistica;б) зависимость коэрцитивной силы микропровода Fe77.5Si7.5B15от полного диаметра микропровода.1135Сечение поверхности HC(d;D/d) плоскостямиD/d=8D/d=6.2D/d=4D/d=3.2D/d=2.5D/d=1Аппроксимация экспериментальных данных12HC, Э96300510152025d, мкмРис. 2. Зависимость коэрцитивной силы микропровода Fe77.5Si7.5B15от диаметра его металлической жилы:сплошная линия – аппроксимация экспериментальных данных;точки соответствуют сечениям поверхности HC(d; D/d) соответствующими плоскостями.Полученные на рисунке 2 зависимости HC(d) наглядно демонстрируют разницуисследования магнитных свойств микропровода с учетом влияния параметра D/d (точки) и безнего (линия).
Так, зависимости HC(d) не одинаковы для различных значений D/d: чем большезначения D/d, тем резче изменяется коэрцитивная сила с диаметром металлической жилымикропровода. При минимальном значении D/d = 1 (теоретически при отсутствии стекляннойоболочки, практически – при ее толщинах менее 0.5 мкм) зависимость HC(d) самая пологая, тоесть магнитные свойства в меньшей степени зависят от d. Кроме того, существует величина d,при которой магнитные свойства становятся независимыми от механических напряжений.
Дляисследуемого микропровода она составляет 11 мкм.На рисунке 1б) представлена зависимость HC(D), которая свидетельствует онемонотонной зависимости магнитных свойств от механических напряжений, создаваемыхоболочкой (в случае d = const изменение D соответствует изменению величины D/d).Описанные изменения магнитных свойств связаны с изменением распределениямеханических напряжений, создаваемых оболочкой, по сечению микропровода, котороевозникает при изменении величины D/d.Во втором пункте рассматривается влияние величины D/d на статические идинамические магнитные свойства микропровода из сплава на основе CoFe. Петлигистерезиса, являясь интегральной характеристикой материала, в общем случае не позволяютсудить о доменной структуре микропровода.
Более точную информацию (все же невизуальную) могут дать совместные исследования перпендикулярной полю компоненты12магнитногомоментаприпоперечномперемагничиваниимикропроводаимагнитоимпедансные измерения. В этом пункте показано, что в некоторых случаях важнопроанализировать совместно результаты двух исследований для результативного анализа, таккак первый из перечисленных методов дает интегральную характеристику объекта, амагнитоимпедансные исследования – поверхностную (на глубине скин-слоя).Были исследованы три группы микропроводов: с преобладанием областей с аксиальнойили циркулярной доменной структурой, или конкуренцией этих областей.
Распределениемикропроводов по группам непосредственно связано с величиной D/d. На рисунках 3а) и 3б)представлены характерные полевые зависимости перпендикулярной полю компонентымагнитного момента, M┴, и величины импеданса, ∆Z/Z, для микропроводов двух групп: спреобладаниемобластейсаксиальнойициркулярнойсоответственно. Величина импеданса определяется соотношениемдоменнымиструктурами,∆Z Z ( H ) − Z ( H max )=⋅100% ,ZZ ( H max )где Z(H) и Z(Hmax) – величина импеданса в измеряемом и максимальном полях.120309010 МГц605 МГц300.5 МГц∆Z/Z, %d = 8.3 мкмD/d = 1.68M, отн.ед.а)600-30-60-400-20002000-8400-4H, Э0601203090∆Z/Z, %M, отн.ед.0-30-60-4008H, Эб)d = 12.4 мкмD/d = 1.37410 МГц5 МГц600.5 МГц30-2000200400H, Э0-4-2024H, ЭРис. 3.
Полевые зависимости перпендикулярной полю компоненты магнитного момента припоперечном перемагничивании микропровода (слева) и полевые зависимость импеданса (справа)при f = 0.5, 5 и 10 МГц для микропроводов с а) D/d = 1.68 и б) D/d = 1.37.При D/d = 1.68 компонента магнитного момента M┴ не возникает (рисунок 3а), чтосвидетельствует об ориентации магнитного момента перпендикулярно его оси во времяпроцесса перемагничивания.
С учетом константы магнитострикции материала в этом13микропроводе преобладает циркулярный тип доменной структуры. Провал в нулевом поле вполевой зависимости величины магнитоимпеданса также характерен для циркулярнойдоменной структуры в микропроводе.При D/d = 1.37 резкое возрастание M┴ в нулевом поле свидетельствует о разворотемагнитного момента вдоль оси микропровода в отсутствии поля, то есть о его аксиальнойдоменной структуре (рисунок 3б).
Отсутствие в нулевом поле провала на зависимости ∆Z/Z(H)также характерно для микропровода с аксиальной анизотропией.В третьем пункте рассматривается влияние длины микропровода из сплава CoSiB наего магнитоимпедансные свойства. По полевым зависимостям импеданса для различных длинмикропровода (L ÷ 1.5 - 48 мм) и частот пропускаемого через него тока (f ÷ 5 - 40 МГц)определялись значения max∆Z/Z, Hmax, maxS – величины максимума магнитоимпеданса имагнитного поля, в котором он наблюдается, и полевая чувствительность импеданса,соответственно.
Зависимость max∆Z/Z(L) представлена на рисунке 4а). Уменьшение величиныmax∆Z/Z на высоких частотах и при больших длинах микропровода связано с изменениемемкостного сопротивления. На зависимости величины действительной части импеданса отдлины микропровода в различных полях таких особенностей не наблюдается. На рисунке 4б)представлена зависимость ∆R/R от длины микропровода в поле 0.4 Э вблизи поля анизотропиимикропровода.б)40020 МГц35010 МГцH=0.4 Э30030040 МГц2502005 МГц∆R/R, %max ∆Z/Z, %а)250200теорияэксперимент1501501000102030400501020304050L, ммL, ммРис. 4 а) Зависимость величины максимума магнитоимпеданса от длины CoSiB микропроводадля разных частот; б) рассчитанная и измеренные зависимости действительной частиимпеданса во внешнем поле 0.4 Э от длины CoSiB микропровода при частоте тока 20 МГц.Для объяснения поведения действительной части импеданса от длины микропроводабыла предложена модель, по которой можно оценить влияние концевого эффекта в слабомпродольном поле по величине параметра ζ, который описывается выражением:ς ~ (1 + BM H A )−2(1 + AMH A + BM H A )14−1 / 2,2где A = 2π ( d ∆ / l 2 ) и B = π ( d l ) учитывают влияние токоведущей части микропровода иразмагничивающегополяобразца,соответственно;HА – полеанизотропии,М–намагниченность образца, d, l – диаметр и длина микропровода, ∆ – толщина скин-слоя.Расчеты были проведены в предположении однодоменности микропровода.
В поле Н = 0.4 Эначастоте20 МГцδ= c2πσµω ≈5.35.3мкм.магнитнаяµ ≈ 700,проницаемостьтолщинаскин-слояДля случая сильного скин-эффекта, когда δ « d, эта модель требует поправок. Однако вдиапазоне частот, на которых проводились измерения, эта теоретическая модель дает хорошеесовпадение с экспериментальными данными. На рисунке 4б) представлена соответствующаязависимость.По полученным зависимостям max∆Z/Z(L), Hmax(L), ∆R/R(L) и maxS(L) былиопределены оптимальная и критическая длины микропровода.Также в третьем пункте третьей главы приведены результаты исследованийзависимости магнитостатических свойств микропроводов из сплава на основе Fe и Co от ихдлины. Изменение характера перемагничивания микропровода на основе Co с изменениемдлины выражается в изменении наклона его петли гистерезиса, что хорошо описывается врамкахмоделиизмененияразмагничивающегофакторадлинныхпроводов.Приперемагничивания коротких микропроводов из сплава на основе Fe были обнаружены ранеене наблюдаемые особенности – появление ступенек на петле гистерезиса.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
