Статические и динамические магнитные свойства аморфных микропроводов и их систем (1104909), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Отметим, что это неодиночный результат, а систематически повторяющийся для различных составов и диаметровмикропроводов. Изменение состава, длины и диаметра микропровода приводит к изменениювысоты и крутизны ступенек. На рисунке 5 представлены петли гистерезиса микропроводов изсплава Fe74B13Si11C2 с d = 19.4 мкм и D = 26.6 мкм разной длины.1,0M/MS, отн.ед.4 мм0,53 мм0,05 мм13 мм-0,522 мм-1,0-4-3-2-101234H, ЭРис. 5. Петли гистерезиса микропроводов Fe74B13Si11C2 в стеклянной оболочке разнойдлины L = 3 - 22 мм.15Для микропроводов из сплавов на основе Fe и Co были определены коэрцитивныесилы, графики зависимости которых от длины представлены на рисунке 6. При длинахмикропровода меньше 5 мм наблюдается существенное изменение коэрцитивной силымикропроводов – увеличение для Co-микропровода и уменьшение для микропровода наоснове Fe. Такие особенности объясняются разными доменными структурами микропроводов.Для провода с циркулярной магнитной анизотропией магнитное поле, приложенное впродольном направлении, приводит к обратимому вращению магнитного момента, котороехарактеризуется малой коэрцитивностью.
При уменьшении длины микропровода нарушаетсяего циркулярная доменная структура и перемагничивание становится необратимым,увеличивая наблюдаемую коэрцитивную силу. В случае Fe-микропровода уменьшение егодлины приводит к нарушению аксиальной доменной структуры, и, соответственно, кчастичному развороту момента и снижению коэрцитивности.а)б)1,6HC, ЭHC, Э0,120,080,80,040,001,205101520250,405L, мм10152025L, ммРис. 6. Зависимость коэрцитивной силы от длины микропровода из сплава на основеа) Co и б) Fe.Глава4.СвязьпараметровпетлигистерезисаскомбинациейисоставамимикропроводовВ четвертой главе приведены результаты исследования и обсуждение причиныформированияступенчатыхпетельгистерезисавмикропроводахимеханизмыперемагничивания систем микропроводов:– в одиночных химически однородных микропроводах в стеклянной оболочке;– в системе взаимодействующих микропроводов из сплавов на основе Co;– в смешанной системе взаимодействующих микропроводов из сплавов на основе Fe и Co.Отметим, что по литературным данным на одиночных микропроводах ступенчатыепетли гистерезиса наблюдались только в микропроводе в стеклянной оболочке с нанесеннымдополнительным магнитным слоем, то есть на химически неоднородных микропроводах [20].При перемагничивании систем, содержащих микропровода из сплавов на основе Co с16небистабильной петлей гистерезиса в литературе отмечалась монотонность изменениямагнитного момента с изменением приложенного поля [27].
Данных по перемагничиваниюсмешанных систем микропроводов автором не найдено.ВпервомперемагничиванияпунктеглавымикропроводовприведеныизрезультатысплавовисследованияFe77.5Si7.5B15,процессовиFe45Co30Si10B15Co69Fe4Cr4Si12B11+0.5%Fe, изготовленных методом Улитовского-Тейлора при различныхскоростях охлаждения и вытяжки, предоставленных лабораторией Молоканова В.В., ИМЕТРАН. В ходе исследований для микропроводов ряда составов сплавов и технологическихусловий изготовления наблюдалось появление дополнительных магнитных фаз. Онипроявлялись в виде ступеней на петле гистерезиса.
Неравномерность перемагничиванияобъясняется неравномерностью охлаждения микропровода по радиусу, в результате чегоформируются две магнитные фазы с разными значениями намагниченностей и коэрцитивныхсил. Аморфность фаз подтверждалась рентгеноструктурным анализом, проведеннымизготовителем.В микропроводах из сплава Fe45Co30Si10B15 был обнаружен переход аморфной фазы вкристаллическое состояние.
Проведено сопоставление магнитных свойств с технологическимиусловиями изготовления и скоростью вытяжки микропровода.Полученные петли гистерезиса для максимальной и минимальной скоростей вытяжкипри изготовлении микропровода из сплавов Fe77.5Si7.5B15 с закалкой на воздухе представленына рисунке 7.б)1,0 d=9 мкмD=12 мкм0,5 V=6.5 м/с1,0 d=15 мкмD=20 мкм0,5 V=2.6 м/с0,00,0SM/MS, отн.ед.а)-0,5-0,5-1,0-1,0-3-2-10123H, Э-3-2-10123H, ЭРис. 7. Петли гистерезиса вдоль оси микропроводов состава Fe77.5Si7.5B15с а) наибольшей и б) наименьшей скоростями вытяжки V.Закалка микропровода при изготовлении происходила на воздухе.Во втором пункте рассматриваются особенности перемагничивания одиночныхмикропроводов и их систем (из сплава на основе Co с небистабильной петлей гистерезиса).Петли гистерезиса образцов микропровода Co83Fe7C1Si7B2 разной длины представлены на17рисунке 8а).
Обращают на себя внимание следующие особенности перемагничивания:центральная часть петли гистерезиса, вблизи нулевого поля, – безгистерезисная; при этомвблизи поля насыщения присутствует область с гистерезисом («карман»). С увеличениемдлины образца увеличивается площадь кармана – как его высота, так и ширина. Увеличениевысотысвидетельствуетперемагничиванием.обувеличенииУвеличениешириныобъемачастипровода(коэрцитивности)сможетгистерезиснымбытьсвязаносувеличением поля критического перемагничивания из-за формы соответствующего домена.Существующие на данный момент представления о магнитной структуре микропроводов изсплавов на основе Co не объясняют возникновения карманов вблизи полей насыщения.
Для ихвозникновения необходимо наличие областей, момент которых изменяет свое направление.Для микропровода, перемагничивание которого осуществляется вдоль оси, такое направление– аксиальное. Для объяснения этих особенностей была предложена феноменологическаямодель магнитной структуры микропровода, основанная на особенностях технологииизготовления микропроводов с d ~ 30 мкм.а)б)M/MS, отн.ед.1,0M/MS, отн.ед.2 см1.5 см0,50,00.5 см-0,51 см-1,0-1,51,0δ=d0,5n=5L = 2 см0,0-0,5-1,0-1,0-0,50,00,51,01,5-1,5-1,0-0,50,00,51,01,5H, ЭH, ЭРис. 8 а) Петли гистерезиса одиночных микропроводов Co83Fe7C1Si7B2 разной длины;б) петли гистерезиса систем микропроводов, длинами L = 2 см, для числа микропроводов n = 5,расположенных на разных расстояниях d друг от друга.Для исследования особенностей перемагничивания систем микропроводов из сплаваCo83Fe7C1Si7B2, была изготовлена серия образцов, отличающихся между собой числоммикропроводов, n = 1 - 5; расстоянием между микропроводами (расстояние между их осями),δ = d, 2d, 3d, где d = 30 мкм – диаметр микропровода; и длинами, L = 1, 1.5, 2 см.
В ходеработы были проведены исследования влияния параметров систем на особенности ихперемагничивания.Как отмечалось ранее, по характеру перемагничивания микропроводов в системеможно косвенно судить об их магнитной структуре. Перемагничивание областей с аксиальнымтипом доменной структуры отличается от бистабильного, что можно наблюдать на18рисунке 8а): перемагничивание происходит вращением магнитного момента. Анализмеханизмаперемагничиваниясистемымикропроводовподтверждаетпредложеннуюфеноменологическую модель. На рисунке 8б) представлена петля гистерезиса для системымикропроводов с параметрами n = 5, δ = d, L = 2 см. При уменьшении магнитного поля первыепо порядку перемагничивания микропровода в системах перемагничиваются при равновесномдвижени доменной границы, аналогично одиночному микропроводу, что отражается вплавномизменениивеличинынамагниченности.Перемагничиваниепоследнихмикропроводов происходит за счет скачков Баркгаузена.
Таким образом, можно сделатьвывод, что к моменту начала перемагничивания последних микропроводов первые создаютдостаточно большое подмагничивающее поле в направлении, противоположном направлениювнешнегомагнитногополя,котороевызываетизменениевмагнитнойструктуренеперемагниченных микропроводов и увеличивает в них долю аксиально намагниченногокерна. И требуются существенно большие поля, по сравнению с полями перемагничиванияпервых микропроводов, чтобы перемагнитить их.
При анализе процесса перемагничивания вобратном направлении можно провести аналогичные рассуждения.В третьем пункте описаны результаты исследований влияния амплитуды внешнегополя и состава систем микропроводов на их магнитные свойства и механизмыперемагничивания.
Измерения проводились индукционным методом. Влияние состава системмикропроводов и амплитуды внешнего перемагничивающего поля на петли гистерезисаобразцов было исследовано на пяти образцах: 2*Fe, 2*Co, Fe+Co, 2*Fe+Co, 3*Fe+Co, гдеFe=Fe74B13Si11C2 и Co=Co67Fe3.9Ni1.5B11.5Si14.5M0.6 – микропровода, из которых изготовленасистема, а цифра – это их число. Амплитуда внешнего перемагничивающего поля, H0,изменялась в пределах 0.2 - 10 Э, частота f = 200 Гц.Добавление микропроводов в систему по-разному влияет на перемагничиваниесистемы в зависимости от составов.
Так, добавление Co-микропровода приводит кувеличению наклона суммарной петли гистерезиса системы, а добавление Fe-микропровода –изменению числа скачков Баркгаузена.Изменение амплитуды внешнего поля также по-разному влияет на перемагничиваниесистем. Для системы, содержащей только Co-микропровода, изменение амплитуды внешнегополя не приводит к изменению формы и наклона их петель гистерезиса. Для систем,содержащих Fe-микропровода, изменение амплитуды внешнего поля приводит к изменениючисла ступеней на петле гистерезиса.
На рисунке 9 представлены петли гистерезиса системмикропроводов 2*Fe и Fe+Co, полученные для различных амплитуд перемагничивающегополя.19а)б)1,010 Э0,51Э0,00.8 Э-0,50.5 ЭM/MS, отн.ед.M/MS, отн.ед.1,0-1,010 Э2.5 Э0,50,02Э1.1 Э0.2 Э-0,5-1,0-3,0-1,50,01,53,0-3,0-1,5H0, Э0,01,53,0H, ЭРис. 9. Петли гистерезиса а) системы двух Fe-микропроводов и б) системы Fe+Co,полученные для различных амплитуд внешнего поля.Отсутствие ступенек на петле гистерезиса системы 2*Fe объясняется большимвременем изменения внешнего поля по сравнению со временем, необходимым дляперемещения доменной границы в нем.
С уменьшением амплитуды это время увеличивается имы наблюдаем двуступенчатое перемагничивание системы, характерное для нее. Далее приуменьшении H0 амплитуда магнитного поля становится недостаточной для перемагничиваниямикропровода с большим значением коэрцитивности, и снова наблюдается бесступенчатаяпетля гистерезиса. Таким образом, варьируя амплитуду перемагничивающего поля, можнополучить различные петли гистерезиса, а, значит, и различные магнитные параметрывзаимодействующих систем. Проведен анализ зависимостей динамических коэрцитивных силсистем микропроводов от амплитуд перемагничивающего поля HC(H0).Глава 5. Спектральный анализ сигналов от систем взаимодействующих микропроводовВ первом пункте главы аналитически, при помощи преобразования Фурье, былирассчитаны спектры, соответствующие как основным модельным типам петель гистерезиса(ступенька с нулевой коэрцитивностью, прямоугольная петля гистерезиса), так и ранее нерассчитанной – двухступенчатой. ЭДС сигнала, индуцируемого в приемной катушке системойвзаимодействующих микропроводов из сплавов на основе Fe, описывается выражением:ε=4ω M Sπ∞K ∑ sinn =1πn δ π n HC cos sin nωt − , n = 2k + 1 ,22 H0 2 H0 πnгде H0 – амплитуда внешнего поля, ω – его частота, HC – коэрцитивная сила микропровода, изкоторого изготовлена система, n – номер гармоники, MS – намагниченность насыщения, δ –величина поля подмагничивания одного микропровода другим.20При сравнении полученного выражения для спектра ЭДС от прямоугольной петлигистерезисаустановлено,чтопоявившийсяπn δ cos 2 H0 множительприводиткпериодическому изменению амплитуд входящих в спектр гармоник.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
