авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Статические и динамические магнитные свойства аморфных микропроводов и их систем.

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

им. М.В. ЛОМОНОСОВА

ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

На правах рукописи

РОДИОНОВА ВАЛЕРИЯ ВИКТОРОВНА

СТАТИЧЕСКИЕ И ДИНАМИЧЕСКИЕ

МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА

АМОРФНЫХ МИКРОПРОВОДОВ

И ИХ СИСТЕМ

.

специальность 01.04.11 – физика магнитных явлений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва 2010

Работа выполнена на кафедре магнетизма физического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова доктор физико-математических наук,

Научный руководитель:

доцент Перов Николай Сергеевич доктор физико-математических наук,

Официальные оппоненты:

профессор Андреенко Александр Степанович доктор физико-математических наук, член корреспондент РАН Муртазаев Акай Курбанович Московский государственный

Ведущая организация:

институт радиотехники, электроники и автоматики (технический университет), г. Москва

Защита состоится « 17 » июня 2010 г. в 16 ч. на заседании диссертационного совета Д 501.001.70 при Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова по адресу: 119991 Москва ГСП-1, Ленинские горы, д.1, стр.2, МГУ им. М.В. Ломоносова, ЦКП физического факультета, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова.

Автореферат разослан « 17 » мая 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 501.001. доктор физико-математических наук, профессор Плотников Г.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы В последние годы исследованию статических и динамических свойств тонких аморфных ферромагнитных микропроводов посвящено большое число теоретических и экспериментальных работ. Их количество (за последние 10 лет – более 1000 работ) свидетельствует о большом научном и прикладном интересе к рассматриваемой тематике.

Одним из определяющих факторов в прогрессе прикладных направлений является понимание механизмов формирования свойств одиночных микропроводов и их систем.

Между тем, многие вопросы, касающиеся именно физических причин, определяющих особенности магнитных свойств, формирования доменной структуры и механизмов перемагничивания микропровода, до сих пор остаются открытыми и обсуждаемыми.

К числу теоретически рассчитанных, но экспериментально до конца не исследованных, относится задача формирования доменной структуры тонкого микропровода. Одна из главных причин этого – отсутствие соответствующей методики исследования. Для поверхности толстых микропроводов возможно визуальное наблюдение доменных границ поверхностного слоя с помощью, например, методов порошковых фигур [1] и магнитооптической микроскопии [2]. К поверхности тонких микропроводов в стеклянной оболочке с существенно большей кривизной эти методы неприменимы. Существует ряд методов, позволяющих косвенно судить о микромагнитной структуре микропровода. Среди них можно выделить метод Сикстуса-Тонкса [3] и исследование поперечного перемагничивания микропровода с анализом поведения перпендикулярной полю компоненты магнитного момента [4]. Исследуя квазистатическое перемагничивание систем микропроводов, также можно судить об их микромагнитной структуре [5]. Перечисленные методы не являются точными, поскольку не дают информации непосредственно о доменной структуре, а лишь позволяют делать некоторые, порой противоречивые выводы о ней.

В силу технологических особенностей изготовления микропровода, приводящих к существованию аксиальной симметрии в нем, в металлической жиле микропровода выделяют две характерные области с разными типами доменных структур: аксиально намагниченную центральную часть – керн (от английского «kern» – сердцевина) и циркулярно или радиально зависимости от константы магнитострикции материала и метода изготовления (в микропровода) намагниченную оболочку. До сих пор ведутся споры о типе и положении доменной границы, существующей между керном и оболочкой. Теоретические оценки по определению положения доменной границы между керном и оболочкой, существующие на данный момент, предлагают несколько вариантов решения [6, 7]. Эти работы были проведены в 80-х годах прошлого века, а поиск экспериментальных методов ее обнаружения ведется до сих пор. Существуют оценки ее положения по петлям гистерезиса бистабильных микропроводов [8, 9], в то время как для микропроводов, не обладающих этим свойством, соответствующих публикаций не было. Более точные современные методы численного моделирования все еще не позволяют работать в масштабах десятков микрометров (ограничиваясь одним микроном) [10]. Таким образом, исследования тонкого микропровода находятся на стыке теории и эксперимента, полностью не перекрываемом ни первым, ни вторым, и только по набору экспериментальных данных, полученных различными методиками, можно делать выводы о его доменной структуре.

Для исследования магнитных свойств и особенностей перемагничивания микропровода существует больше возможностей. Однако процессы перемагничивания магнитномягких микропроводов во многом определяются внешними факторами: напряжениями, деформацией, температурой и скоростью изменения магнитного поля. Так, квазистатическое перемагничивание происходит по механизмам, отличающимся от механизмов динамического перемагничивания [11]. С учетом сложности магнитной структуры микропровода возникают сложности с интерпретацией данных.



Очевидно, что свойства одиночных микропроводов и их систем будут зависеть от геометрических параметров. В литературе существует достаточно много работ, посвященных исследованию влияния размеров микропровода (диаметра металлической жилы, полного диаметра и длины) на его статические и динамические магнитные свойства (например, [12, 13]). Однако эти данные не систематизированы и порой противоречивы.

Аморфные микропровода в стеклянной оболочке со значительно уменьшенными диаметром металлической жилы и толщиной стеклянной оболочки приобрели большое прикладное значение в течение последних нескольких лет [14]. Современные магнитномягкие аморфные микропровода обладают диаметрами металлической жилы от 1 до 30 мкм при толщинах стеклянной оболочки от 0.5 до 15 мкм. Такие тонкие микропровода проявляют уникальные магнитные свойства [15]. Так, коэрцитивная сила микропроводов из сплавов на основе Co с близкой к нулю константой магнитострикции может достигать 0.05 Э при очень малых потерях энергии на перемагничивание благодаря высокому удельному сопротивлению.

Рекордно высокие значения магнитной проницаемости обеспечивают величину гигантского магнитоимпеданса (ГМИ) в сотни и даже тысячи процентов [16, 17]. Хорошими магнитотранспортными свойствами (эффект гигантского магнитосопротивления – ГМС) обладают гранулированные микропровода [18]. Для микропроводов в стеклянной оболочке из сплавов на основе Fe характерно магнитнобистабильное поведение, связанное с проявлением гигантского скачка Баркгаузена. В таких проводах наблюдается быстрое распространение доменной границы со скоростью до 1500 м/с [19].

Магнитные свойства тонких аморфных микропроводов определяются составом химического прекурсора из которого они были получены), изменяются (сплава, термообработкой (в магнитном поле или без него, с приложенными напряжениями или без них), отжигом током и химической обработкой (травлением стеклянной оболочки и нанесением дополнительного магнитного слоя) Добавление соседнего [14, 20, 21].

микропровода изменяет механизм перемагничивания всей системы из-за появления магнитостатического взаимодействия между микропроводами. При перемагничивании систем микропроводов в стеклянной оболочке из сплавов на основе Fe петли гистерезиса проявляют ступенчатую (скачкообразную) форму, свойства таких систем достаточно подробно изучены (например, [22]). Считается, что микропровода с небистабильными петлями гистерезиса не могут проявлять таких особенностей.

Свойства тонких микропроводов дают возможность их использования для замены традиционных магнитных материалов в различных областях применения. Например, метки, используемые в системах защиты и охраны, обычно состоят из магнитномягких материалов. В таких системах обеспечивается быстрое изменение намагниченности даже в относительно слабых внешних полях, при этом происходит генерирование комплексного сигнала в приемной катушке. Детектирование сигнала на гармониках способствует увеличению чувствительности и улучшает надежность всей системы [23, 24]. Современные метки разрабатываются на основе магнитномягких лент. Однако использование микропроводов более технологично и дешево.

Активно ведутся разработки и поиски материалов в области кодирования информации с целью дублирования и замены современных оптических штрих-кодов. В 2000-е годы в качестве такого материала была предложена система параллельно расположенных взаимодействующих микропроводов [25]. Информация с такой метки может быть считана индукционным методом при произвольной ее ориентации [26]. Новые кодирующие системы, подобные штрих-кодам, на основе меток такого типа более удобны для считывания, чем оптические аналоги.

На различных этапах исследования магнитных свойств при обнаружении новых особенностей аморфные ферромагнитные микропровода использовались в различных областях: от сердечников трансформаторов и других деталей микроэлектроники до поглощающих покрытий, в качестве сверхчувствительных датчиков магнитного поля и систем кодирования и идентификации информации. Области их применения непрерывно расширяются, что приводит к необходимости постоянного поиска материалов с новыми магнитными свойствами.

Таким образом, исследования магнитных свойств одиночных микропроводов и процессов перемагничивания их систем являются актуальными как в фундаментальной физике, так и с точки зрения прикладных аспектов.

Цели и задачи исследования Цель диссертационной работы заключалась в исследовании влияния состава, геометрических параметров и взаимодействий между аморфными ферромагнитными микропроводами на их статические и динамические магнитные свойства для расширения существующих представлений о механизмах перемагничивания и магнитных свойствах одиночных микропроводов и их систем.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

1. Исследование зависимости магнитных и магнитоимпедансных свойств аморфных микропроводов в стеклянной оболочке от их длины, диаметра металлической жилы d, полного диаметра микропровода D и отношения этих диаметров D/d.

2. Анализ связи условий изготовления с образованием различных магнитных фаз в химически однородных аморфных микропроводах.

3. Исследование процессов перемагничивания систем взаимодействующих микропроводов, обладающих небистабильными петлями гистерезиса. Анализ механизмов связи этих процессов с параметрами систем.

4. Исследование особенностей перемагничивания систем взаимодействующих микропроводов с разными типами доменных структур в переменных магнитных полях различной амплитуды.

5. Анализ спектрального состава индуцированного в приемной катушке сигнала при перемагничивании однородных и смешанных систем микропроводов в переменном магнитном поле и его зависимости от параметров системы.

Достоверность результатов Результаты, представленные в диссертации, получены на основе экспериментов, проведенных на современном научном оборудовании, с использованием статистических методов обработки экспериментальных данных. Экспериментальные результаты были или подтверждены теоретическими (аналитическими или численными) расчетами, основанными на адекватно выбранных физических моделях анализируемых процессов, или для их обоснования предложены феноменологические модели. Достоверность полученных результатов обеспечивалась набором взаимодополняющих экспериментальных методик и воспроизводимостью результатов. Результаты исследований неоднократно обсуждались на научных семинарах и докладывались на специализированных конференциях, подтверждались данными других исследователей.

Положения, выносимые на защиту:

1. Доменная граница между центральной и внешней частью металлической жилы микропровода из сплава на основе Co при изменении механических напряжений, создаваемых оболочкой, смещается, что изменяет вид полевых зависимостей перпендикулярной полю компоненты магнитного момента и дает возможность оценки объемной доли керна.

2. Величина магнитного импеданса в микропроводах диаметром 30 мкм из сплава на основе Со максимальна при оптимальной длине образца 12 - 15 мм и резко уменьшается при длине образца меньше 4 мм (критическая длина). Зависимость действительной части импеданса от длины микропровода из сплавов на основе Co описывается аналитическим выражением.

3. Исследование магнитных свойств образцов микропроводов в стеклянной оболочке с различными толщинами металлической жилы и стекла позволяет выделить вклады, связанные со свойствами металлической жилы микропровода, с помощью математической обработки, включающей двухфакторный анализ экспериментальных данных.

4. В системе взаимодействующих микропроводов, не обладающих по отдельности бистабильными петлями гистерезиса, возможно появление ступеней на петле гистерезиса. Эта особенность обнаружена экспериментально и объясняется в рамках феноменологической модели магнитной структуры микропровода.

5. Ступенчатая форма петли гистерезиса может наблюдаться на образце химически однородного микропровода, приготовленного при определенных технологических условиях, а в смешанной системе микропроводов – при изменении амплитуды перемагничивающего поля.

6. Амплитуды нечетных гармоник в спектре сигнала, индуцируемого в приемной катушке системой микропроводов при перемагничивании периодически изменяющимся магнитным полем, немонотонно зависят от номера гармоник, описываются аналитическими выражениями и соответствуют результатам численного моделирования.

Научная новизна Проведенные исследования расширяют существующие представления о механизмах перемагничивания и магнитных свойствах одиночных микропроводов и их взаимодействующих систем:

1. Впервые проведен двухфакторный анализ зависимости магнитных свойств аморфного микропровода в стеклянной оболочке от параметров металлической жилы (зависящих от ее толщины d) и механических напряжений, создаваемых оболочкой (зависящих от параметра D/d). Показано существенное отличие полученных зависимостей от известных ранее, в частности, немонотонный характер зависимостей в определенном диапазоне толщин.

2. Экспериментально обнаружено изменение распределения доменной структуры по сечению микропровода за счет механических напряжений, создаваемых стеклянной оболочкой, в в тонком микропроводе из сплава на основе Co.

Установлено существенное различие в зависимостях коэрцитивных сил 3.

микропроводов из сплавов на основе Co и Fe от их длины. Предложена феноменологическая модель для объяснения полученных результатов.

4. Впервые обнаружены ступенчатые петли гистерезиса на одиночном микропроводе и в системе взаимодействующих микропроводов с небистабильными петлями гистерезиса, предложено феноменологическое описание механизма их формирования.

5. Исследованы особенности и механизмы перемагничивания систем на основе разного числа микропроводов двух типов при различных амплитудах внешнего магнитного поля.

Аналитически рассчитана, численно промоделирована и экспериментально 6.

подтверждена немонотонная зависимость амплитуд нечетных гармоник от их номера на системах двух и более микропроводов, включающих микропровода из сплавов на основе Fe.

Практическая значимость В ходе работы определены критическая и оптимальная длины микропровода из сплава на основе Co с диаметром металлической жилы 30 мкм. Критическая длина – длина, при которой резко изменяются магнитные свойства микропровода, оптимальная – на которой наблюдается максимум эффекта гигантского магнитоимпеданса при минимально возможной длине. Полученные результаты важны для миниатюризации датчиков магнитного поля на основе эффекта гигантского магнитоимпеданса.

Предложены принципиально новые методы формирования ступенчатых петель гистерезиса химически однородного микропровода, системы микропроводов с небистабильными петлями гистерезиса и смешанных систем микропроводов. Определены факторы, влияющие на параметры полученных петель гистерезиса. Результаты исследования позволят изменять свойства меток для систем кодирования и идентификации информации новыми, менее трудоемкими и более быстрыми по сравнению с существующими методами.





Результаты исследований могут быть положены в основу разработки новых магнитных меток. Показано, что использование различных наборов микропроводов и изменение величины взаимодействия между ними дают возможность менять свойства меток (спектральный состав сигнала в приемном устройстве при перемагничивании таких систем) в более широком диапазоне по сравнению с изменением состава и способа обработки одиночного микропровода. Подобрать набор или изменить величину взаимодействия между проводами технологически проще, чем подбирать состав провода или метод его обработки.

Это позволит упростить и удешевить разработку новых меток.

Личный вклад автора Для исследования магнитных свойств систем микропроводов индукционным методом и анализа спектрального состава сигналов автором собрана экспериментальная установка. Все результаты, представленные в работе, получены либо лично автором, либо при его непосредственном участии. Обсуждение и анализ полученных экспериментальных результатов проводились авторами соответствующих работ совместно.

Апробация работы и публикации Основные результаты диссертационной работы были представлены на 17 российских и международных конференциях в виде стендовых и устных докладов (тезисы которых опубликованы в соответствующих сборниках): Международных конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (Москва, 2006, 2007), XXXI Международной зимней школе физиков-теоретиков «Коуровка» (Челябинская обл., 2006), XX Всероссийской школе-семинаре «Новые магнитные материалы микроэлектроники» (Москва, 2006), и XXI Международной конференции «Новое в Магнетизме и Магнитных материалах» (Москва, 2009), Ежегодных научных конференциях ИТПЭ ОИВТ РАН (Москва, 2006, 2007, 2008, 2009), The Eighth International Workshop on Non-Crystalline Solids (Gijon, Spain, 2006), The 1st International Symposium on Advanced Magnetic Materials (Jeju, Korea, 2007), Thirteenth international conference on Liquid and Amorphous Metals (Екатеринбург, 2007), Euro-Asian Symposium “Magnetism on a Nanoscale” (Казань, 2007), конференции «Материалы для пассивных радиоэлектронных компонентов» (Пенза, 2007), Moscow International Symposium on Научно-практической конференции и magnetism (Москва, 2008), «Фундаментальные прикладные аспекты инновационных проектов Физического факультета МГУ» (Москва, 2009), Soft Magnetic Materials, (Torino, Italy, 2009).

По материалам диссертации опубликовано 30 работ, из них 13 – в российских и зарубежных журналах и в сборниках трудов конференций. Список приведен в конце автореферата. В число публикаций входит 6 статей в журналах из списка ВАК.

Структура и объем диссертации Диссертация 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.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение Во введении рассмотрена актуальность темы диссертационной работы, сформулирована цель и определены основные задачи исследования, отмечается новизна и практическая значимость работы, приводятся положения, выносимые на защиту, даются сведения об апробации работы, кратко излагается структура и содержание работы.

Глава 1. Обзор литературы В главе обобщаются известные опубликованные работы по статическим и динамическим магнитным свойствам ферромагнитных аморфных микропроводов.

Обсуждаются способы изготовления микропроводов, их связь с магнитными характеристиками и методы исследования. Кратко изложена история развития исследований микропроводов и их магнитных свойств. Анализируются последние достижения в исследовании магнитной структуры микропроводов. Рассматриваются известные механизмы перемагничивания систем микропроводов. Обсуждаются как фундаментальные вопросы, так и прикладные аспекты их использования. В частности, приведены примеры применения микропроводов и определены важные в них магнитные свойства микропровода.

Глава 2. Методика измерений и описание образцов Глава посвящена описанию материалов и методов, использованных в диссертационной работе. Для решения поставленных задач были использованы аморфные микропровода с различными составами, геометрическими параметрами, приготовленные по различным технологиям. В качестве материалов, из которых изготавливались микропровода методом вытягивания из расплава и методом Улитовского-Тейлора, использовались сплавы на основе Fe, 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 Fsica de Materiales, Universidad del Pas Vasco, 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 на вибрационном анизометре, установке для измерения импеданса и модифицированной установке для измерения магнитных свойств индукционным методом.

Глава 3. Влияние геометрических параметров микропровода на его магнитостатические и магнитоимпедансные свойства В первом пункте главы приведены результаты исследования влияния на магнитные свойства 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 к перераспределению намагниченности внутри него. Величина отношения D/d характеризует уровень механических напряжений, создаваемых оболочкой. В качестве параметра, характеризующего изменение магнитных свойств, выбрана коэрцитивная сила, HC. Объектом исследования стал бистабильный микропровод в стеклянной оболочке состава Fe77.5Si7.5B15 с d 2.4 - 23 мкм и D/d 1.26 - 7.66. Для всех образцов на вибрационном анизометре были измерены петли гистерезиса.

Для проведения двухфакторного анализа полученных результатов была использована программа которая позволяет производить интерполяцию функции двух Statistica, переменных, заданную в виде таблицы значений. В качестве интерполяционного алгоритма использовалась бикубическая интерполяция сплайнами. Полученные в программе Statistica поверхности – графики функций двух переменных HC(d;

D) и HC(d;

D/d), первый из которых представлен на рисунке 1а). На рисунках 2 и 1б) разными символами представлены линии, полученные сечением соответствующих поверхностей плоскостями D/d = const и d = const.

а) б) Сечение поверхности HC(d;

D) плоскостями d=5.1 мкм d=10.1 мкм d=13.9 мкм 9 d=20.2 мкм d=24 мкм HС, Э 10 15 20 25 30 D, мкм Рис. 1 а) Зависимость HC(d;

D), полученная в программе Statistica;

б) зависимость коэрцитивной силы микропровода Fe77.5Si7.5B от полного диаметра микропровода.

Сечение поверхности HC(d;

D/d) плоскостями D/d= D/d=6. D/d= D/d=3. D/d=2. D/d= HC, Э 6 Аппроксимация экспериментальных данных 0 5 10 15 20 d, мкм Рис. 2. Зависимость коэрцитивной силы микропровода Fe77.5Si7.5B от 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 разницу исследования магнитных свойств микропровода с учетом влияния параметра D/d (точки) и без него (линия). Так, зависимости HC(d) не одинаковы для различных значений D/d: чем больше значения D/d, тем резче изменяется коэрцитивная сила с диаметром металлической жилы микропровода. При минимальном значении D/d = 1 (теоретически при отсутствии стеклянной оболочки, практически – при ее толщинах менее 0.5 мкм) зависимость HC(d) самая пологая, то есть магнитные свойства в меньшей степени зависят от d. Кроме того, существует величина d, при которой магнитные свойства становятся независимыми от механических напряжений. Для исследуемого микропровода она составляет 11 мкм.

На рисунке 1б) представлена зависимость HC(D), которая свидетельствует о немонотонной зависимости магнитных свойств от механических напряжений, создаваемых оболочкой (в случае d = const изменение D соответствует изменению величины D/d).

Описанные изменения магнитных свойств связаны с изменением распределения механических напряжений, создаваемых оболочкой, по сечению микропровода, которое возникает при изменении величины D/d.

Во втором пункте рассматривается влияние величины D/d на статические и динамические магнитные свойства микропровода из сплава на основе CoFe. Петли гистерезиса, являясь интегральной характеристикой материала, в общем случае не позволяют судить о доменной структуре микропровода. Более точную информацию (все же не визуальную) могут дать совместные исследования перпендикулярной полю компоненты магнитного момента при поперечном перемагничивании микропровода и магнитоимпедансные измерения. В этом пункте показано, что в некоторых случаях важно проанализировать совместно результаты двух исследований для результативного анализа, так как первый из перечисленных методов дает интегральную характеристику объекта, а магнитоимпедансные исследования – поверхностную (на глубине скин-слоя).

Были исследованы три группы микропроводов: с преобладанием областей с аксиальной или циркулярной доменной структурой, или конкуренцией этих областей. Распределение микропроводов по группам непосредственно связано с величиной D/d. На рисунках 3а) и 3б) представлены характерные полевые зависимости перпендикулярной полю компоненты магнитного момента, M, и величины импеданса, Z/Z, для микропроводов двух групп: с преобладанием областей с аксиальной и циркулярной доменными структурами, Z Z ( H ) Z ( H max ) соответственно. Величина импеданса определяется соотношением = 100%, Z ( H max ) Z где Z(H) и Z(Hmax) – величина импеданса в измеряемом и максимальном полях.

а) 10 МГц M, отн.ед.

Z/Z, % d = 8.3 мкм 5 МГц D/d = 1. 0.5 МГц -30 -60 -400 -200 0 200 400 -8 -4 0 4 H, Э H, Э 60 б) 10 МГц 30 M, отн.ед.

Z/Z, % d = 12.4 мкм 5 МГц D/d = 1.37 0.5 МГц -30 -60 -400 -200 0 200 400 -4 -2 0 2 H, Э H, Э Рис. 3. Полевые зависимости перпендикулярной полю компоненты магнитного момента при поперечном 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), что свидетельствует об ориентации магнитного момента перпендикулярно его оси во время процесса перемагничивания. С учетом константы магнитострикции материала в этом микропроводе преобладает циркулярный тип доменной структуры. Провал в нулевом поле в полевой зависимости величины магнитоимпеданса также характерен для циркулярной доменной структуры в микропроводе.

При D/d = 1.37 резкое возрастание M в нулевом поле свидетельствует о развороте магнитного момента вдоль оси микропровода в отсутствии поля, то есть о его аксиальной доменной 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 на его магнитоимпедансные свойства. По полевым зависимостям импеданса для различных длин микропровода (L 1.5 - 48 мм) и частот пропускаемого через него тока (f 5 - 40 МГц) определялись значения maxZ/Z, Hmax, maxS – величины максимума магнитоимпеданса и магнитного поля, в котором он наблюдается, и полевая чувствительность импеданса, соответственно. Зависимость maxZ/Z(L) представлена на рисунке 4а). Уменьшение величины maxZ/Z на высоких частотах и при больших длинах микропровода связано с изменением емкостного сопротивления. На зависимости величины действительной части импеданса от длины 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 анизотропии микропровода.

б) а) H=0.4 Э 20 МГц max Z/Z, % 10 МГц R/R, % 40 МГц 200 5 МГц теория 150 эксперимент 0 10 20 30 40 0 10 20 30 40 L, мм L, мм Рис. 4 а) Зависимость величины максимума магнитоимпеданса от длины CoSiB микропровода для разных частот;

б) рассчитанная и измеренные зависимости действительной части импеданса во внешнем поле 0.4 Э от длины CoSiB микропровода при частоте тока 20 МГц.

Для объяснения поведения действительной части импеданса от длины микропровода была предложена модель, по которой можно оценить влияние концевого эффекта в слабом продольном поле по величине параметра, который описывается выражением:

2 1 / ~ (1 + BM H A ) (1 + AM H A + BM H A ), где A = 2 ( d / l 2 ) и B = ( d l ) учитывают влияние токоведущей части микропровода и М– размагничивающего поля образца, соответственно;

HА – поле анизотропии, намагниченность образца, d, l – диаметр и длина микропровода, – толщина скин-слоя.

Расчеты были проведены в предположении однодоменности микропровода. В поле Н = 0.4 Э µ 700, на частоте 20 МГц магнитная проницаемость толщина скин-слоя = c 2µ 5.3мкм.

5. Для случая сильного скин-эффекта, когда « d, эта модель требует поправок. Однако в диапазоне частот, на которых проводились измерения, эта теоретическая модель дает хорошее совпадение с экспериментальными данными. На рисунке 4б) представлена соответствующая зависимость.

По полученным зависимостям maxZ/Z(L), Hmax(L), R/R(L) и maxS(L) были определены оптимальная и критическая длины микропровода.

Также в третьем пункте третьей главы приведены результаты исследований зависимости магнитостатических свойств микропроводов из сплава на основе Fe и Co от их длины. Изменение характера перемагничивания микропровода на основе Co с изменением длины выражается в изменении наклона его петли гистерезиса, что хорошо описывается в рамках модели изменения размагничивающего фактора длинных проводов. При перемагничивания коротких микропроводов из сплава на основе Fe были обнаружены ранее не наблюдаемые особенности – появление ступенек на петле гистерезиса. Отметим, что это не одиночный результат, а систематически повторяющийся для различных составов и диаметров микропроводов. Изменение состава, длины и диаметра микропровода приводит к изменению высоты и крутизны ступенек. На рисунке 5 представлены петли гистерезиса микропроводов из сплава Fe74B13Si11C2 с d = 19.4 мкм и D = 26.6 мкм разной длины.

1, 4 мм M/MS, отн.ед.

0, 3 мм 0, 5 мм 13 мм -0, 22 мм -1, -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 H, Э Рис. 5. Петли гистерезиса микропроводов Fe74B13Si11C2 в стеклянной оболочке разной длины L = 3 - 22 мм.

Для микропроводов из сплавов на основе Fe и Co были определены коэрцитивные силы, графики зависимости которых от длины представлены на рисунке 6. При длинах микропровода меньше 5 мм наблюдается существенное изменение коэрцитивной силы микропроводов – увеличение для Co-микропровода и уменьшение для микропровода на основе Fe. Такие особенности объясняются разными доменными структурами микропроводов.

Для провода с циркулярной магнитной анизотропией магнитное поле, приложенное в продольном направлении, приводит к обратимому вращению магнитного момента, которое характеризуется малой коэрцитивностью. При уменьшении длины микропровода нарушается его циркулярная доменная структура и перемагничивание становится необратимым, увеличивая наблюдаемую коэрцитивную силу. В случае Fe-микропровода уменьшение его длины приводит к нарушению аксиальной доменной структуры, и, соответственно, к частичному развороту момента и снижению коэрцитивности.

а) б) 1, 0, 1, HC, Э HC, Э 0, 0, 0, 0,00 0, 0 5 10 15 20 25 0 5 10 15 20 L, мм L, мм Рис. 6. Зависимость коэрцитивной силы от длины микропровода из сплава на основе а) Co и б) Fe.

Глава Связь параметров петли гистерезиса с комбинацией и составами 4.

микропроводов В четвертой главе приведены результаты исследования и обсуждение причины формирования ступенчатых петель гистерезиса в микропроводах и механизмы перемагничивания 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 ступенчатые петли гистерезиса наблюдались только в микропроводе в стеклянной оболочке с нанесенным дополнительным магнитным слоем, то есть на химически неоднородных микропроводах [20].

При перемагничивании систем, содержащих микропровода из сплавов на основе Co с небистабильной петлей гистерезиса в литературе отмечалась монотонность изменения магнитного момента с изменением приложенного поля [27]. Данных по перемагничиванию смешанных систем микропроводов автором не найдено.

В первом пункте главы приведены результаты исследования процессов перемагничивания микропроводов из сплавов и Fe77.5Si7.5B15, Fe45Co30Si10B Co69Fe4Cr4Si12B11+0.5%Fe, изготовленных методом Улитовского-Тейлора при различных скоростях охлаждения и вытяжки, предоставленных лабораторией Молоканова В.В., ИМЕТ РАН. В ходе исследований для микропроводов ряда составов сплавов и технологических условий изготовления наблюдалось появление дополнительных магнитных фаз. Они проявлялись в виде ступеней на петле гистерезиса. Неравномерность перемагничивания объясняется неравномерностью охлаждения микропровода по радиусу, в результате чего формируются две магнитные фазы с разными значениями намагниченностей и коэрцитивных сил. Аморфность фаз подтверждалась рентгеноструктурным анализом, проведенным изготовителем.

В микропроводах из сплава Fe45Co30Si10B15 был обнаружен переход аморфной фазы в кристаллическое состояние. Проведено сопоставление магнитных свойств с технологическими условиями изготовления и скоростью вытяжки микропровода.

Полученные петли гистерезиса для максимальной и минимальной скоростей вытяжки при изготовлении микропровода из сплавов Fe77.5Si7.5B15 с закалкой на воздухе представлены на рисунке 7.

а) б) 1,0 d=9 мкм 1,0 d=15 мкм M/MS, отн.ед.

D=12 мкм D=20 мкм 0,5 V=6.5 м/с 0,5 V=2.6 м/с 0,0 0, S -0,5 -0, -1,0 -1, -3 -2 -1 0 1 2 3 -3 -2 -1 0 1 2 H, Э H, Э Рис. 7. Петли гистерезиса вдоль оси микропроводов состава Fe77.5Si7.5B с а) наибольшей и б) наименьшей скоростями вытяжки V.

Закалка микропровода при изготовлении происходила на воздухе.

Во втором пункте рассматриваются особенности перемагничивания одиночных микропроводов и их систем (из сплава на основе Co с небистабильной петлей гистерезиса).

Петли гистерезиса образцов микропровода Co83Fe7C1Si7B2 разной длины представлены на рисунке 8а). Обращают на себя внимание следующие особенности перемагничивания:

центральная часть петли гистерезиса, вблизи нулевого поля, – безгистерезисная;

при этом вблизи поля насыщения присутствует область с гистерезисом («карман»). С увеличением длины образца увеличивается площадь кармана – как его высота, так и ширина. Увеличение высоты свидетельствует об увеличении объема части провода с гистерезисным перемагничиванием. Увеличение ширины может быть связано с (коэрцитивности) увеличением поля критического перемагничивания из-за формы соответствующего домена.

Существующие на данный момент представления о магнитной структуре микропроводов из сплавов на основе Co не объясняют возникновения карманов вблизи полей насыщения. Для их возникновения необходимо наличие областей, момент которых изменяет свое направление.

Для микропровода, перемагничивание которого осуществляется вдоль оси, такое направление – аксиальное. Для объяснения этих особенностей была предложена феноменологическая модель магнитной структуры микропровода, основанная на особенностях технологии изготовления микропроводов с d ~ 30 мкм.

а) б) 2 см =d 1,0 1, n= 1.5 см M/MS, отн.ед.

M/MS, отн.ед.

L = 2 см 0,5 0, 0,0 0, 0.5 см -0,5 -0, 1 см -1,0 -1, -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1, H, Э H, Э Рис. 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 сплава Co83Fe7C1Si7B2, была изготовлена серия образцов, отличающихся между собой числом микропроводов, n = 1 - 5;

расстоянием между микропроводами (расстояние между их осями), = d, 2d, 3d, где d = 30 мкм – диаметр микропровода;

и длинами, L = 1, 1.5, 2 см. В ходе работы были проведены исследования влияния параметров систем на особенности их перемагничивания.

Как отмечалось ранее, по характеру перемагничивания микропроводов в системе можно косвенно судить об их магнитной структуре. Перемагничивание областей с аксиальным типом доменной структуры отличается от бистабильного, что можно наблюдать на рисунке 8а): перемагничивание происходит вращением магнитного момента. Анализ механизма перемагничивания системы микропроводов подтверждает предложенную феноменологическую модель. На рисунке 8б) представлена петля гистерезиса для системы микропроводов с параметрами n = 5, = d, L = 2 см. При уменьшении магнитного поля первые по порядку перемагничивания микропровода в системах перемагничиваются при равновесном движени доменной границы, аналогично одиночному микропроводу, что отражается в плавном изменении величины намагниченности. Перемагничивание последних микропроводов происходит за счет скачков Баркгаузена. Таким образом, можно сделать вывод, что к моменту начала перемагничивания последних микропроводов первые создают достаточно большое подмагничивающее поле в направлении, противоположном направлению внешнего магнитного поля, которое вызывает изменение в магнитной структуре неперемагниченных микропроводов и увеличивает в них долю аксиально намагниченного керна. И требуются существенно большие поля, по сравнению с полями перемагничивания первых микропроводов, чтобы перемагнитить их. При анализе процесса перемагничивания в обратном направлении можно провести аналогичные рассуждения.

В третьем пункте описаны результаты исследований влияния амплитуды внешнего поля и состава систем микропроводов на их магнитные свойства и механизмы перемагничивания. Измерения проводились индукционным методом. Влияние состава систем микропроводов и амплитуды внешнего перемагничивающего поля на петли гистерезиса образцов было исследовано на пяти образцах: 2*Fe, 2*Co, Fe+Co, 2*Fe+Co, 3*Fe+Co, где Fe=Fe74B13Si11C2 и Co=Co67Fe3.9Ni1.5B11.5Si14.5M0.6 – микропровода, из которых изготовлена система, 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 перемагничивание системы в зависимости от составов. Так, добавление Co-микропровода приводит к увеличению наклона суммарной петли гистерезиса системы, а добавление Fe-микропровода – изменению числа скачков Баркгаузена.

Изменение амплитуды внешнего поля также по-разному влияет на перемагничивание систем. Для системы, содержащей только Co-микропровода, изменение амплитуды внешнего поля не приводит к изменению формы и наклона их петель гистерезиса. Для систем, содержащих Fe-микропровода, изменение амплитуды внешнего поля приводит к изменению числа ступеней на петле гистерезиса. На рисунке 9 представлены петли гистерезиса систем микропроводов 2*Fe и Fe+Co, полученные для различных амплитуд перемагничивающего поля.

а) б) 1,0 1, 10 Э M/MS, отн.ед.

M/MS, отн.ед.

10 Э 0,5 2.5 Э 0, 1Э 0,0 0, 0.8 Э 2Э -0,5 -0,5 1.1 Э 0.5 Э 0.2 Э -1,0 -1, -3,0 -1,5 0,0 1,5 3,0 -3,0 -1,5 0,0 1,5 3, H0, Э H, Э Рис. 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 большим временем изменения внешнего поля по сравнению со временем, необходимым для перемещения доменной границы в нем. С уменьшением амплитуды это время увеличивается и мы наблюдаем двуступенчатое перемагничивание системы, характерное для нее. Далее при уменьшении H0 амплитуда магнитного поля становится недостаточной для перемагничивания микропровода с большим значением коэрцитивности, и снова наблюдается бесступенчатая петля гистерезиса. Таким образом, варьируя амплитуду перемагничивающего поля, можно получить различные петли гистерезиса, а, значит, и различные магнитные параметры взаимодействующих систем. Проведен анализ зависимостей динамических коэрцитивных сил систем микропроводов от амплитуд перемагничивающего поля HC(H0).

Глава 5. Спектральный анализ сигналов от систем взаимодействующих микропроводов В первом пункте главы аналитически, при помощи преобразования Фурье, были рассчитаны спектры, соответствующие как основным модельным типам петель гистерезиса (ступенька с нулевой коэрцитивностью, прямоугольная петля гистерезиса), так и ранее не рассчитанной – двухступенчатой. ЭДС сигнала, индуцируемого в приемной катушке системой взаимодействующих микропроводов из сплавов на основе Fe, описывается выражением:

n n HC 4 M S n K sin = sin nt, n = 2k + 1, cos 2 2 H0 2 H n = где H0 – амплитуда внешнего поля, – его частота, HC – коэрцитивная сила микропровода, из которого изготовлена система, n – номер гармоники, MS – намагниченность насыщения, – величина поля подмагничивания одного микропровода другим.

При сравнении полученного выражения для спектра ЭДС от прямоугольной петли n гистерезиса установлено, что появившийся множитель приводит к cos 2 H периодическому изменению амплитуд входящих в спектр гармоник. Далее в главе приводятся результаты численного моделирования и экспериментальные результаты, подтверждающие это заключение.

Во втором пункте с помощью численного моделирования методом быстрого преобразования Фурье (БПФ) было показано, что увеличение степени нелинейности петли гистерезиса приводит к существенному расширению спектра сигнала. Проведенные теоретические оценки позволили понять общие закономерности в изменении спектров, происходящие при добавлении ступенек и наклонных участков в петле гистерезиса.

В третьем пункте приводятся экспериментальные результаты, подтверждающие аналитический расчет и моделирование численными методами. Для экспериментальных исследований спектра сигнала от системы взаимодействующих микропроводов была собрана модифицированная установка с узкополосным усилителем, позволяющим измерять амплитуды первых семи гармоник. На рисунке 10 показаны измеренные зависимости амплитуд нечетных и четных гармоник сигнала системы 3*Fe+Co микропроводов от амплитуды внешнего поля.

а) б) 1,2 0, U U, отн.ед.

U/U1, отн.ед.

U1 U 0,8 0, U U U 0,4 0, U /U 0,0 0, 0 2 4 6 8 10 0 2 4 6 8 H0, Э H0, Э Рис. 10. Экспериментально полученные зависимости амплитуд а) нечетных и б) четных гармоник сигнала, индуцируемого системой микропроводов 3*Fe+Co, от величины внешнего поля.

Численно при помощи БПФ из экспериментальных зависимостей М(Н) были получены спектры сигналов, соответствующих перемагничиванию одиночных микропроводов и их систем. Рассчитаны гистограммы для зависимостей амплитуд гармоник от их номера. В работе показано, что, поскольку функциональная зависимость М(Н) для реальных образцов неизвестна, использование БПФ и набора измеренных значений намагниченности предпочтительнее, так как в этом случае удается избежать погрешностей, связанных с аппроксимацией петель гистерезиса математическими функциями.

б) а) 0 10 Э 10 Э Амплитуда, дБ 1Э Амплитуда, дБ - 1Э - - - - - - - - - - 0 100 200 0 100 200 Номер гармоники Номер гармоники Рис. 11. Амплитуды нечетных гармоник, рассчитанные при помощи БПФ для а) одиночного Fe- и б) двух взаимодействующих Fe-микропроводов в зависимости от номера гармоники.

На рисунке 11 приведены зависимости амплитуд нечетных гармоник, рассчитанных при помощи БПФ для одиночного и двух взаимодействующих Fe-микропроводов, от номера гармоники.

Для одиночного микропровода амплитуды гармоник монотонно убывают с ростом их номера независимо от величины амплитуды перемагничивающего поля. В системе из двух Fe проводов для большей амплитуды перемагничивающего поля наблюдается периодическое изменение амплитуд нечетных гармоник. Такое поведение качественно может быть объяснено при помощи аналитического выражения для спектра, где, в отличие от выражения для спектра одиночного Fe провода, появляется дополнительный множитель, который для малых значений /H0 является периодической функцией n.

В конце диссертации приводятся основные результаты и выводы, а также список цитируемой литературы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 1. Показано, что магнитные свойства микропроводов Fe77.5Si7.5B15 в стеклянной оболочке являются функцией как магнитных свойств металлической жилы микропровода (которые зависят от его диаметра, d), так и механических напряжений, создаваемых оболочкой (характеризующим параметром которого является отношение полного диаметра микропровода к диаметру его металлической жилы, D/d). Установлено, что при определенных соотношениях D/d и d наблюдаются немонотонные зависимости коэрцитивной силы микропровода от d и D/d, соответственно.

2. Определены зависимости статических и динамических магнитных свойств CoFe содержащих аморфных микропроводов в стеклянной оболочке от отношения полного диаметра микропровода к диаметру его металлической жилы, D/d. Установлено, что соотношение магнитных моментов аксиальной и циркулярной доменных структур зависит от величины D/d. Определено, что для микропроводов с d = 10 и 12 мкм и D/d ~ 1.4 и для тонкого микропровода с d = 7 мкм и D/d ~ 1.7 в образцах наблюдается преобладание области с аксиальной доменной структурой, для тонкого микропровода с d = 8 мкм и D/d ~ 1.7 – с циркулярной доменной структурой. Для более толстых микропроводов с d = 30 и 36 мкм и D/d ~ 1.1 доменная структура является более сложной.

Экспериментально определена и теоретически рассчитана зависимость 3.

действительной части магнитоимпеданса от длины для микропровода из сплава на основе Co с диаметром d = 30 мкм. Показано, что при длинах меньше 4 мм магнитоимпедансные свойства микропровода существенно ухудшаются. Найдены оптимальные длины микропровода с точки зрения максимума величин магнитоимпеданса и его чувствительности к полю при минимально возможной длине микропровода. Установлено, что максимум величины магнитоимпеданса в диапазоне частот 5 – 40 МГц наблюдается при длине микропровода 12 – 15 мм и составляет 370 %.

4. Экспериментально установлено существенное различие в зависимостях магнитных свойств микропроводов из сплавов на основе Co и Fe (с d ~ 30 мкм) от их длины. Установлено, что коэрцитивная сила микропровода из сплавов на основе Co резко увеличивается, а для микропроводов из сплавов на основе Fe – уменьшается при уменьшении длины микропровода меньше 5 мм. Предложена феноменологическая модель для объяснения полученных результатов.

5. Показано, что для микропроводов составов Fe77.5Si7.5B15, Fe45Co30Si10B15 и Co69Fe4Cr4Si12B11+0.5%Fe в стеклянной оболочке, полученных при различных скоростях охлаждения и вытяжки, изменяется магнитная структура микропровода: для части составов обнаружено расслоение магнитной фазы металлической жилы микропровода, изготовленного методом Улитовского-Тейлора при закалке на воздухе. Предложено феноменологическое объяснение для следующих экспериментальных фактов:

– на микропроводах из сплавов Fe45Co30Si10B15 во всем диапазоне скоростей вытяжки V 1.3 - 7.8 м/с при закалке на воздухе возникает магнитнодвухфазное состояние микропровода. Коэрцитивные силы этих фаз отличаются в 3 - 4 раза. При увеличении скорости вытяжки коэрцитивные силы магнитных фаз уменьшаются, доля магнитной фазы с меньшей коэрцитивностью – уменьшается. При скоростях вытяжки менее 2.6 м/с в микропроводе происходит частичная кристаллизация (эти данные подтверждены также данными рентгеноструктурного анализа). При закалке в воде возникновения дополнительных магнитных фаз не наблюдалось;

– на микропроводах из сплавов Fe77.5Si7.5B15 при закалке на воздухе расслоение на магнитные фазы в микропроводе наблюдалось при скоростях вытяжки V 2.6 м/с. При больших скоростях вытяжки расслоения на магнитные фазы не наблюдалось;

– на микропроводах из сплавов Co69Fe4Cr4Si12B11+0.5%Fe во всем диапазоне скоростей вытяжки V 2.6 - 9.1 м/с при закалке на воздухе расслоения магнитной фазы не обнаружено.

Впервые обнаружен и объяснен механизм перемагничивания системы 6.

взаимодействующих микропроводов с небистабильными петлями гистерезиса. В ходе исследований свойств систем микропроводов (d = 30 мкм) из сплава Co83Fe7C1Si7B2 было обнаружено, что:

– взаимодействующие микропровода в системе перемагничиваются последовательно, причем первые из них - поворотом момента, а последующие – скачком Баркгаузена;

– число последовательных поворотов магнитного момента и скачков Баркгаузена соответствует числу микропроводов в системе при длинах микропровода, не меньших 1.5 и 2 см, и расстояниях, не превышающих 2d и 3d, соответственно;

– увеличение длины и уменьшение расстояния между микропроводами приводит к увеличению величины взаимодействия между микропроводами, увеличению – подмагничивающих полей со стороны одного микропровода на другие, что выражается в увеличении ширины ступенек.

Впервые исследованы механизмы перемагничивания смешанных систем 7.

микропроводов из сплавов Fe74B13Si11C2 и Co67Fe3.9Ni1.5B11.5Si14.5M1.6. Установлено, что в системах микропроводов, включающих микропровода из сплавов на основе Fe, процесс ступенчатого перемагничивания зависит от амплитуды внешнего магнитного поля. Для систем микропроводов, содержащих 1 - 4 микропровода из сплава на основе Fe, определены критические амплитуды, при которых перемагничивание становится ступенчатым. Величины этих амплитуд связаны с коэрцитивностями микропроводов, входящих в систему.

8. Спектр сигнала, индуцируемого при перемагничивании системы микропроводов со ступенчатыми петлями гистерезиса, существенно изменяется при изменении числа и состава микропроводов в системе, при этом амплитуды нечетных гармоник с ростом их номера изменяются периодически. Данный вывод подтверждается результатами расчетов коэффициентов разложения сигнала в ряд Фурье.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в журналахи сборниках трудов конференций 1. Самсонова В.В., Рахманов А.А., Настасюк А.Н., Якубов И.Т., Антонов А.С. Влияние статических и динамических размагничивающих полей на магнитоимпеданс в микропроводе на основе кобальта// сборник трудов XX международной школы семинара «Новые магнитные материалы микроэлектроники» (12-16 июня 2006, Москва), БЮ-09, 444-446;

2. Рахманов А.А., Самсонова В.В., Антонов А.С., Перов Н.С. Особенности магнитных и магнитоимпедансных свойств аморфных микропроводов в стеклянной оболочке на основе железа// сборник трудов XX международной школы-семинара «Новые магнитные материалы микроэлектроники» (12-16 июня 2006, Москва), ВЮ-24, 814-816;

3. Samsonova V., Antonov A., Iakubov I., Nastasjuk A., Perov N., Rakhmanov A. Dynamic magnetic charges of domain walls and their influence on microwire magnetoimpedance// Journal of Non-Crystalline Solids (2007) 353 (8-10), pp. 938-940;

4. Samsonova V.V., Antonov A.S., Buznikov N.A., Rakhmanov A.A., Zhukov A.P.

Experimental study of surface domain structure effects on off-diagonal magnetoimpedance in glass-coated Co-based microwires// J. Phys.: Conf. Ser. 98 062004 (4pp) doi: 10.1088/1742 6596/98/6/062004;

5. Самсонова В.В., Перов Н.С., Умнов П.П., Молоканов В.В. Зависимость магнитных и магнитоимпедансных свойств образцов аморфных сплавов на основе Fe от их формы.

Влияние толщины стеклянной оболочки в случае микропроводов// сборник трудов международной научно-технической конференции «Материалы для пассивных радиоэлектронных компонентов» (18-21 сентября 2007, Пенза), 95-105;

6. Антонов А.С., Бузников Н.А., Рахманов А.А., Самсонова В.В. Поверхностная доменная структура и недиагональный магнитоимпеданс в аморфных микропроволоках в стеклянной оболочке// Письма в ЖТФ, том 35, вып.2, стр. 75-81, 2009;

7. Акмальдинов К., Самсонова В., Перов Н. Квазистатическое перемагничивание систем микропроводов на основе Co// сборник трудов XXI Международной конференции «Новое в Магнетизме и Магнитных материалах» (28 июля-4 июля 2009 г., Москва), 864 866;

8. Самсонова В., Самсонова В.(мл.), Ипатов М., Ильин М., Жукова В., Перов Н., Жуков А.

Моделирование формы петли гистерезиса систем аморфных ферромагнитных микропроводов в стеклянной оболочке// сборник трудов XXI Международной конференции «Новое в Магнетизме и Магнитных материалах» (28 июля-4 июля 2009 г., Москва), 838-839;

9. Антонов А.С., Бузников Н.А., Дьячков А.Л., Рахманов А.А., Самсонова В.В. Фурманова Т.А., Влияние толщины стеклянного покрытия на магнитоимпеданс аморфных микропроволоок// Радиотехника и электроника (2009) 54 (11) стр. 1387-1390;

10. Самсонова В.В., Ипатов М.П., Ильин М.И., Жукова В.А., Перов Н.С., Жуков А.П.

Прикладные аспекты нелинейного магнитного отклика в магнитостатически взаимодействующих микропроводах// cборник Трудов Научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные аспекты инновационных проектов Физического факультета МГУ» (18-19 ноября 2009 г., Москва), стр. 125-126;

11. Antonov A.S., Buznikov N.A., D’yachkov A.L., Furmanova T.A., Rakhmanov A.A. and Samsonova V.V. Influence of Glass Coating Thickness on Magnetoimpedance Ratio in Co Based Amorphous Microwires// Solid State Phenomena Vol. 152-153 (2009) pp 317-320;

12. Rodionova V., Ipatov M., Ilyn M., Zhukova V., Perov N., Gonzalez J., and Zhukov A.

Design of magnetic properties of arrays of magnetostatically coupled glass-covered magnetic microwires// Phys. Status Solidi A, 1–6 (2010) / DOI 10.1002/pssa.200925497;

13. Rodionova V., Ipatov M., Ilyn M., Zhukova V., Perov N., Panina L., Gonzalez J., and Zhukov A. Magnetostatic interaction of glass-coated magnetic microwires// accepted for publication in the Journal of Applied Physics.

Опубликованные тезисы докладов конференций 14. Самсонова В.В., Антонов А.С., Перов Н.С., Рахманов А.А., Родионов В.В. Влияние продольного размера на магнитоимпеданс микропровода на основе кобальта// сборник тезисов докладов XXXI международной зимней школы физиков-теоретиков «Коуровка» (19-25 февраля 2006, Кыштым, Челябинская обл.), с. 146;

15. Антонов А.С., Настасюк А.Н., Рахманов А.А., Самсонова В.В., Якубов И.Т. Влияние размагничивающих полей в микропроводе на магнитоимпеданс// сборник тезисов докладов Седьмой ежегодной научной конференции ИТПЭ ОИВТ РАН (Института теоретической и прикладной электродинамики ОИВТ РАН, 17-20 апреля 2006, Москва), 24-25;

16. Самсонова В.В., Рахманов А.А. Магнитные и магнитоимпедансные свойства аморфных микропроводов на основе железа в стеклянной оболочке// сборник тезисов докладов международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наукам «Ломоносов-2006» (14 апреля 2006, физический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва), 116-118;

17. Samsonova V., Antonov A., Iakubov I., Nastasjuk A., Rakhmanov A. HF – magnetic charges of domain walls and their influence on magnetoimpedance of a microwire// book of abstract of «The Eighth International Workshop on Non-Crystalline Solids» (June 20-23, 2006, Gijon, Spain), P-27, p.41;

18. Самсонова В.В., Антонов А.С., Перов Н.С., Рахманов А.А. Влияние низкотемпературного отжига на свойства аморфных микропроводов в стеклянной оболочке// сборник тезисов докладов Восьмой ежегодной научной конференции ИТПЭ РАН (Института теоретической и прикладной электродинамики РАН, 9-12 апреля 2007, Москва), с.37;

19. Антонов А.С., Настасюк А.Н., Рахманов А.А., Самсонова В.В., Фурманова Т.А.,Экспериментальное обнаружение многодоменной структуры в анизотропных аморфных микропроводах со стеклянной оболочкой// сборник тезисов докладов Восьмой ежегодной научной конференции ИТПЭ РАН (Института теоретической и прикладной электродинамики РАН, 9-12 апреля 2007, Москва), 4-5;

20. Самсонова В.В. Особенности магнитных свойств магнитномягких микропроводов FeSiB в стеклянной оболочке// сборник тезисов докладов международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наукам «Ломоносов 2007» (12 апеля 2007, физический факультет МГУ, Москва), 264-265;

21. Umnov P.P., Prokoshin A.F., Molokanov V.V., Shalygin A.N., Samsonova V.V., Galkin V.Yu. The effect of technological parameters of the amorphous glass-coated microwires fabrication on GMI// book of

Abstract

of The 1st Internetional Symposium on Advanced Magnetic Materials (ISAMMA2007, May 28-June 1, 2007, Jeju, Korea), RC08, p. 142;

22. Antonov A.S., Samsonova V.V., Buznikov N.A., Furmanova T.A., Nastasjuk A.N., Rakhmanov A.A., Zhukov A.P. Experimental study of surface domain structure in glass coated amorphous microwires using off-diagonal magnetoimpedance// book of abstract of Thirteenth international conference on Liquid and Amorphous Metals (LAM XIII, July 8-14, 2007, Ekaterinburg), AP5, p.59;

23. Perov N.S., Samsonova V.V., Antonov A.S. Anisotropy of glass-covered amorphous microwires relaition with their cross-section sizes and annealing// book of abstract of Thirteenth international conference on Liquid and Amorphous Metals (LAM XIII, July 8-14, 2007, Ekaterinburg), AP21, p.67;

24. Samsonova V.V., Perov N.S., Akmal’dinov K.R. Interactive microwires remagnetization// book of abstract of Euro-Asian Symposium “Magnetism on a Nanoscale” (EASTMAG, 23- августа 2007, Казань), p.223;

25. Антонов А.С., Бузников Н.А., Рахманов А.А., Самсонова В.В. Влияние толщины стеклянной оболочки аморфного микропровода на магнитоимпедансное отношение// сборник тезисов докладов Девятой ежегодной научной конференции ИТПЭ РАН (Института теоретической и прикладной электродинамики РАН, 31 марта -3 апреля 2008, Москва), 3-4;

26. Antonov A.S., Buznikov N.A., D’yachkov A.L., Rakhmanov A.A., Samsonova V.V.

Influence of glass coating thickness on magnetoimpedance ratio in Co-based amorphous microwires// book of abstract of Moscow International Symposium on Magnetism (MISM 2008, Moscow, Russia, June 20-25, 2008), 21PO-16-59, p. 155;

27. Антонов А.С., Бузников Н.А., Рахманов А.А., Самсонова В.В., Фурманова Т.А.

Применение недиагонального магнитоимпеданса для исследования доменной структуры аморфных микропроводов// сборник тезисов докладов Десятой ежегодной научной конференции ИТПЭ РАН (Института теоретической и прикладной электродинамики РАН, 30 марта -2 апреля 2009, Москва), 6-7;

28. Самсонова В.В., Жуков А.П., Ипатов М.П., Перов Н.С., Антонов А.С. Особенности перемагничивания систем аморфных микропроводов// сборник тезисов докладов Десятой ежегодной научной конференции ИТПЭ РАН (Института теоретической и прикладной электродинамики РАН, 30 марта -2 апреля 2009, Москва), стр. 55;

29. Samsonova V., Ipatov M., Ilyn M., Zhukova V., Perov N. and Zhukov A. Tailoring of hysteresis loop shape in magnetostatically-coupled microwires// book of abstract of Conference «Soft Magnetic Materials» (SMM-19, Torino, Italy, September 6-9), D3-14;

30. Samsonova V., Ipatov M., Ilyn M., Zhukova V., Perov N. and Zhukov A. Improvement of non-linear magnetic response in magnetostaticallycoupled microwires// book of abstract of Conference «Soft Magnetic Materials» (SMM-19, Torino, Italy, September 6-9), G3-11.

Список цитируемой литературы [1] Akulov N.S., Degtiar M.V. Uber die komplizierte magnetische Struktur der ferromagnetischen Einkristalle// Annalen der Physik.–1932.–V.407.–N.7.–P.750-756.

[2] Shalyguina E.E., Bekoeva L.M., Shin K.-H. Micromagnetic structure of Co-rich amorphous microwires// Journal of Materials Science and Technology.–2000.–V.16.–N.2.–P.183-185.

[3] Sixtus K., Tonks L. Propagation of large Barkhausen discontinuities// Physical Review.–1931.– V.37. N.8.–P.930-958.

[4] Шпиньков Н.И., Перов Н.С., Особенности магнитных свойств тонкой аморфной проволоки Fe-P-B, обусловленные упругими напряжениями// В сб. тез. докл. XVIII Всесоюзной конференции по физике магнитных явлений.–Калинин: КГУ.–1988.–С.577-578.

[5] Sampaio L.C., Sinnecker E.H.C.P., Cernicchiaro G.R.C., Knobel M., Vazquez M. and Velazquez J. Magnetic microwires as macrospins in a long-range dipole-dipole interaction// Physical Review B.2000–V.61.–N.13.–P.8976-8983.

[6] Velazquez J., Vazquez M., and Zhukov A. Magnetoelastic anisotropy distribution in glass-coated microwires // Journal of Materials Research.–1996.–V.11.–N.10.–P.2499-2505.

[7] Перов Н.С. Исследование магнитных свойств микро- и нанонеоднородных систем// Диссертация на соискание степени д.ф.-м.н.–Москва.–2009.–248с.

[8] Severino A.M., Gomez-Polo C., Marin P., Vazquez M. Influence of the sample length on the switching process of magnetostrictive amorphous wire// Journal of Magnetism and Magnetic Materials.–1992.–V.103.–N.1-2.–P.117-125.

[9] Zhukov A.P., Vazquez M., Velazquez J., Chiriac H., Larin V. The remagnetization process in thin and ultra-thin Fe-rich amorphous wires// Journal of Magnetism and Magnetic Materials.–1995.– V.151.–N.1-2.–P.132-138.

[10] Usov A., Zhukov A., Gonzalez J. Remanent Magnetization States in Soft Magnetic Nanowires// IEEE Transactions on Magnetics.–2006.–V.42.–N.10.–P3063-3065.

[11] Usov N.A., Antonov A.S., Perov N.S. Remagnetization process in magnetically soft amorphous wire under the influence of magnetic field of alternating current// Journal of Magnetism and Magnetic Materials.–2000.–V.215.–P.545-547.

[12] Qin F.X., Peng H.X., Phan M.H. Wire-length effect on GMI in Co70.3Fe3.7B10Si13Cr3 amorphous glass-coated microwires// Materials Science and Engineering B.–2010.–V.167.–P129-132.

[13] Perov N.S., Radkovskaya A.A., Antonov A.S., Usov N.A., Baranov S.A., Larin V.S., Torcunov A.V. Magnetic properties of short amorphous microwires// Journal of Magnetism and Magnetic Materials.–1999–V.196-197.–P.385-387.

[14] Zhukov A. and Gonzalez J. Amorphous and Nanocrystalline Soft Magnetic Materials, in Advanced Magnetic Materials/ book 3 “Processing of advanced magnetic materials”/ Edited by Liu Y., Sellmyer D.J. and Shindo D.//Norwell, MA, USA: Kluwer Academic Publishers.–2004.–V.3.– C.5.–P.115-181.

[15] Zhukov A., Gonzalez J., Vazquez M., Larin V. and Torcunov A. Nanocrystalline and amorphous magnetic microwires// Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology/ ed. Nalwa H.S. / Valencia, CA: American Scientific Publishers.–2004.–V.X.–C.62.-P.23.

[16] Kraus L. The theoretical limits of Giant Magneto-Impedance// Journal of Magnetism and Magnetic Materials.–1999.–V.196.–P.354-356.

[17] Usov N.A., Antonov A.S., Lagarkov A.N. Theory of giant magneto-impedance effect in amorphous wires with different types of magnetic anisotropy// Journal of Magnetism and Magnetic Materials.–1998.–V.185.–N.2.–P.159-173.

[18] Wang K.-Y., Tang J., Schilling P. J., and Moelders N. Magnetotransport and micro-x-ray absorption near-edge structure studies of glass-coated Fe–Ni–Cu microwires// Journal of Applied Physics.–2000.–V.87.–N.9.–P.4843-4845.

[19] Chiriac H., Ovari T.A. Amorphous glass-covered magnetic wires: Preparation, properties, applications// Progress in Materials Science.–1996.–V.40.–N.5.–P.333-407.

[20] Pirota K.R., Provencio M., Garcia K.L., Escobar-Galindo R., Mendoza Zelis P., Hernandez Velez M. and Vazques M. Bi-magnetic microwires: a novel family of materials with controlled magnetic behavior// Journal of Magnetism and Magnetic Materials.–2005.–V.290-291.–Part 1.–P.68 73.

[21] Kurlyandskaya G.V., Garca-Miquel H., Vzquez M., Svalov A.V., Vas'kovskiy V.O.

Longitudinal magnetic bistability of electroplated wires// Journal of Magnetism and Magnetic Materials.–2002.–V.249.–N.1-2.–P.34-38.

[22] Chizhik A., Zhukov A., Blanco J.M. Szymczak, R., Gonzalez, J. Interaction between Fe-rich ferromagnetic glass-coated microwires// Journal of Magnetism and Magnetic Materials.–2002.– V.249.–N.1-2.–P.99-103.

[23] Ripka P. Advances in fluxgate sensors// Sensors and Actuators, A: Physical.–2003.–N.106.–N.1 3.–P.8-14.

[24] Moron C., Aroca C., Sanchez M.C., Garcia A., Lopez E., Sanchez P. Application of flash annealed amorphous ribbons in security systems// IEEE Transactions on Magnetics.–1995.–V.31.– N.1.–Part 2.–P.906-909.

[25] Zhukov A. Glass-coated magnetic microwires for technical applications// Journal of Magnetism and Magnetic Materials.–2002.–V.242-245.–Part I.–P.216-223.

[26] Zhukov A. Design of the magnetic properties of Fe-rich, glass-coated microwires for technical applications// Advanced Functional Materials.–2006.–V.16.–N.5.–P.675-680.

[27] Chizhik A., Gonzalez J., Zhukov A., and Blanco J. M. Interaction between Co-rich glass covered microwires// Journal of Physics D: Applied Physics.–2003.–V.36.–P1058-1061.



 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.