Гигантский магнитный импеданс проволок с тонким магнитным покрытием

Гигантский магнитный импеданс проволок с тонким магнитным покрытием Инишев Александр Кобахидзе Мзевинар Никова Екатерина 1

Содержание • Введение • 1 Эффект ГМИ в условиях линейного режима возбуждения • 2 Эффект ГМИ в условиях нелинейного режима возбуждения • 3. Нелинейный ГМИ для объектов различной геометрии. • Заключение. 2

введение МИ - изменение комплексного сопротивления Z(f), где f = ω/2π, в условиях приложения внешнего постоянного поля H. Явление МИ было открыто в 1936 году на железоникелевых проволоках (Harrison E. P. , Turney G. L. , Rowe H. , Gollop H. ) ГМИ – показывает изменение модуля полного электросопротивления, превышающего 100%. Термин появился в 1994 г. (Beach R. S. , Berkowitz A. E. , Panina L. V. , Mohri K. , Bushida K. , Noda M. , Machado F. L. A. , da Silva B. L. , Rezende S. M. , Martins C. S. ) 3

• 4

Нелинейный ГМИ для объектов различной геометрии. Исследование МИ аморфных лент: • Co 69 Fe 4 Si 15 B 12 с низкой константой магнитострикции • Co 67 Fe 4 Cr 7 Si 8 B 14 Эксперементальное и теоретическое исследование магнитной анизотропии для лент Co 67 Fe 3 Cr 3 Si 15 B 12 5

Эффект ГМИ в условиях линейного режима возбуждения Способы изменения эффективной магнитной анизотропии; Связь между процессами намагничивания и особенностями магнитного импеданса; Путем модификации эффективной магнитной анизотропии проволок можно изменять чувствительность эффекта ГМИ в заданном интервале полей. !ВАЖНЫЙ ПАРАМЕТР, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЙ ВЕЛИЧИНУ МИ-ЭФФКТА! Частота переменного (возбуждающего) тока 1. Область низких частот f < 100 к. Гц (основную роль играет магнитоиндуктивный эффект) 2. Область высоких частот 100 к. Гц ≤ f < 20 МГц (существенен скин-эффект) 3. Область очень высоких частот 20 МГц ≤ f ≤ 100 ГГц (становится важным фактор резонансных явлений) 6

Fe 20 Ni 80/Co 10 Ni 90/Fe 20 Ni 80/Cu Медная основа Ø 150 мкм Слой Cu 1 мкм Слой Fe 20 Ni 80 0. 25 мкм Слой Co 10 Ni 90 0. 06 мкм Garcia D. , Kurlyandskaya G. V. , Vazquez M. et al. Influence of field annealing on the hysteretic behaviour of the giant magnetoimpedance effect of Cu wires covered with Ni 80 Fe 20 outer shells // J. Magn. Mater. 1999. V. 203. P. 208– 210. Величина гистерезиса МИ увеличивалась с ростом частоты тока возбуждения в одинаковой пропорции для образцов обоих типов. Циркулярная магнитная анизотропия. Значения Н, при которых наблюдаются пики ΔZ/Z соответствуют величине поля анизотропии. Гистерезис МИ связан с необратимым вращением намагниченности из циркулярного/азимутального положения в аксиальное. Нк=6. 3 Э Нс=1. 1 Э Одноосная аксиальная анизотропия. Снижение общей величины МИ эффекта (40% в исходном состоянии и 35% после ТМО). Снижение гистерезиса МИ связано с изменением типа процессов перемагничивания. Максимум МИ-отношения реализуется в поле Н=Нс=Нк. Нс=1 Э ТМО в аксиальном магнитном поле (Н=20 Э) при 340°С в течение часа Зависимости МИ-отношения от величины внешнего магнитного поля (Irms=3 м. А), квазистатические петли магнитного гистерезиса и первые производные d. M/d. H для Ni. Fe/Cu проволок. Закрытые символы – восходящие ветви, открытые символы – нисходящие 7 ветви. Цифры, указанные рядом с символами, соответствуют частотам в МГц.

Co 6 Fe 20 Ni 74/Cu. Be Состояние образцов Н*, Э Нс, Э Н 1, Э Н 2, Э Исходное состояние (АР) 4. 1 1. 3 4. 4 9. 5 ТМО в постоянном магнитном поле Н=20 Э (DC) 1. 0 0. 8 0. 9 2. 4 ТМО в переменном магнитном поле Нмах=20 Э, f=50 Гц (АС) 1. 3 0. 6 1. 1 2. 5 Н* - величина поля, которому соответствует максимальная магнитная проницаемость магнитная анизотропия близка к циркулярной магнитная анизотропия приближается к аксиальной формирование аксиальной магнитной анизотропии Irms=5 м. А, f=0. 25 МГц Irms=20 м. А, f=0. 25 МГц Irms=5 м. А, f=9 МГц Irms=5 м. А, f=0. 25 МГц Irms=15 м. А, f=0. 25 МГц Irms=20 м. А, f=0. 25 МГц Irms=15 м. А, f=0. 25 МГц Различия в величинах МИ и гистерезиса МИ может быть связано с особенностями магнитной анизотропии и/или свойств доменных границ. ТМО является одним из способов индуцирования магнитной анизотропии, а также может приводить к стабилизации границ магнитных доменов. В связи с этим отличия в процессах 8 перемагничивания образцов могут быть связаны именно с наличием стабилизированных доменных стенок в случае ТМО в постоянном поле.

Fe 20 Co 6 Ni 74/Cu. Be Сильная зависимость импеданса от внешнего магнитного поля: величина эффекта МИ достигла 600%, а максимальная чувствительность – 570%/Э Отжиг в продольном магнитном поле. Irms=20 м. А, f=1 МГц Больший максимум, не имеющий тонкой структуры, соответствует спин-ориентационному переходу 2 -го рода. Меньший максимум, характеризующийся наличием дополнительных скачков импеданса, соответствует спинориентационному переходу 1 -го рода. Кривые МИ, измеренные при намагничивании образца под разными углами α по отношению к оси проволоки. 9

Эффект ГМИ в условиях нелинейного режима возбуждения Н=-30 Э Н=-1, 2 Э Н=1, 2 Э При исследовании нелинейного МИ проводили измерения падения напряжения на концах ферромагнитного образца при протекании по нему высокочастотного тока. На рисунке приведены примеры сигналов, соответствующих току возбуждения и выходному переменному напряжению для трех значений Н, а так же фурье-анализ выходного напряжения на концах проволоки Fe. Co. Ni/Cu. Be. F 1 – основная гармоника (f=1, 5 MHz), G 1 - первая гармоника (f=3 MHz), G 2 - вторая гармоника (f=4, 5 MHz). 10

Нелинейный ГМИ в композитных проволоках до и после ТМО снижает поле насыщения, но не влияет на изменение Нс. I – до ТМО, II – после ТМО Гармон ика Исходное состояние После ТМО F G 1 G 2 11

Модельный расчет магнитной проницаемости для случая нелинейного возбуждения Фазовый переход I рода Фазовый переход II рода Im(χϕϕ) прямо пропорциональна энергии, поглощенной магнитным слоем. Каждый пик характеризует фазовый переход. 12

Заключение • Проанализированы и обобщены результаты экспериментальных иследований и модельные представления о ГМИ в композиционных проволоках с тонким магнитным покрытием, отмечены различия линейного и нелинейного режимов возбуждения. • Систематизированы данные о нелинейном ГМИ, показано, что нелинейность сопровождается высокой величиной эффекта. • Особое внимание уделено модельным расчетам, указывающим на то, что экспериментально наблюдаемые особенности нелинейного ГМИ эффекта связаны с аномально высокой чувствительностью магнитной системы к циркулярному магнитному полю вблизи магнитных спинпереориентационных переходов. • Магнитная анизотропия может играть ключевую роль в формировании ГМИ. • Чрезвычайно высокая чувствительность гармоник нелинейного ГМИ к магнитному состоянию образца может быть использована в технических приложениях для создания сверхчувствительных детекторов слабых магнитных полей. 13

Спасибо за внимание 14