Исследование нелинейных процессов в магнитомягком проводнике при высокочастотном перемагничивании

• Автор: Рахманов, Андрей Александрович
• Шифр специальности: 01.04.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 112 с. : ил.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1Л Магнитоимпеданс

1.2 Нелинейный магнитоимпеданс:

1.3 Методы наблюдения доменных структур 15 ■

1.4 Методы изготовления МИ-образцов

1.5 Доменная структура

1.6 Актуальность основных направлений, исследуемых в диссертации

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРОМАГНИТНОЙ СТРУКТУРЫ МИКРОПРОВОДОВ

2.1 Метод исследования микромагнитной структуры

2.2 Описание установки

2.3 Результаты исследования микромагнитной структуры и обсуждение

2.4 Исследования динамики доменных границ
ГЛАВА 3. НЕЛИНЕЙНЫЙ НЕДИАГОНАЛЬНЫЙ МАГНИТОИМЕДАНС
3.1 Нелинейный недиагональный магнитоимпеданс в пленочных структурах
3.2 Исследования нелинейного магнитоимпеданса в микропроводе
3.3 Результаты эксперимента по исследованию нелинейного магнитоимпеданса при возбуждении полем катушки
ГЛАВА 4. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ В МАГНИТОМЯГКИХ ПРОВОДНИКАХ
4.1 Образцы и методика эксперимента
4.2 Результаты эксперимента и их обсуждение
ГЛАВА 5. МАГНИТОИМПЕДАНС ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ТЕМПЕРАТУРЫ И ВНЕШНИХ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ
5.1 Методика эксперимента
5.2 Результаты и обсуждение
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Интерес к магнитомягким аморфным материалам связан с их необычными физическими свойствами и широкими перспективами применений в различных технических приложениях. Этот интерес возрос в последнее десятилетие после обнаружения в таких проволоках эффекта гигантского магнитоимпеданса (ГМИ) [1, 2, 3, 4, 5 ,6, 7, 8, 9, 10]. Эффект ГМИ заключается в сильном изменении комплексного сопротивления проводника (более 100%/Э) в слабом внешнем магнитном поле. Эффект ГМИ имеет классическую природу и может быть описан в рамках представления об изменении глубины скин-слоя при изменении внешнего магнитного поля. Очевидно, что эффект ГМИ выше в магнитомягких материалах, в которых микромагнитная структура является весьма чувствительной к магнитному полю. Фактически, открытие ГМИ тесно связано с созданием чрезвьиайно магнитомягких анизотропных материалов. Как известно, магнитная анизотропия ферромагнитного материала определяется кристаллографической анизотропией и магнитоупрутими взаимодействиями. Так, большой эффект ГМИ должен наблюдаться в материалах, имеющих малую кристаллографическую константу анизотропии Кх и малую константу магнитострикции А$ [11]. Так как величина эффекта существенно зависит от микромагнитной структуры образца, для повышения чувствительности ГМИ к внешнему магнитному полю необходим детальный анализ доменных структур в магнитомягких образцах.
Как правило, эффект ГМИ измеряется как изменение напряжения на концах образца в присутствие внешнего магнитного поля. Кроме того, зависящий от поля сигнал напряжения может измеряться катушкой, намотанной на магнитомягкий образец. Природу появления сигнала в катушке можно объяснить следующим образом. Внешнее магнитное поле вызывает прецессию вектора

намагниченности в проводнике, что приводит к возникновению переменного потока вектора магнитной индукции. Согласно закону Фарадея, электродвижущая сила возникает при этом, как на концах проводника (традиционный эффект ГМИ), так и в направлении образующей проводника. Циркулярный ток индуцирует ЭДС на концах катушки, намотанной на проводник [12]. Другими словами, магнитоимпеданс является тензором с диагональными и недиагональными компонентами. Изменение во внешнем поле диагональных компонент импеданса вызывает ЭДС на концах проводника, в то время как изменение недиагональных компонент приводит к изменению сигнала на концах измерительной катушки. Для краткости мы будем называть диагональным магнитоимпедансом традиционный магнитоимпеданс (МИ), а недиагональным магнитоимпедансом (НДМИ) называть ЭДС на концах измерительной катушки, вызванное изменение недиагональных компонент тензора МИ. Отметим, что во многих случаях для приложений использование НДМИ может быть более удобным.
Эффект ГМИ исследуется обычно при малых амплитудах переменного тока, пропускаемого через образец, когда напряжение не концах образца или в измерительной катушке, намотанной на образец, пропорционально импедансу образца. В последнее время большое внимание вызывают также исследования частотного спектра сигнала напряжения при пропускании через проволоку токов большой амплитуды, когда связь между намагниченностью и амплитудой тока становится нелинейной [13, 14, 15, 16, 17]. Этот нелинейный отклик, чувствительный к внешнему магнитному полю, часто называют нелинейным магнитоимпедансом. При этом в широкой области параметров чувствительность высших гармоник в частотном спектре напряжения к внешнему постоянному магнитному полю оказывается существенно больше чувствительности эффекта ГМИ. Вместе с тем, до настоящего времени нелинейный магнитоимпеданс в пленочных структурах и проволоках не был изучен достаточно подробно.
Целью данной диссертационной работы являлось исследование микромагвитной структуры, ГМИ и высокочастотных нелинейных эффектов в магнитомягких проводниках. Для достижения цели работы были поставлены следующие задачи:

однодоменного состояния проверялось следующим образом. При пропускании ПО микропроволоке высокочастотного тока, в измерительной и контролирующей катушках наблюдались одинаковые сигналы с частотой равной частоте тока
Рис. 2.10: Два типа тока пропускаются через проволоку. її - синусоидальный ток малой амплитуды для возникновения сигнала в приемной катушке (НГМИ), 12 - прямоугольные импульсы тока, создающие циркулярное магнитное поле вокруг образца вызывающее его перемагничивание.
Рис. 2.11: Типичный вид временных зависимостей получаемых при проведении эксперимента. Слева -амплитуда переменного сигнала Чщ снимаемого катушкой Ьь справа - производная сигнала Чп-
(НГМИ). При этом амплитуда и фаза сигналов не изменялись при движении катушек вдоль длины микропроволоки, что свидетельствует об однородном однодоменном состоянии образца. Следует отметить, что однодоменное состояние образца являлось устойчивым в течение длительного промежутка времени и могло быть разрушено только при создании локальных магнитных возмущений.
При пропускании через микропроволоку импульсов тока на ее концах возникали домены с противоположным исходному состоянию направлением циркулярной намагниченности. Под действием циркулярного поля, создаваемого