levitra bitcoin

+7(495) 123-XXXX  г. Москва

 

 

 

 

 

ВАС ПРИВЕТСТВУЕТ

VIP Studio ИНФО

 

Публикация Ваших Материалов

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Phasellus rutrum, libero id imperdiet elementum, nunc quam gravida mi, vehicula euismod magna lacus ornare mauris. Proin euismod scelerisque risus. Vivamus imperdiet hendrerit ornare.

Верстка Полиграфии, WEB sites

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Phasellus rutrum, libero id imperdiet elementum, nunc quam gravida mi, vehicula euismod magna lacus ornare mauris. Proin euismod scelerisque risus. Vivamus imperdiet hendrerit ornare.

Книжная лавка

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Phasellus rutrum, libero id imperdiet elementum, nunc quam gravida mi, vehicula euismod magna lacus ornare mauris. Proin euismod scelerisque risus. Vivamus imperdiet hendrerit ornare.

А.С. Антонов,  (Д.ф.-м.н., доцент, главный научный сотрудник, Институт теоретической и прикладной электродинамики РАН)

Н.А. Бузников,  (Д.ф.-м.н., главный научный сотрудник, Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ)

Серия «Естественные и Технические науки» # НОЯБРЬ  2016

Эффект магнитоимпеданса
Теоретически исследован эффект магнитоимпеданса в многослойной наноструктурированной пленке. Пленочная структура состоит из внутреннего высокопроводящего немагнитного слоя и двух внешних слоев, в которых магнитомягкие пленки разделены тонкими немагнитными прослойками. Предложена модель для описания зависимостей импеданса пленочной структуры от внешнего магнитного поля и частоты, основанная на совместном решении линеаризованных уравнений Максвелла и уравнения Ландау–Лифшица. Исследовано влияние геометрических параметров и физических свойств слоев на величину эффекта магнитоимпеданса. Полученные результаты могут быть использованы для создания миниатюрных сенсоров слабого магнитного поля.

Ключевые слова: Эффект магнитоимпеданса, магнитомягкие пленки, модель зависимостей импеданса.

 

1. Введение

Явление магнитоимпеданса (МИ) заключается в изменении комплексного сопротивления ферромагнитного проводника, возбуждаемого переменным током, в присутствии внешнего магнитного поля. Этот эффект наблюдается во многих магнитомягких материалах с различной структурой и геометрией, в частности, в аморфных и нанокристаллических проводах и лентах, микропроводах в стеклянной оболочке и тонких пленках (см., например, [1]). Эффект МИ может быть описан в рамках классической электродинамики на основе представлений о скин-эффекте и зависимости толщины скин-слоя от магнитной проницаемости проводника. Вследствие высокой чувствительности эффект МИ представляет большой интерес для создания сенсоров слабого магнитного поля. Максимальные значения чувствительности МИ были достигнуты в магнитомягких аморфных проводах на основе кобальта и в микропроводах в стеклянной оболочке [1]. Однако с точки зрения миниатюризации сенсоров на основе МИ и их совместимости с технологией интегральных схем особое внимание привлекают пленочные структуры.

Так как природа возникновения МИ связана со скин-эффектом, изменения импеданса во внешнем поле в однородных магнитомягких пленках толщиной порядка нескольких микрон малы вплоть до диапазона СВЧ [2]. Было установлено, что эффект МИ может быть увеличен при использовании трехслойных пленочных структур, состоящих из магнитомягких пленок, разделенных слоем высокопроводящего немагнитного металла [2-4]. В этом случае эффект МИ определяется индуктивностью внешних слоев и сопротивлением немагнитного слоя [5]. В результате чувствительность МИ к полю существенно возрастает в широком интервале частот возбуждающего тока.

Для достижения высокой чувствительности эффекта МИ в пленочных структурах необходимы низкая коэрцитивная сила, высокие значения намагниченности насыщения и наличие поперечной анизотропии, лежащей в плоскости магнитомягких слоев. Однако как было установлено, в магнитомягких пленках толщиной более 100нм возникает анизотропия перпендикулярная поверхности, и происходит переход в так называемое «закритическое» состояние [6,7]. Возникновение перпендикулярной анизотропии связано с формированием столбчатой микроструктуры при напылении магнитных пленок. Переход магнитных слоев в «закритическое» состояние приводит к увеличению коэрцитивной силы и к деградации магнитомягких свойств. Для решения этой проблемы и увеличения эффекта МИ было предложено структурирование магнитомягких пленок при помощи добавления тонких разделительных прослоек из высокопроводящего материала [8,9].

Эффект МИ в наноструктурированных многослойных пленках до настоящего времени теоретически не исследовался, хотя экспериментально он был изучен достаточно подробно [8-13]. В настоящей работе предложена модель для описания МИ в многослойных пленочных структурах. Распределение динамических электромагнитных полей и зависимости импеданса пленочной структуры от внешнего поля и частоты получены на основе совместного решения линеаризованных уравнений Максвелла и уравнения Ландау–Лифшица. Проанализировано влияние числа, толщины и отношения проводимостей слоев на эффект МИ в многослойной пленке.

2. Модель

Рассмотрим многослойную пленку [F/C]n/F/C/[F/C]n/F длиной l и шириной w<l. В данной структурной формуле F означает слой магнитомягкого материала, C – слой высокопроводящего немагнитного материала, и квадратными скобками ограничены повторяющиеся элементы соответствующих слоев. Функционально такая пленочная структура включает в себя центральный немагнитный слой и два внешних магнитных слоя, структурированных для блокировки «закритического» состояния при помощи добавления тонких немагнитных прослоек. Толщина центрального слоя принимается равной 2d0, толщина немагнитных прослоек – d1 и толщина магнитомягких слоев – d2.

Возбуждающий переменный ток I=I0exp(-iwt) пропускается вдоль длинной стороны пленочной структуры, и внешнее постоянное магнитное поле He параллельно току. Будем полагать, что ширина пленочной структуры достаточно велика, и краевыми эффектами можно пренебречь. В этом приближении значения электромагнитных полей зависят только от координаты перпендикулярной плоскости образца (координаты z). Вследствие симметрии пленочной структуры будем рассматривать далее только область значений z>0.

Предполагается, что динамические магнитная индукция и магнитное поле в магнитомягких слоях линейно связаны между собой посредством локального тензора магнитной проницаемости. Значения компонент тензора магнитной проницаемости зависят от множества факторов, таких как конфигурация доменной структуры, распределение осей анизотропии в магнитных слоях и т.д. Влияние этих факторов является достаточно сложным, что приводит к трудностям при моделировании для реальных материалов. В дальнейшем будем полагать, что все магнитомягкие слои имеют одинаковые физические свойства. При изготовлении многослойных пленок для создания поперечной анизотропии производится отжиг в присутствии магнитного поля. Предположим, что наведенная анизотропия в магнитных слоях лежит в плоскости пленки и близка к поперечной, а угол отклонения y оси анизотропии от поперечного направления мал.

Будем также полагать, что значения магнитной проницаемости слоев определяются только процессом вращения намагниченности. Такое приближение справедливо для не слишком низких частот, когда вклад в магнитную проницаемость за счет смещения доменных границ мал из-за влияния вихревых токов [1,14]. Кроме того, будем считать, что вследствие усреднения по доменной структуре тензор магнитной проницаемости магнитомягких слоев имеет квазидиагональную форму. В этом случае отклик МИ пленочной структуры определяется только поперечной магнитной проницаемостью [5].

Читать полный текст статьи …


СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. M.-H. Phan, H.-X. Peng. Giant magnetoimpedance materials: Fundamentals and applications // Progress in Materials Science. 2008. Vol. 53. N 2
2. А.С. Антонов, С.Н. Гадецкий, А.Б. Грановский, А.Л. Дьячков, В.П. Парамонов, Н.С. Перов, А.Ф. Прокошин, Н.А. Усов, А.Н. Лагарьков. Гигантский магнитоимпеданс в аморфных и нанокристаллических мультислоях // Физика металлов и металловедение. 1997. Т. 83. № 6. С. 6071.
3. K. Hika, L.V. Panina, K. Mohri. Magneto-impedance in sandwich film for magnetic sensor heads // IEEE Transactions on Magnetics. 1996. Vol. 32. N 5. P. 45944596.
4. T. Morikawa, Y. Nishibe, H. Yamadera, Y. Nonomura, M. Takeuchi, Y. Taga. Giant magneto-impedance effect in layered thin films // IEEE Transactions on Magnetics. 1997. Vol. 33. N 5. P. 43674372.
5. L.V. Panina, K. Mohri. Magneto-impedance in multilayer films // Sensors and Actuators A. 2000. Vol. 81. N 13. P. 7177.
6. А.В. Свалов, Г.В. Курляндская, Х. Хаммер, П.А. Савин, О.И. Тутынина. Изменение «закритического» состояния пленок Ni75Fe16Cu5Mo4, полученных радиочастотным напылением // Журнал технической физики. 2004. Т. 75. № 7. С. 97100.
7. M. Coïsson, F. Vinai, P. Tiberto, F. Celegato. Magnetic properties of FeSiB thin films displaying stripe domains // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2009. Vol. 321. N 7. P. 806809.
8. G.V. Kurlyandskaya, L. Elbaile, F. Alves, B. Ahamada, R. Barrué, A.V. Svalov, V.O. Vas’kovskiy. Domain structure and magnetization process of a giant magnetoimpedance geometry FeNi/Cu/FeNi(Cu)FeNi/Cu/FeNi sensitive element // Journal of Physics: Condensed Matter. 2004. Vol. 16. N 36. P. 6561–6568.
9. M.A. Corrêa, A.D.C. Viegas, R.B. da Silva, A.M.H. de Andrade, R.L. Sommer. GMI in FeCuNbSiB\Cu multilayers // Physica B. 2006. Vol. 384. N 1–2. P. 162–164.
10. M.A. Corrêa, F. Bohn, C. Chesman, R.B. da Silva, A.D.C. Viegas, R.L. Sommer. Tailoring the magnetoimpedance effect of NiFe/Ag multilayer // Journal of Physics D: Applied Physics. 2010. Vol. 43. N 29. P. 295004 (7 pages).
11. S.O.Volchkov, E. Fernández, A. García-Arribas, J.M. Barandiaran, V.N. Lepalovskij, G.V. Kurlyandskaya. Magnetic properties and giant magnetoimpedance of FeNi-based nanostructured multilayers with variable thickness of the central Cu lead // IEEE Transactions on Magnetics. 2011. Vol. 47. N 10. P. 3328–3331.
12. E. Fernández, A. Lopez, A. García-Arribas, A.V. Svalov, G.V. Kurlyandskaya, A. Barrainkua. High-frequency magnetoimpedance response of thin-film microstructures using coplanar waveguides // IEEE Transactions on Magnetics. 2015. Vol. 51. N 1. P. 6100404 (4 pages).
13. García-Arribas, E. Fernández, A. Svalov, G.V. Kurlyandskaya, J.M. Barandiaran. Thin-film magneto-impedance structures with very large sensitivity // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2016. Vol. 400. P. 321326.
14. L. Kraus. GMI modeling and material optimization // Sensors and Actuators A, 2003. Vol. 106. N 13. P. 187194.
15. D.P. Makhnovskiy, A.N. Lagar’kov, L.V. Panina, K. Mohri. Effect of antisymmetric bias field on magneto-impedance in multilayers with crossed anisotropy // Sensors and Actuators A. 2000. Vol. 81. N 13. P. 106110.
16. A.S. Antonov, I.T. Iakubov. The high-frequency magneto-impedance of a sandwich with transverse magnetic anisotropy // Journal of Physics D: Applied Physics. 1999. Vol. 32. N 11. P. 12041208.
17. D.P. Makhnovskiy, L.V. Panina. Size effect on magneto-impedance in layered films // Sensors and Actuators A. 2000. Vol. 81. N 13. P. 9194.
18. L.V. Panina, D.P. Makhnovskiy, D.J. Mapps, D.S. Zarechnyuk. Two-dimensional analysis of magnetoimpedance in magnetic/metallic multilayers // Journal of Applied Physics. 2001. Vol. 89. N 11. P. 72217223.
19. N.A. Buznikov, A.S. Antonov. A model for asymmetric magnetoimpedance effect in multilayered bimagnetic films // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2016. Vol. 420. P. 5155.
20. G.V. Kurlyandskaya, A.A. Chlenova, E. Fernández, K. J. Lodewijk. FeNi-based flat magnetoimpedance nanostructures with open magnetic flux: New topological approaches // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2015. Vol. 383. P. 220225.
21. A.A. Chlenova, A.V. Svalov, G.V. Kurlyandskaya, S.O. Volchkov. Magnetoimpedance of FeNi-based asymmetric sensitive elements // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2016. Vol. 415. P. 8790.
 



© 
А.С. Антонов, Н.А. Бузников, Журнал "Современная наука: актуальные проблемы теории и практики".
 

 

 

 
SCROLL TO TOP

������ ����������� Rambler's Top100 �������@Mail.ru