viagra super force

+7(495) 123-XXXX  г. Москва

Выпуски журналов

  • Серия
  • Серия
  • Серия
  • Серия
  • Журнал
  • Журнал
  • Журнал
  • Журнал

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