Магнитодинамические свойства наноструктурированных пленочных элементов на основе пермаллоя с высокой магнитной проницаемостью
Аннотация
В ходе выполнения работы было показано:
1. В наноструктурированных пленочных МИ элементах на основе FeNi/Cu типа «симметричный сэндвич» магнитостатическое взаимодействие слоев FeNi приводит к формированию магнитной структуры с замкнутым магнитным потоком и антиферромагнитным упорядочением магнитных моментов в соседних слоях. Верхний слой FeNi оказывается магнитостатически связан с нижележащей многослойной структурой FeNi/Cu типа «искусственный антиферромагнетик», формируются инверсные петли магнитного гистерезиса верхнего слоя FeNi. Энергия магнитостатического взаимодействия вносит важный вклад в общий баланс энергий такого искусственного магнетика и в значительной мере определяет сложный характер перемагничивания МИ пленочного элемента.
2. На основе совместного анализа структуры МИ элементов их статических и магнитодинамических свойств сделан шаг к пониманию особенностей возникновения «закритического» состояния в наноструктурированных пленочных магнетиках. Установлено, что наноструктурирование пермаллоя прослойками меди приводит к разбиению элемента на эффективные слои с разной величиной перпендикулярной анизотропии, которые могут находиться в “закритическом” состоянии, при отсутствии такого перехода во всем МИ элементе.
3. Комбинация метода ионно-плазменного распыления с фотолитографией позволяет получать МИ элементы с хорошей повторяемостью магнитоимпедансных свойств. При уменьшении длины МИ элементов в два раза с 10 мм до 5 мм МИ характеристики уменьшаются примерно в два раза: чувствительность МИ для длинных элементов составляет 30, а для коротких 15 %/Э; максимальное значение МИ соотношения длинных МИ элементов 105 %, коротких МИ элементов 50%. Предложено обоснование уменьшения величин параметров МИ как следствие влияния анизотропии формы, в частности краевых эффектов. При этом, миниатюризация элементов не препятствует достижению высокого уровня их функциональных 22 характеристик и позволяет рекомендовать их для использования в устройствах спинтроники и биоприложениях.
4. Показана возможность получения ансамблей микроэлементов FeNi различной формы и МИ элементов типа «сэндвич» с профилированием свободной поверхности методом ионно-плазменного распыления через маски. Установлено, что поведение в магнитном поле периодической доменной структуры, возникающей на профилированной поверхности ансамбля, определяется особенностям магнитной анизотропии отдельных элементов и особенно магнитостатическим взаимодействием. При сохранении высоких магнитных характеристик профилированные элементы обладают существенно большей площадью эффективной поверхности (от 3 до 13 раз для рассмотренных типов структур), что широко востребовано в биоприложениях.
5. Предложены, получены и исследованы магнитные композиты на основе биосовместимых оксидов железа, синтезированных в виде больших партий с помощью электрического взрыва проволоки. Для исследований специально были подобраны партии с различными параметрами дисперсности, но близкими магнитными характеристиками. Методами просвечивающей электронной и оптической микроскопии доказано, что в магнитных композитах на их основе удается получить достаточно однородные распределения магнитного наполнителя, включающие как одиночные частицы, так и их агрегаты. Путем модельных расчетов и экспериментально доказана возможность детектирования неоднородных магнитных полей рассеяния рассматриваемых магнитных композитов в виде цилиндров с помощью МИ эффекта многослойных пленочных элементов, т.е. измерять
6. Предложена система для настройки магнитного датчика, определяющего магнитный носитель с лекарственным средством в зоне терапии, т.е. в геометрии, востребованной для лечения тромбоза. Экспериментально показано, что в некоторых условиях динамические характеристики поверхностно профилированных МИ элементов превосходят аналогичные характеристики непрофилированных элементов в условиях детектирования неоднородных полей рассеяния.
1. В наноструктурированных пленочных МИ элементах на основе FeNi/Cu типа «симметричный сэндвич» магнитостатическое взаимодействие слоев FeNi приводит к формированию магнитной структуры с замкнутым магнитным потоком и антиферромагнитным упорядочением магнитных моментов в соседних слоях. Верхний слой FeNi оказывается магнитостатически связан с нижележащей многослойной структурой FeNi/Cu типа «искусственный антиферромагнетик», формируются инверсные петли магнитного гистерезиса верхнего слоя FeNi. Энергия магнитостатического взаимодействия вносит важный вклад в общий баланс энергий такого искусственного магнетика и в значительной мере определяет сложный характер перемагничивания МИ пленочного элемента.
2. На основе совместного анализа структуры МИ элементов их статических и магнитодинамических свойств сделан шаг к пониманию особенностей возникновения «закритического» состояния в наноструктурированных пленочных магнетиках. Установлено, что наноструктурирование пермаллоя прослойками меди приводит к разбиению элемента на эффективные слои с разной величиной перпендикулярной анизотропии, которые могут находиться в “закритическом” состоянии, при отсутствии такого перехода во всем МИ элементе.
3. Комбинация метода ионно-плазменного распыления с фотолитографией позволяет получать МИ элементы с хорошей повторяемостью магнитоимпедансных свойств. При уменьшении длины МИ элементов в два раза с 10 мм до 5 мм МИ характеристики уменьшаются примерно в два раза: чувствительность МИ для длинных элементов составляет 30, а для коротких 15 %/Э; максимальное значение МИ соотношения длинных МИ элементов 105 %, коротких МИ элементов 50%. Предложено обоснование уменьшения величин параметров МИ как следствие влияния анизотропии формы, в частности краевых эффектов. При этом, миниатюризация элементов не препятствует достижению высокого уровня их функциональных 22 характеристик и позволяет рекомендовать их для использования в устройствах спинтроники и биоприложениях.
4. Показана возможность получения ансамблей микроэлементов FeNi различной формы и МИ элементов типа «сэндвич» с профилированием свободной поверхности методом ионно-плазменного распыления через маски. Установлено, что поведение в магнитном поле периодической доменной структуры, возникающей на профилированной поверхности ансамбля, определяется особенностям магнитной анизотропии отдельных элементов и особенно магнитостатическим взаимодействием. При сохранении высоких магнитных характеристик профилированные элементы обладают существенно большей площадью эффективной поверхности (от 3 до 13 раз для рассмотренных типов структур), что широко востребовано в биоприложениях.
5. Предложены, получены и исследованы магнитные композиты на основе биосовместимых оксидов железа, синтезированных в виде больших партий с помощью электрического взрыва проволоки. Для исследований специально были подобраны партии с различными параметрами дисперсности, но близкими магнитными характеристиками. Методами просвечивающей электронной и оптической микроскопии доказано, что в магнитных композитах на их основе удается получить достаточно однородные распределения магнитного наполнителя, включающие как одиночные частицы, так и их агрегаты. Путем модельных расчетов и экспериментально доказана возможность детектирования неоднородных магнитных полей рассеяния рассматриваемых магнитных композитов в виде цилиндров с помощью МИ эффекта многослойных пленочных элементов, т.е. измерять
6. Предложена система для настройки магнитного датчика, определяющего магнитный носитель с лекарственным средством в зоне терапии, т.е. в геометрии, востребованной для лечения тромбоза. Экспериментально показано, что в некоторых условиях динамические характеристики поверхностно профилированных МИ элементов превосходят аналогичные характеристики непрофилированных элементов в условиях детектирования неоднородных полей рассеяния.