Научные и технологические основы создания сенсорных элементов на основе лент FeCoCrSiB с высокими магнитоимпедансными характеристиками
Аннотация
Аморфные ленты на основе кобальта представляют интерес для научных исследований как магнитомягкие магнетики с особыми свойства-ми, а также как материалы для целого ряда современных технологических приложений. Интерес к этим достаточно недорогим магнитным материа-лам обусловлен вариабельностью их магнитных характеристик и возмож-ностями их использования в качестве витых сердечников трансформаторов и детекторов магнитных полей, работающих, например, на основе гигант-ского магнитного импеданса (ГМИ). Аморфные ленты на основе кобальта предоставляют возможность получать заданные параметры эффективной магнитной анизотропии путем проведения различных дополнительных обработок, таких как релаксационный отжиг (РО) и отжиг под нагрузкой, называемый термомеханической обработкой (ТМехО).
В данной работе рассмотрены прикладные аспекты метрологическо-го обеспечения исследования свойств аморфных лент состава Fe3Co67Cr3Si15B12, отличающихся высокой коррозионной стабильностью, с различными особенностями эффективной магнитной анизотропии при очень малой величине константы магнитной анизотропии. Проводилось сравнительное исследование структуры, статических и динамических маг-нитных свойств (гигантского магнитного импеданса (ГМИ) и ферромагнитного резонанса (ФМР)) образцов в виде лент, с несколько различными геометрическими параметрами и в различных состояниях: без дополни-тельных обработок, после релаксационного отжига при температуре 350 °С, приводящего к снижению уровня остаточных напряжений либо после термомеханической обработки при температуре 350 °С и нагрузке Р = 200 МПа, приводящей к созданию поперечной одноосной магнитной анизотропии с очень узкой дисперсией локальных осей магнитной анизотропии и рекордно высокой чувствительности эффекта ГМИ к внешнему магнит-ному полю в области малых полей около 3–4 Э.
Предложен метод измерения ферромагнитного резонанса узких (до 1 мм) аморфных лент в широком диапазоне частот от 1 до 15 ГГц с использованием коаксиальной линии, ранее опробованный только для образцов в геометрии низкоразмерных проволок. Проведено сравнение с данными ФМР тех же самых образцов, измеренными по стандартной методике го-модинного детектирования в резонаторе для частоты ФМР 9,4 ГГЦ и получено хорошее согласие, подтверждающее правомерность использования предложенного метода измерений ФМР характеристик.
Автор выражает благодарность за поддержку в проведении работы С. О. Волчкову и Е. А. Степановой. Исследования микроволнового поглощения выполнены в раках программы «ПРИОРИТЕТ-2030».
Co-based amorphous ribbons are of interest for scientific research as magnetically soft materials with special properties and as well as materials for a number of modern technological applications. The interest in these rather in-expensive magnetic materials is due to the variability of their magnetic characteristics, and possibilities of their using as wound core of transformers and magnetic field sensors based on giant magnetoimpedance (GMI). Co-based amorphous ribbons provide the chance to obtain adjusted parameters of effective magnetic anisotropy through various additional treatments, such as relax-ation annealing and stress annealing, called thermomechanical treatment (TMT).
In this work, some aspects of metrological support were considered for the study of the properties of Fe3Co67Cr3Si15B12 amorphous ribbons with high corrosion resistance, variable features of the effective magnetic anisotropy at very small value magnetic anisotropy constant. Comparative analysis of the structure, static and dynamic magnetic properties (GMI and ferromagnetic res-onance) of ribbon shaped samples was carried with variable geometric parameters. Following states were under consideration: without additional heat treatments, relaxation annealing at 350 °C leading to a decrease of the level of residual stresses, and after stress annealing at 350 °C for specific stress P = 200 MPa. In the TMT case a transverse easy magnetization axis with very nar-row dispersion of local axes of magnetic anisotropy and very high GMI sensi-tivity to applied magnetic field in the region of small fields 3–4 Oe were achieved.
Method of the measurements of ferromagnetic resonance in wide range of frequencies of 1 to 20 GHz was proposed for narrow amorphous ribbons with the width of about 1 mm based on the usage of the coaxial line. It was adapted from previously used technique of the measurements of thin magnetic wires. Comparison of the obtained FMR data of the same samples, with FMR data measured by standard method of homodyne detection in resonator for FMR frequency of 9.4 GHz, showed a good agreement confirming the validity of the proposed measuring method of FMR characteristics in the broad band regime.
The author is grateful to S. O. Volchkov and E. A. Stepanova for special support. Microwave absorption studies were carried out within the framework of the PRIORITET-2030 program.
В данной работе рассмотрены прикладные аспекты метрологическо-го обеспечения исследования свойств аморфных лент состава Fe3Co67Cr3Si15B12, отличающихся высокой коррозионной стабильностью, с различными особенностями эффективной магнитной анизотропии при очень малой величине константы магнитной анизотропии. Проводилось сравнительное исследование структуры, статических и динамических маг-нитных свойств (гигантского магнитного импеданса (ГМИ) и ферромагнитного резонанса (ФМР)) образцов в виде лент, с несколько различными геометрическими параметрами и в различных состояниях: без дополни-тельных обработок, после релаксационного отжига при температуре 350 °С, приводящего к снижению уровня остаточных напряжений либо после термомеханической обработки при температуре 350 °С и нагрузке Р = 200 МПа, приводящей к созданию поперечной одноосной магнитной анизотропии с очень узкой дисперсией локальных осей магнитной анизотропии и рекордно высокой чувствительности эффекта ГМИ к внешнему магнит-ному полю в области малых полей около 3–4 Э.
Предложен метод измерения ферромагнитного резонанса узких (до 1 мм) аморфных лент в широком диапазоне частот от 1 до 15 ГГц с использованием коаксиальной линии, ранее опробованный только для образцов в геометрии низкоразмерных проволок. Проведено сравнение с данными ФМР тех же самых образцов, измеренными по стандартной методике го-модинного детектирования в резонаторе для частоты ФМР 9,4 ГГЦ и получено хорошее согласие, подтверждающее правомерность использования предложенного метода измерений ФМР характеристик.
Автор выражает благодарность за поддержку в проведении работы С. О. Волчкову и Е. А. Степановой. Исследования микроволнового поглощения выполнены в раках программы «ПРИОРИТЕТ-2030».
Co-based amorphous ribbons are of interest for scientific research as magnetically soft materials with special properties and as well as materials for a number of modern technological applications. The interest in these rather in-expensive magnetic materials is due to the variability of their magnetic characteristics, and possibilities of their using as wound core of transformers and magnetic field sensors based on giant magnetoimpedance (GMI). Co-based amorphous ribbons provide the chance to obtain adjusted parameters of effective magnetic anisotropy through various additional treatments, such as relax-ation annealing and stress annealing, called thermomechanical treatment (TMT).
In this work, some aspects of metrological support were considered for the study of the properties of Fe3Co67Cr3Si15B12 amorphous ribbons with high corrosion resistance, variable features of the effective magnetic anisotropy at very small value magnetic anisotropy constant. Comparative analysis of the structure, static and dynamic magnetic properties (GMI and ferromagnetic res-onance) of ribbon shaped samples was carried with variable geometric parameters. Following states were under consideration: without additional heat treatments, relaxation annealing at 350 °C leading to a decrease of the level of residual stresses, and after stress annealing at 350 °C for specific stress P = 200 MPa. In the TMT case a transverse easy magnetization axis with very nar-row dispersion of local axes of magnetic anisotropy and very high GMI sensi-tivity to applied magnetic field in the region of small fields 3–4 Oe were achieved.
Method of the measurements of ferromagnetic resonance in wide range of frequencies of 1 to 20 GHz was proposed for narrow amorphous ribbons with the width of about 1 mm based on the usage of the coaxial line. It was adapted from previously used technique of the measurements of thin magnetic wires. Comparison of the obtained FMR data of the same samples, with FMR data measured by standard method of homodyne detection in resonator for FMR frequency of 9.4 GHz, showed a good agreement confirming the validity of the proposed measuring method of FMR characteristics in the broad band regime.
The author is grateful to S. O. Volchkov and E. A. Stepanova for special support. Microwave absorption studies were carried out within the framework of the PRIORITET-2030 program.