新一类磁传感效应——巨磁阻抗效应

材料的交流阻抗随外加直流磁的改变而变化的特性称为磁阻抗效应，在软磁合金中，这种效应是快响应，高灵敏度的，因而被称为巨磁阻抗效应，文章简单介绍了这一效应产生的基本原理、高频和低频交流电流情况下这一效应的特点，介绍了这一效应的应用前景。     

磁电子学讲座 第一讲 新一类磁传感效应——巨磁阻抗效应

材料的交流阻抗随外加直流磁场的改变而变化的特性称为磁阻抗效应．在软磁合金中，这种效应是快响应、高灵敏度的，因而被称为巨磁阻抗效应．文章简单介绍了这一效应产生的基本原理、高频和低频交流电流情况下这一效应的特点，介绍了这一效应的应用前景     

巨磁阻抗效应实验研究

利用物理实验室中常见的设备,搭建了一组巨磁阻抗效应实验装置,测量了在不同轴向外磁场及不同频率下钴基非晶态软磁合金细丝的阻抗.阻抗实部虚部均随外磁场增大迅速减小,而随频率增大缓慢增大.与交流阻抗的电磁理论比较,该实验结果与理论一致.实验观察到在40 MHz的频率、10 mT外磁场中阻抗变化达80%.根据数据和理论公式拟合,发现材料复磁导率随磁场强度增大迅速减小.     

NiFeCoP/BeCu复合结构丝的巨磁阻抗效应和磁化频率特性

用化学镀的方法制备了NiFeCoP/CuBe复合结构丝，研究了其巨磁阻抗特性.结果表明复合结构丝在较低频率的驱动电流下就有明显的磁阻抗效应，当驱动电流频率在20kHz时的磁阻抗效应为40％，最大磁阻抗效应出现的频率在180kHz，为97％.利用复数磁导率和等效电路探讨了该复合丝铁磁层磁化过程的频率特性，复合结构丝的特征弛豫频率在1MHz左右.外加直流磁场抑制畴壁移动，在等效电路中与抵消部分并联电路相关. 关键词： 巨磁阻抗效应 磁导率 弛豫频率 等效电路     

钴基非晶丝的巨磁阻抗效应实验装置设计

介绍了巨磁阻抗效应的原理,提出了测量方法,分析巨磁阻抗效应随频率、外加磁场的变化规律.研究表明在6~21 MHz范围内,100 mT磁场下巨磁阻抗可达-50%以上,并且在30~40 mT磁场下巨磁阻抗即可达到-40%.     

铁磁/非铁磁/铁磁层状薄膜的巨磁阻抗效应的计算

基于文献[17]和[18]提出的铁磁非铁磁铁磁层状薄膜的电磁模型,详细研究了层状薄膜的巨磁阻抗增强效应,以及磁性层和非磁性层厚度与层状薄膜的巨磁阻抗效应的关系.分析表明,铁磁层和非铁磁层薄膜的电阻率相差越大,越有利于获得显著的巨磁阻抗效应;对于总厚度要求一定的层状薄膜,铁磁层和非铁磁层薄膜存在一最佳厚度 关键词： 巨磁阻抗效应 磁性薄膜 趋肤效应     

FeCuCrVSiB多层膜巨磁阻抗效应的研究

研究了结构为 (FM/SiO₂)₃/Ag/(SiO₂/FM)₃ 多层膜的巨磁阻抗(GMI)效应（这里的F M≡FeCuCrVSiB）．多层膜采用射频溅射法沉积在单晶Si衬底上，沉积过程中，沿膜面长方 向施加约72kA/m的磁场，然后在不同的温度下对样品进行了退火处理．结果表明，该多层膜 样品即使在沉积态便具有相当好的软磁性能和GMI效应，在7MHz的频率下，最大纵向和横向 巨磁阻抗比分别为45%和44%．在230℃下经90min退火处理后的样品具有最佳的GMI效应，在85MHz的频率下，最大纵向和横向巨磁阻抗比分别达到251%和277%．与磁性层总厚度相同的FeCuCrVSiB/Ag/FeCuCrVSiB三层膜相比较，在这种多层结构中出现的GMI效应更强． 关键词： 多层膜 巨磁阻抗效应 趋肤效应 有效磁导率     

电沉积复合丝及其巨磁阻抗效应的研究

采用脉冲电沉积工艺在Cu丝上沉积Fe Ni合金镀层 ,成功地制备出巨磁阻抗效应 (GMI)复合丝材料 ,研究了复合丝的磁性能和巨磁阻抗效应 .复合丝外壳磁性镀层软磁性越好 ,巨磁阻抗效应越明显 ,制备的复合丝最高巨磁阻抗效应为 2 7.19% .研究了复合丝阻抗与巨磁阻抗比值GMI随外加磁场的变化 ,其变化曲线的形状受复合丝磁各向异性场的影响 .此外 ,还研究了复合丝巨磁阻抗效应与驱动交变电流频率的关系 ,复合丝Fe17Ni83 样品巨磁阻抗效应的临界频率为 30kHz(GMI为 9.95 % ) ,特征频率为 30 0kHz(GMI为 2 7.19% ) ,截止频率为 10MHz (GMI为 10 .36 % ) .如此低的临界频率和特征频率及较宽的频率段对于实际应用非常有利 .     

交流电流对铁基纳米晶丝巨磁阻抗效应形貌的影响

本文研究了交流电流的大小(I ＝0.2—20 mA)和频率(f ＝ 1—1 MHz)对具有横向畴结构的铁基纳米晶丝的巨磁阻抗效应形貌的影响.实验结果表明,样品的巨磁阻抗效应呈双峰特征,随着频率的增大,双峰的位置H=±H_m向高场移动;但随着电流的增大,双峰的位置逐渐向中心(H ＝ 0)收缩,甚至变成单峰位形.理论上一般认为,双峰的位置与横向各向异性场H_k相对应,即H< 关键词： 巨磁阻抗效应 交流电流 铁基纳米晶丝     

Co基金属纤维不对称巨磁阻抗效应

以直径32 μm的熔体抽拉Co基非晶金属纤维为研究对象, 分析了该纤维不同激励条件下的巨磁阻抗(giant magneto impedance, GMI)效应. 实验结果表明: 这类纤维的GMI效应具有不对称性特点, 即 AGMI (asymmetric GMI)效应. 同时, 发现AGMI效应随激励条件不同而变化, 随交流频率或者激励幅值升高而逐渐增强; 当存在一定偏置电压时, AGMI效应大幅增强. 通过研究纤维的磁化过程, 分析了Co基金属纤维的AGMI效应. 由于Co基熔体抽拉纤维具有螺旋各向异性以及磁滞的存在使得GMI效应具有不对称性, 频率升高或者激励电流幅值增加有利于壳层畴环向磁化, AGMI增强. 当在纤维两端施加偏置电压时, 偏置电流诱发环向磁场增强了环向磁化, AGMI效应提高; 偏置电压较低时磁场响应灵敏度提高, 同时磁化翻转向高场移动, 阻抗线性变化对应的直流磁场区间增大. 这一方面拓宽了GMI传感器工作区间及灵敏度, 另一方面不利于获得更大的磁场响应灵敏度. 10 MHz (5 mA)激励时, 施加1 V强度的偏置电压后, 对应的磁场灵敏度从616 V/T 提高至5687 V/T; 偏置电压为2 V时, 灵敏度降低到4525 V/T. 因此, 可以通过适当提高环向磁场的方法获得大的磁场响应灵敏度及阻抗变化线性区域.     

各向异性场对三明治膜巨磁阻抗效应的影响

根据具有巨磁阻抗(GMI)效应的实际三明治样品的状况，提出三明治结构作为理论计算的模型，考虑了磁性层的各向异性场，利用一定边界条件下的Maxwell方程和Landau-Lifshitz方程对模型进行了理论计算，得到了阻抗与频率、各向异性场等因素间的函数关系.在此基础上，着重讨论了各向异性场H_k的作用.H_k的大小、方向均会对GMI效应造成影响，最佳的H_k应在400A/m左右，位于面内并与电流垂直.还证实了三明治结构中磁性层的磁致伸缩只会减弱G 关键词： 巨磁阻抗(GMI)效应 三明治膜 Maxwell方程 Landau-Lifshitz方程     

磁场退火对Co基熔体抽拉丝巨磁阻抗效应的影响

对Co基熔体抽拉非晶丝进行了普通炉内退火和不同磁场强度（500 Oe,1600 Oe,4000 Oe）下的横向和纵向磁场退火,利用HP4192阻抗分析仪和Lakeshore7407VSM分析了退火态样品的巨磁阻抗（GMI）效应和软磁性能.研究结果表明,纵向磁场降低了环向各向异性,纵向磁场退火样品GMI效应降低且GMI曲线为单峰,最大阻抗变化率ΔZ/Z为131%,磁场响应灵敏度为7%/Oe;而横向磁场提高了环向畴体积,增加了环向各向异性场,导致退火样品GMI曲线随频率升高由单峰转 关键词： 非晶丝 巨磁阻抗效应 退火     

三明治结构与同轴电缆结构磁性材料巨磁阻抗效应的理论研究

根据两种具有巨磁阻抗（GMI）效应的磁性材料实验样品，提出了两种理论模型（同轴电缆结构——Cu丝外覆软磁材料的圆柱形；三明治结构——Cu或Ag为中间层外包软磁层的三明治膜），利用Maxwell方程和Landau_Lifshitz方程对其GMI效应的机理进行了理论研究.证明了两种模型的差别仅仅是形状因子的不同，从而由理论上证实了两种结构GMI效应增强的内在一致性.证实了在同种磁性材料情况下，双层结构具有结构方面的优越性.并对照实验数据讨论了参数的影响，得到与实验定性相符的结果. 关键词： 巨磁阻抗效应 三明治膜 Maxwell方程 Landau_Lifshit     

TbDyFe薄膜对三明治膜巨磁阻抗效应的影响

将600℃退火后的超磁致伸缩材料(Tb0.27Dy_0.73)_0.3Fe_0.7薄膜作为Ni_80.2Fe_14.1Si_0.2Mn_0.4Mo_5.1三明治膜的基底，制备出四层膜.结果表明：附加的磁致伸缩并没有减小材料的巨磁阻抗(GMI)效应，而由于磁场下磁致伸缩材料的应力效应影响了三明治膜中的各向异性场，使三明治膜的GMI效应增大了4倍.再将制备态的四层膜在280℃下真空退火，退火态四层膜也增大了三明治膜的GMI效应，但可能由于磁致伸缩向磁性层中的扩散，其GMI效应相对于制备态四层膜则有所降低. 关键词： 巨磁阻抗(GMI)效应 三明治膜 TbDyFe薄膜 各向异性场     

FeCo基磁芯螺线管巨磁阻抗效应与磁芯长度关系的研究

研究了Fe₃₆Co₃₆Nb₄Si_4.8B_19.2合金薄带为磁芯的螺线管(FeCo基磁芯螺线管)的巨磁阻抗效应与磁芯长度之间的关系.研究结果表明,磁芯长度是影响FeCo基磁芯螺线管巨磁阻抗效应的重要因素.当磁芯长度小于螺线管长度时,磁芯螺线管巨磁阻抗的最大值(ΔZ/Z)_max与磁芯长度呈线性关系,其线性相关系数可以根据电磁学理论推导得到;当磁芯的长度大于螺线管的长度时,由于漏磁作用,(ΔZ/Z)_max与磁芯长度的关系偏离了线性关系,(ΔZ/Z)_max与磁芯长度的关系曲线中有一个极值点,(ΔZ/Z)_max在极值点达到最大.磁芯螺线管巨磁阻抗效应曲线的尖刺部分高度(ΔZ/Z)_T与磁芯长度的关系也有类似的极值点,(ΔZ/Z)_T在极值点达到最大值.磁芯螺线管巨磁阻抗效应曲线的尖刺部分对弱磁场敏感,受磁芯退磁场的影响明显,磁芯的退磁场与磁芯长度呈负指数关系. 关键词： 磁芯螺线管 FeCo基合金薄带 巨磁阻抗效应 磁芯长度     

Current distribution and giant magnetoimpedance in composite wires with helical magnetic anisotropy

The giant magnetoimpedance effect in composite wires consisting of a non-magnetic inner core and soft magnetic shell is studied theoretically. It is assumed that the magnetic shell has a helical anisotropy. The current and field distributions in the composite wire are found by means of a simultaneous solution of Maxwell equations and the Landau–Lifshitz equation. The expressions for the diagonal and off-diagonal impedance are obtained for low and high frequencies. The dependences of the impedance on the anisotropy axis angle and the shell thickness are analyzed. Maximum field sensitivity is shown to correspond to the case of the circular anisotropy in the magnetic shell. It is demonstrated that the optimum shell thickness to obtain maximum impedance ratio is equal to the effective skin depth in the magnetic material.     

Hysteretic giant magnetoimpedance effect analyzed by first-order reversal curves

We applied the first-order reversal curve method to hysteretic giant magnetoimpedance (GMI) of soft magnetic amorphous ribbons with a well-defined transversal domain structure and quasi-anhysteretic magnetization behavior. In opposition to major curve, it gives access to the distribution of local irreversible changes of the transverse permeability, which undergo a gradual transition. Results show that hysteretic GMI effect consists of three distinct regimes depending on the applied field. An interlinked hysteron/anti-hysteron model is proposed to analyze the obtained results, which allows one to follow the influence of frequency and anisotropy upon the irreversible switches probed by GMI.