基于Nyquist图研究铁基非晶薄带巨磁阻抗效应的非线性

测量了铁基非晶薄带巨磁阻抗效应的阻抗实部和虚部并且计算出磁导率的实部和虚部,通过磁导率的非线性解释了巨磁阻抗效应的非线性原因,并且利用Nyquist图推出磁导率等效电路模型,指出磁导率等效电路模型中的LC共振频率是解决磁导率非线性的关键.研究结果表明:在激励电源横向磁化和外加磁场纵向磁化的过程中,非晶薄带磁导率的变化无规则,导致非晶薄带的巨磁阻抗效应呈现非线性变化.当激励频率在5 MHz、纵向磁场发生改变时,磁损耗角依然保持不变,磁导率与纵向磁场的非线性关系转化为磁导率模值与纵向磁场的关系,通过实验数据可以拟合出纵向磁场与磁导率的函数关系.     

Tb0.3Dy0.7Fe2合金磁畴偏转研究

研究了Tb_0.3Dy_0.7Fe₂合金在压磁和磁 弹性效应中的磁畴偏转和磁导率特性. 基于Stoner-Wolhfarth 模型能量极小原理, 绘制了自由能与磁畴偏转角度的关系曲线, 研究了压应力和磁场载荷作用下磁畴角度的偏转特性, 计算分析了不同载荷作用下磁畴偏转的磁导率特性, 并与实验数据进行比较论证. 研究表明,应力和磁场的作用都将使磁畴方向[111]和[111]发生角度跃迁, 直观有效地解释了材料巨磁致伸缩效应的机理; 应力和磁场作用下磁畴的偏转将使材料磁导率呈减小趋势, 其中磁场能对磁导率的影响大于应力能, 这一现象在小载荷作用下尤为明显. 实验结果表明, 磁导率的计算数据与实验数据符合得较好, 验证了计算方法的正确性. 理论分析对Terfenol-D磁畴偏转模型的完善 和磁化过程中磁滞回线的绘制非常有意义.     

非晶态合金薄带与膜的巨磁电阻抗效应理论及计算

通过建立具有平面近横向各向异性场的非晶态合金薄带及膜的磁畴结构模型，利用线性化Maxwell方程组及Landau-Lifshitz方程，推出了在高频交变磁场及外加面内轴向直流磁场H_ex作用下的铁磁材料的与取向相关的磁导率表达式，得到了对方位角平均的相对磁导率及阻抗的计算式，导出了磁导率与张量磁化率分量间的关系，对材料磁导率的实部及虚部随H_ex的变化进行了计算，并给出了对应的磁谱图.建立的磁导率与外磁场的理论关系可将Panina及Kraus给出的理论结果统一起来. 关键词： 非晶态合金薄带及膜 取向相关磁导率 GMI效应理论与计算 近横向各向异性场     

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     

外磁场与带轴夹角对非晶FeSiB/Cu/FeSiB三明治薄带巨磁阻抗特性的影响

采用层间胶合方法制备了淬态非晶FeSiB/Cu/FeSiB三明治薄带,研究了同尺寸单层薄带和三明治薄带的巨磁阻抗(giant magneto-impedance, GMI)随外磁场与带轴夹角β的变化特性.结果表明,FeSiB单层薄带在7.0 MHz最佳响应频率下,GMI仅约30%,外磁场与带轴夹角对单层薄带GMI几乎没有影响;三明治薄带的GMI效应则十分显著,在0.6 MHz最佳响应频率下,纵、横向GMI比分别达到272%和464%, GMI随β的增大而增强;所有β角的三明治薄带GMI曲线都出现各向异性峰,各向异性峰随β的增大而展宽.根据磁畴转动模型推导了薄带横向磁导率与各向异性场及β之间的函数关系式.结果显示,三明治薄带GMI随夹角β变化的特性与理论推算的横向磁导率变化有较好的一致性,而单层薄带则不然.该磁畴转动模型能定性解释三明治薄带GMI随外磁场方向变化特性.     

介观结构对纳米晶软磁合金巨磁阻抗效应影响的理论分析

根据用原子力显微镜对Fe基纳米晶Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉合金薄带的介观结构和巨磁阻抗效应的实验研究结果，提出了纳米晶软磁合金巨磁阻抗效应受其介观结构影响的理论模型.该模型成功地解释了低频对纳米晶软磁合金巨磁阻抗效应的影响，反映了现有“三明治”理论的主要特征，并弥补了它的不足；同时指出了纳米晶粒电导率σ、磁导率μ对合金巨磁阻抗效应有影响. 关键词： 铁基纳米晶合金 介观结构 巨磁阻抗效应 介观模型     

非晶和纳米晶软磁丝状样品的环向磁化过程

采用阻抗法测定了不同磁结构的软磁丝状样品(非晶及纳米晶合金)的环向磁导率随环向磁场 强度和频率的变化. 按照Chen等的理论公式计算了样品的环向磁化曲线，结果发现，这一实 验原理公式对具有较大损耗的磁化过程并不适用. 因此，将其发展给出了更一般情况下的理 论公式. 此外，通过分析复数磁导率对环向磁场的依赖关系，确定了两类不同畴结构样品的 不同的环向矫顽力机理. 研究了交流频率对磁化过程的影响. 关键词： 非晶和纳米晶软磁丝 阻抗 环向磁化曲线     

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.     

具有不同交换偏置方向的外延FeGa/IrMn双层膜的磁各向异性与磁化翻转

采用磁控溅射方法在MgO(001)单晶衬底上制备了交换偏置分别沿着FeGa [100]和[110]方向的FeGa/IrMn外延交换偏置双层膜,研究了交换偏置取向对磁化翻转过程与磁化翻转场的影响.铁磁共振场的角度依赖关系的测量与拟合,表明样品存在不同取向的四重对称磁晶各向异性、单向交换磁各向异性和单轴磁各向异性的叠加.矢量磁光克尔效应测量表明交换偏置沿着[100]方向的样品在不同磁场方向下表现矩形、非对称和单边两步磁滞回线;交换偏置沿着[110]方向的样品在不同磁场方向下表现单边两步和双边两步磁滞回线.考虑不同交换偏置方向的畴壁形核和位移模型,能够很好地解释磁化翻转路径随磁场方向的变化规律和拟合磁化翻转场的角度依赖关系,表明交换偏置方向的改变使得畴壁形核能发生显著变化.     

LC共振型巨磁阻抗效应的研究

采用化学镀方法成功制备了自带电容构成LC共振回路的CoP/Insulator/BeCu复合结构丝.研究了这种新型复合结构丝产生LC共振型巨磁阻抗效应的特征,长度为lm=9.5cm的复合结构丝,当驱动电流频率为LC共振频率fr=29.0MHz时,LC共振型巨磁阻抗效应为487.5%,磁场灵敏度为0.46%/A·m-1,大于常规复合结构丝;远离此频率时的巨磁阻抗效应很小,巨磁阻抗效应表现出很好的频率选择特性.根据LC共振型复合结构丝的特征建立了等效电路模型,采用等效电路模型对这种复合结构丝进行了数值模拟,等效电路的数值计算与实验测量结果符合较好.从等效电路角度分析了LC共振型巨磁阻抗效应产生的机理,以及复合结构丝的长度对LC共振型巨磁阻抗效应的影响.     

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.     

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.     

Giant magnetoimpedance in amorphous (Co0.93Fe0.7)63Ni10Si11B16 glass-coated microwire

Giant magnetoimpedance (GMI) effect has been measured in a glass-coated amorphous (Co_0.93Fe_0.7)₆₃Ni₁₀Si₁₁B₁₆ microwire as a function of DC magnetic field and up to the frequency of 11 MHz. The sample shows single peak GMI characteristics within the whole range of frequency. The domain structure of the above sample has been changed by applying tensile stresses up to 603 MPa and current annealing with a DC current of 50 mA for various time durations, and the corresponding effect on GMI has been studied in detail. A maximum change of 8.85% in MI of the as-quenched sample has been observed around a frequency of 5.05 MHz. Application of an external tensile stress reduces the GMI value by increasing the inner core domain, whereas heat treatment of the sample enhances the same. The square-shaped magnetic hysteresis loop of the as-quenched sample helps us understanding the MI results.     

Evolution of magnetic permeability and magneto-impedance effect in composite wires with insulator layer

CuBe/Insulator/NiCoP composite wire was prepared by electroless deposition on an insulated CuBe core with a diameter of 90 μm. The conversion relationship between the magneto-impedance and effective magnetic permeability of the composite wire was derived from an energy conversion model. The evolution of the magnetic permeability and the giant magneto-impedance (GMI) effect were investigated. The results show that a distinct GMI effect can be obtained at relatively low frequency. The largest GMI ratio is 240% at 600 kHz, and the maximal field sensitivity is 34%/Oe.     

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     

Finite element method calculations of GMI in thin films and sandwiched structures: Size and edge effects

The impedance values of magnetic thin films and magnetic/conductor/magnetic sandwiched structures with different widths are computed using the finite element method (FEM). The giant magneto-impedance (GMI) is calculated from the difference of the impedance values obtained with high and low permeability of the magnetic material. The results depend considerably on the width of the sample, demonstrating that edge effects are decisive for the GMI performance. It is shown that, besides the usual skin effect that is responsible for GMI, an “unexpected” increase of the current density takes place at the lateral edge of the sample. In magnetic thin films this effect is dominant when the permeability is low. In the trilayers, it is combined with the lack of shielding of the central conductor at the edge. The resulting effects on GMI are shown to be large for both kinds of samples. The conclusions of this study are of great importance for the successful design of miniaturized GMI devices.     

FeCuNbSiB单层膜和三明治膜的磁特性与巨磁阻抗效应

用射频溅射法制备了Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉单层膜和 Cu或Ag作为中间层的三明治膜.溅态膜为非晶态结构.磁畴观察结果表明,单层膜在380℃退火后,呈现均匀磁化的纳米晶结构,该样品软磁特性最佳,其巨磁阻抗效应最大,在13MHz,最大磁阻抗比纵向为18％,横向为14％.溅态三明治膜具有较大的巨磁阻抗效应,在13MHz,Cu夹层三明治膜的最大磁阻抗比纵向为32％,横向为11％,Ag夹层三明治膜的最大磁阻抗比纵向为47％,横向为57％.Cu夹层三明治膜经250℃退火后,在低频下表现为巨磁电感效应,在100kHz,最大磁电感比为1733％. 关键词：     

Effect of magnetic field annealing and size on the giant magnetoimpedance in micro-patterned Co-based ribbon with a meander structure

Micro-patterned Co-based amorphous ribbons (Metglas^® 2714A) with a meander structure are fabricated by MEMS technology and the giant magnetoimpedance (GMI) effects are measured at different magnetic fields and frequencies. The effect of magnetic field annealing and size (line width and line length) on the GMI effect is investigated. It is found that the GMI effect in the transverse magnetic field-annealed state is larger than that in longitudinal magnetic field-annealed state and nonfield-annealed state. The maximum GMI effect increases from 82 % for the sample with 5 mm length to 150 % for the sample with 10 mm length, and the maximum GMI effect decreases with the increase of the line width.     

Giant magnetoimpedance in thin amorphous and nanocrystalline microwires

We present the results on Giant magneto-impedance effect (GMI) in amorphous and nanocrystalline microwires at frequencies until 4 GHz, paying special attention to tailoring the frequency and magnetic field dependence of the GMI effect. Correlation between magnetoelastic anisotropy and magnetic field dependences of diagonal and off-diagonal impedance components are observed.