ВЛИЯНИЕ МАГНИТНОЙ ПРЕДЫСТОРИИ НА МАГНИТОИМПЕДАНСНЫЙ ЭФФЕКТ В АМОРФНЫХ МАГНИТОМЯГКИХ ПРОВОЛОКАХ

Ключевые слова: Магнитоимпедансный эффект; магнитная предыстория; запоминающийся датчик тока.  

Keywords: Magnetoimpedance effect; magnetic prehistory; memory current sensor.

Введение

В магнитомягких материалах, в том числе, в аморфных проволоках на основе кобальта, наблюдается эффект магнитоимпеданса, который заключается в сильной зависимости электрического импеданса от напряженности внешнего магнитного поля, и обусловлен соответствующей зависимостью магнитной проницаемости [1].

Магнитная проницаемость, а, следовательно, и магнитоимпеданс, также зависят от магнитной предыстории образца. Например, в [2] было показано, что магнитоимпеданс аморфных проволок CoFeNbSiB диаметром 180 мкм сильно зависит от направления и напряженности магнитного поля, используемого для предварительного намагничивания.

В данной работе описывается влияние магнитной предыстории на магнитоимпеданс аморфных магнитомягких проволок на основе кобальта диаметром 150 мкм.

Материалы и методы

В качестве образцов использовали отрезки аморфной магнитомягкой проволоки Co₆₆Fe₄Nb_2,5Si_12,5B₁₅ диаметром 150 мкм и длиной 30 мм.

Измерение импеданса () осуществлялось при помощи измерительной системы магнитоимпедансной спектроскопии на базе анализатора импеданса Agilent 4294A [3]. Использовался диапазон частот переменного тока (f) от 0,1 до 110 МГц. Внешнее магнитное поле было ориентировано вдоль образца.

Магнитная предыстория формировалась следующим образом: 1) намагничивание образца аксиальным магнитным полем напряженностью 150 Э; 2) отключение аксиального магнитного поля; 3) намагничивание образца циркулярным магнитным полем, создаваемым постоянным электрическим током (I_dc), протекающим вдоль образца; 4) отключение электрического тока.

Относительное изменение импеданса в аксиальном магнитном поле (магнитоимпедансный эффект) рассчитывалось по формуле:

где Z(H) – импеданс в поле H,  – импеданс в поле H_max:

Относительное изменение импеданса в результате предварительного циркулярного намагничивания определяли с помощью выражения:

где импеданс, измеренный в отсутствии внешнего магнитного поля после предварительного циркулярного намагничивания магнитным полем тока I_dc,  – импеданс, измеренный в отсутствие внешнего магнитного поля, образец при этом не подвергался предварительному циркулярному намагничиванию.

Результаты 

Ниже представлены зависимости магнитоимпеданса от напряженности магнитного поля на частотах 10 и 40 МГц (Рис. 1). Наличие возрастающего участка на зависимости MI(H) в малых полях свидетельствуют о наличии циркулярной магнитной анизотропии. В результате предварительного циркулярного намагничивания постоянным током I_dc возрастающий участок становится менее выраженным, что может свидетельствовать об уменьшении циркулярной компоненты.

Влияние магнитной предыстории, формируемой в результате предварительного циркулярного намагничивания, наиболее выражено в диапазоне напряженностей аксиального магнитного поля от 0 до примерно 1,5 Э (Рис. 2). При дальнейшем увеличении напряженности магнитного поля влияние магнитной предыстории на магнитоимпеданс стремится к нулю.

Рисунок 1. Зависимость относительного изменения импеданса  от напряженности магнитного поля H. Значение   получено по формуле (1)

Рисунок 2. Зависимость относительного изменения импеданса  от напряженности магнитного поля H. Значение   получено по формуле (1)

Частотная зависимость величины  не монотонна (Рис. 3). При этом во всем исследуемом диапазоне частот переменного тока величина  увеличивается с ростом I_dc. Наибольшего значения (более 25%) она достигает на частоте около 40МГц после предварительного циркулярного намагничивания в 100mA.

Рисунок 3. Зависимость  от частот переменного тока (f). Значения были получены при токах I_dc от 5 до 100 мА. Величина  рассчитывалась по формуле (2)

Заключение

Таким образом, в результате проведенных исследований установлено, что магнитоимпеданс аморфных проволок Co₆₆Fe₄Nb_2,5Si_12,5B₁₅ диаметром 150 мкм значительно зависит от магнитной предыстории, формируемой в результате их предварительного намагничивания циркулярным магнитным полем постоянного электрического тока. При этом наибольшие изменения магнитоимпеданса наблюдаются вблизи частоты переменного тока 40 МГц и превышают 25%.

Полученные результаты можно использовать при разработке запоминающего датчика тока.

Список литературы:

1. Panina, L. V.; Mohri, K. Magneto-impedance effect in amorphous wires // Applied Physics Letters. 1994. Vol. 65(9). P. 1189-1191.
2. Bukreev, D. A. Influence of the magnetic prehistory of amorphous magnetically soft wires on their electrical impedance // Sensors and Actuators, A: Physical. 2020. Vol. 303. P. 111669.
3. Bukreev, D. A. Magnetoimpedance and stress-Impedance effects in amorphous CoFeSiB ribbons at elevated temperatures // Materials. 2020. Vol. 13. P. 3216