Гигантский магнитный импеданс и его связь с магнитной анизотропией и процессами намагничивания ферромагнитных структур тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.11 ВАК РФ

На правах рукописи

Курляндская Галина Владимировна

ГИГАНТСКИЙ МАГНИТНЫЙ ИМПЕДАНС И ЕГО СВЯЗЬ С МАГНИТНОЙ АНИЗОТРОПИЕЙ И ПРОЦЕССАМИ НАМАГНИЧИВАНИЯ ФЕРРОМАГНИТНЫХ СТРУКТУР

(01 04 11 - физика магнитных явлений)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

□03065677 Екатеринбург - 2007

003065677

Работа выполнена в Уральском государственном университете имАМГорького на кафедре физики магнитных явлений и в отделе магнетизма твердых тел НИИ физики и прикладной математики.

Научный консультант

Официальные оппоненты

Ведущая организация

Защита состоится

доктор физико-математических наук, профессор Васьковский Владимир

доктор физико-математических наук, Важенин Владимир Александрович, Уральский государственный университет шАМГорыкого

доктор физико-математических наук, профессор

Грановский Александр Борисович Московский государственный

университет им МВ Ломоносова

доктор физико-математических тук, Ринкевич Анатолий Брониславович Институт физики металлов УрО РАН

Институт физики Киренского СО РАН

2007 года в лУ часов

им

Л.В

на заседании диссертационного совета Д 21228601 при Уральском государственном университете им АМХорького по адресу 620083, Екатеринбург, пр Ленина, 51, коми 248

С диссертацией можно ознакомиться в научной государственного университета им. АМГорького

Уральского

Автореферат разослан

_ сентября 2007 года

диссертационного совета, доктор физико-математических наук Н В Кудре&шх

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования

Изменение комплексного сопротивления ферромагнитного проводника К/) при протекании через него переменного тока высокой частоты /в условиях приложения внешнего постоянного поля (Я) называется явлением магнитоимпеданса Исследование ферромагнитных структур с высокой чувствительностью гигантского магаитоимпедансного эффекта (ЛУИ) к магнитному полю являются одним из динамично развивающихся направлений в современной физике конденсированного состояния вещества и - физике магнитных материалов [1-4]

Явление магнитного импеданса (МИ) было открыто около 70 лет назад в работах Е П Харрисона с соавторами, выполненных на железо-никелевых проволоках [5-6] Термин "магнитный импеданс" не использовался ни в этих первых публикациях, ни в первых расчетах проведенных позднее [7] В 1991 году ВЕ Махоткин с соавторами создали датчик малых магнитных полей с чувствительным элементом в виде аморфной ленты РеСоБШ, который работал на принципе изменения импеданса под воздействием внешнего магнитного поля [8] Авторы этой работы, посвященной созданию конкретного прототипа датчика слабых полей, не обсуждали причины возникновения эффекта и не использовали термин "магнитный импеданс" Не был этот термин введен и в ранних работах группы К Мори (в них говорилось о магнетоиндуктивном эффекте), ставших предвестниками открытия заново явления гигантского магнитоимпеданса в 1994 году [9-10]

Хотя уже первые эксперименты, в которых наблюдалось изменение импеданса пермаллоевых проволок при приложении внешнего поля, были объяснены на основе классического скин-эффекта и зависимости глубины скин-слоя от величины эффективной магнитной проницаемости, Е П Харрисон с соавторами так и не добились повторяемости результатов [6] Позднее появились более совершенные технологии производства материалов с высокой магнитной проницаемостью [11-14], которые обеспечили повторяемость результатов ГМИ исследований и возможность контролируемой разработки ГМИ материалов Введение термина "гигантский магнигоимпедансный эффект"

объясняется не только желанием привлечь внимание разработчиков детекторов слабых полей к явлению МИ, но и подчеркнуть, что оно присуще всем магнитным проводникам (хотя эффект становится заметным при определенных условиях, накладываемых как на материал, так и на способ возбуждения) Принято говорить о ГМИ, когда величина эффекта превышает 100%

Выбор материалов и выяснение условий, при которых МИ эффект проявляется как гигантский, составляло задачи физики магнитных явлений и прикладной электродинамики на протяжении последних более чем 10 лет Даная диссертационная работа посвящена сравнительному исследованию связи гигантского магнитного импеданса ферромагнитных структур на основе 3&-металлов с магнитной анизотропией и процессами намагничивания Основное внимание уделяется структурам с высокой чувствительностью импеданса к магнитному полю при разных режимах возбуждения, что и определяет научную и практическую значимость полученных результатов

Многие традиционные мапштомягкие материалы (аморфные и нанокристаллические ленты, пленочные структуры, композиционные проволоки проводник/ферромагнетик) характеризуются низким МИ эффектом В настоящей работе показано, что путем варьирования магнитной анизотропии и управления характером процессов намагничивания можно получить высокую магнитную проницаемость и высокую чувствительность ГМИ к внешнему полю В искусственно созданных неоднородных ферромагнитных структурах обнаружены особые свойства, обусловленные наличием сгган-переориентационных фазовых переходов при перемагничивании как в линейном, так и в нелинейном режимах. Как сама тема работы, так и ориентированность ее на поиск путей использования полученных фундаментальных знаний на практике относятся к числу актуальных физических проблем, решаемых сегодня в таких областях знания, как нанонаука и нанотехнологии

Цель диссертационной работы - создание целостной физической картины взаимосвязи магнитных и электрических свойств с параметрами гигантского магнитного импеданса для широкого круга ферромагнитных структур на основе Зс1-мегаллов с

высокой чувствительностью импеданса к магнитному полю при разных режимах возбуждения

Основные задачи исследования

1 Сравнительное исследование процессов намагничивания, магнитосопрсгивления, линейного ГМИ, резонансного и нерезонансного микроволнового поглощения в аморфных и нанокристаллических планарных структурах в виде лент на основе кобальта или на основе железа с разной величиной магнитострикции, а также в тонких пленках и многослойных структурах типа ферромагнетик/проводник/ ферромагнетик (Ф/П/Ф) как в пленарной геометрии,-так и в геометрии трубок, осажденных на немагнитную проводящую цилиндрическую основу

2 Исследование ГМИ линейного и нелинейного типов в случае геометрии магнитных трубок (например, для электроосажденных проволок СиВеЯ* е№ и СиВеЛ7 сСо№ и аморфных лент на основе кобальта) при использовании токов разной интенсивности Выработка методологии исследований и уточнение терминологии в области нелинейного ГМИ Повышение чувствительности нелинейного ГМИ

3 Анализ процессов динамического намагничивания и гистерезиса импеданса в объектах с ГМИ Разработка на этой основе физических принципов оптимизации чувствительности эффекта ГМИ и методик достижения высокой чувствительности в прототипах специализированных датчиков

4 Оценка адекватности существующих и нахождение новых способов феноменологического описания процессов динамического перемагничивания в ГМИ структурах с резким изменением линейного и нелинейного типов импеданса в узких интервалах магнитного поля

5 Создание физических основ биодетектирования с использованием эффекта ГМИ физические модели ГМИ-биодатчиков работающих на принципе детектирования магнитных маркеров либо без магнитных маркеров с использованием особенностей поверхностной анизотропии, принципы аттестации магнитных наночастиц, используемых в качестве магнитных маркеров в ГМИ биодатчиках

Новые научные результаты, выносимые на защиту

1 Определена связь между магнитной анизотропией, характером процессов квазистатического перемагничивания и магнитным импедансом в композиционно однородных быстрозакалённых лентах, полученных в присутствии магнитного поля Показана возможность достижения высоких значений магнитного импеданса и чувствительности ГМИ в материалах, находящихся в неравновесном структурном состоянии

2 Для нанокристаллических сплавов РеСиЗЯЬЗгВ установлены закономерности формирования магнитной анизотропии, наведенной термомагнитной обработкой, либо одно- или двухступенчатым отжигом под нагрузкой На основе анализа особенностей процессов намагничивания, машитного импеданса и гистерезиса магнитного импеданса впервые показано, что наведенная анизотропия в таких объектах имеет сложный характер и описываться не менее чем тремя константами анизотропии

3 Для материалов с ГМИ установлены основные закономерности термомагнитной обработки (ТМО) в постоянном и переменном магнитных полях На основе комплексного исследования особенностей магнитной анизотропии, процессов намагничивания, магнитной доменной структуры и магнитного импеданса планарных ферромагнитных структур и структур с геометрией трубок показано, что отжиг в переменном поле обеспечивает наиболее однородное магнитное состояние объектов и высокий эффект ГМИ Найдены способы управления эффективной магнитной анизотропией, величиной и гистерезисом магнитного импеданса, определены оптимальные условия для получения большой чувствительности ГМИ в определенных полевых интервалах

4 На примере пленок пермаллоя показано, что в низкочастотной области токов возбуждения эффект анизотропии магнитосопротивления приводит к появлению сильного гистерезиса полного электросопротивления Для высокочастотных токов вклад анизотропии магнитосопротивления в импеданс минимален Показано, что явление релаксации доменных границ может существенно влиять на величину эффекта МИ, приводя к его резкому снижению при больших временах релаксации

б

5 Впервые определены закономерности перестройки доменной структуры в процессе квазистатического перемагничивания плёночных сэндвичей Ре№/Си/РеШСи/РеМ^СшРе№ с гигантским магнитным импедансом Установлено, что в таких сэндвичах незначительное отклонение внешнего поля от направления протекания тока, перпендикулярного оси легкого намагничивания пленочной наноструктуры, не вызывает существенного изменения гистерезиса ГМИ

6 В цилиндрических структурах РеМСо/СиВе путем термомагнитной обработки впервые получено состояние магнитной бистабильности Найдено, что величина поля старта зависит от состава, особенностей термомагнитных воздействий и геометрических параметров структуры Впервые определены закономерности и модельно описаны особенности микроволнового поглощения для Ре№Со/СиВе и РеЫ1/Ф'е№Со/СиВе проволок с разной эффективной анизотропией

7 Установлены основные закономерности нелинейного магнитного импеданса в цилиндрических неоднородных структурах типа феромагнетик/проводник Обнаружены сильная зависимость величины эффекта ГМИ от амплитуды (в интервале амплитуд от 5 до 60 мА) и частоты переменного тока (в интервале частот от 0 3 до 10 МГц) Показано, что наблюдаемые-особенности нелинейного МИ связаны с повышенной чувствительностью магнитной системы к циркулярному магнитному полю вблизи спин-переориентационного перехода Получены очень высокие величины магнитного импеданса (до 1200%) и чувствительности магнитного импеданса (до 4500%/Э)

8 Адекватность выработанной картины магнитного импеданса продемонстрирована на ряде новых физико-технических решений показана возможность миниатюризации ГМИ-датчика малого поля при использовании чувствительного элемента в форме тороида, обнаружена резкая зависимость формы второй гармоники ГМИ от угла приложения внешнего поля, которая позволяет сконструировать детектор ориентации, предложена новая конструкция датчика поля на основе двух чувствительных элементов, обладающего откликом, не зависящим от ориентации внешнего поля в интервале углов от 0 до 45°, предложена

концепция био датчиков нового типа, основанная на использовании высокочувствительного эффекта ГМЙ

9 Предложены методики анализа и установлены закономерности поведения в магнитном поле магнитных суспензий, используемых в биомедицинских датчиках на основе ГМИ разработаны статистические методики исследования особенностей распределения суспензии ЦупаЬеаск® М-450 на магнитных и слабомагнюных поверхностях разного типа, обнаружены и смоделированы элементы организации в системе сурерпарамапштных сфер РупаЬеаск М-480 при приложении внешнего магнитного поля, показана возможность использования явления микроволнового поглощения как эффективного способа оценки формы и способности к магнетоабсорбции наночастиц с низкой (РезОд) и с высокой (СовоИ^о) величинами магнитокристашгаческой анизотропии

Научная и практическая ценность результатов

Полученные в диссертационной работе результаты позволяют глубже трактовать известные явления магнетизма -наведённая магнитная анизотропия, доменная структура, процессы квазистатического и динамического перемагничивания - в их новом аспекте, а именно, в связи с явлением гигантского магнитного импеданса Они служат основой для дальнейших теоретических и экспериментальных исследований в области магнитных (с учетом гистерезисных явлений) и магнитотранспоргных свойств как композицонно однородных, так и неоднородных ферромагнитных структур с различной геометрией при разных режимах электромагнитного возбуждения На основе результатов проведенного научного исследования сформулирован ряд физико-технических принципов построения и функционирования высокочувствительных датчиков магнитного поля, созданы, прошли успешное тестирование и получили положительную оценку в ведущих специализированных журналах макеты ряда конкретных датчиков

Апробация работы

Материалы диссертационной работы в период с 1990 по 2007 it были представлены более чем на 20 научных конференциях За последние 5 лет они докладывались на следующих форумах II Международной конференции Байкал «Магнитные Материалы» (Сент 2003, Иркутск, Россия), Workshop on Amorphous and Nanostructured Magnetic Materials (Sept 2003, Iasi, Romania), 16th Soft Magnetic Materials Conference (Sept 2003, Dusseldorf, Germany), 17th Soft Magnetic Materials Conference (Sept. 2006, Bratislava, Slovakia), 3я Технической конференции «Физические свойства сплавов и металлов» (Октябрь 2005, Екатеринбург, Россия), EMSA-2004 5th European Conference on Magnetic Sensors and Actuators (July 2004, Cafrdiff, England), Международном Симпозиуме по Магнетизму (Июнь 2005, Москва, Россия), EMSA-2006 6й European Conference on Magnetic Sensors and Actuators (My 2006, Bilbao, Spain), The Eights World Congress on Biosensors (May 2004, Granada, Spain), The Ninths World Congress on Biosensors (May 2006, Toronto, Canada), MS&T05 Materials Science & Technology 2005 Conference and Exhibition (September 2005, Pittsburgh, USA), XXXVII Совещании Группы Электрохимии Испанского Королевского Химического Общества (May 2006, La Coruna, Spam), Школе-семинаре Новые Магнитные Материалы Микроэлектроники (2004,2006, Москва, Россия)

Достоверность результатов проведенных исследований

Научные положения, выводы и рекомендации базируются на результатах экспериментов, достоверность которых обеспечивается использованием современных и апробированных экспериментальных методик, статистическим характером экспериментальных исследований, анализом погрешностей измерений, применением компьютерных технологий обработки результатов измерений Применявшееся моделирование выполнено с помощью аттестованных программ путём поиска устойчивых решений Результаты, представленные в диссертации, не имеют принципиальных расхождений с имеющимися

экспериментальными и теоретическими данными других исследователей, опубликованными в открытой печати Публикации

автора по теме диссертации имеют высокий уровень цитирования другими исследователями

Основные результаты, полученные лшно автором

Автор диссертационной работы непосредственно участвовал в создании технологической базы и получении быстрозакаленных лент, тонких плёнок и многослойных пленочных структур, создании исследовательских установок для измерений МИ в аморфных и нанокристаллических лентах, композиционных проволоках и плёночных образцах Им осуществлена постановка задач по исследованию наведенной магнитной анизотропии, магнитосопротавления,- процессов намагничивания, магнитного импеданса и микроволнового поглощения Все эксперименты, результаты которых приведены в диссертации, подготовлены и проведены при участей автора Непосредственно автором или при его прямом участии дана интерпретация всех представленных экспериментальных результатов, предложены описанные в диссертации новые физические модели В коллективных публикациях автору принадлежат защищаемые в диссертации положения и выводы Тексты всех публикаций, в которых автор диссертации занимает первую позицию, написаны лично диссертантом, в остальных публикациях участие автора состоит в получении и обсуждении результатов

Публикации

По теме диссертационной работы опубликовано 8 статей в ведущих рецензируемых научных журналахи изданиях, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертации иа соискание ученой степени доктора наук, 30 статей в зарубежных журналах и изданиях, в которых могут быть опубликованы основные научные результаты диссертации на соискание ученой степени доктора наук Кроме того, имеется 18 публикаций в рецензируемых научных журналах и изданиях (в основном за рубежом), не входящих в список ВАК и 2 статьи в электронном архиве Cornell University

Структура диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти основных разделов, общих выводов и приложения Она содержит 340 страниц, включая 148 рисунков, 24 таблицы и список использованных источников из 250 наименований

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении дается общий анализ литературы по ГМИ и приводится в качестве примеров лишь часть источников Этот список существенно расширяется во вступлениях к соответствующим главам, уточняющих в каждом конкретном случае рассматриваемую проблематику Он дополняется по ходу изложения оригинального материала и в части- обсуждения результатов для сравнения их с данными других авторов Во введении обосновывается актуальность направления исследований, формулируются основная цель, конкретные задачи работы и новые научные результаты, выносимые на защиту

В первом разделе_рассматриваютея особенности процессов намагничивания, линейный ГМИ и нерезонансное микроволновое поглощение в аморфных и нанокристаллических лентах В первых как экспериментальных, так и теоретических работах, описывавших импедансный эффект и ГМИ [1-3], использовали классический линейный режим и определяли импеданс как отношение падения напряжения к величине возбуждающего тока Позднее был рассмотрен и ГМИ нелинейного типа [15], и на определенном этапе не существовало четкого разделения между этими разными процессами По мнению автора данной диссертационной работы определение самого термина «импеданс» относится к явлению линейного отклика Широко же распространенный термин «нелинейный импеданс» употребляется лишь для простоты или по традиции для описания отношения напряжение/ток [13] О магниггоимпедансном эффекте первого типа (линейном МИ) и идет речь в разделах 1-3 этой работы

В начале первого раздела даётся краткий обзор экспериментальных и теоретических результатов, относящихся к эффекту ГМИ в однородных ферромагнетиках Описываются методики получения и аттестация образцов в виде аморфных лент и лент с нанокристаллической структурой Особое внимание уделяется методам исследования магнитных свойств,

магнигострикции и магнитной анизотропии, наблюдения магнитной доменной структуры, измерения резистивных свойств, магнитного импеданса, резонансного и нерезонансного поглощения в микроволновом диапазоне На Рис 1 показаны типичные экспериментальные полевые зависимости ГМИ аморфной ленты на основе кобальта для нескольких частот возбуждающего тока / Хорошо видно, что по мере увеличения / происходит трансформация кривой типа «одиночный пик» в кривую типа «двойной пик»

СоРеСгвгв

Рис 1 Зависимости величины импеданса быстрозакаленной аморфной ленты от величины внешнего магнитного поля для токов разной частоты Амплитуда высокочастотного тока 1ПШ - 15 мА. Частоты указаны в МГц

Для морфных лент СоРеЭгВ, быстрозакаленных в присутствии магнитного поля или без него, прошедших или не прошедших дополнительную термическую обработку, проводится сравнительный анализ особенностей магнитной анизотропии, магнитной доменной структуры, процессов намагничивания и ГМИ, предлагается модель релаксации напряжений, позволяющая качествено описать экспериментальные результаты

Быстрозакаленные аморфные ленты CoFeMoSiB исследовались в различных состояниях после релаксационного отжига и после термомеханической обработки (ТМехО), приводящей к формированию одноосной магнитной анизотропии с осью легкого намагничивания (ОЛН), перпендикулярной оси ленты (поперечной анизотропии) Анализ структурного состояния, магнитных свойств, магнигострикции, магнитных доменов и МИ в лентах CoFeCrSiB в исходном состоянии и после ТмехО при различных температурах показал наличие в лентах магнитной анизотропии высокого порядка, для описания которой необходимо не менее 3-х констант В первой главе изложено решение таких частных задач как определение констант магнитной анизотропии по кривым намагничивания в модели пластины, сравнительное исследование магнитной доменной структуры и ГМИ в образцах с различными особенностями магнитной анизотропии, угловая зависимость эффекта ГМИ, особенности микроволнового поглощения

На Рис 2 в качестве примера приведены кривые МИ и картины доменной структуры ленты Co67Fe3Cr3Sii5Bi2, позволяющие сопоставить гистерезис МИ и магнитный гистерезис МИ отношение было определено следующим образом

AZ/Z =100 х((|Z(H) |-|Z(Hm3x) \y\Z(Hmsi) I) (1)

где Hmax = 150 Э - максимальное значение внешнего поля

НО)

Н = + 4.1 Э Н = + 15,5 Э

Рис. 2. (а) - Магнитный импеданс (Г= 2 МГц, 11гга= 3 мА) аморфной ленты Со67резСтз81}4В12 с поперечной магнитной анизотропией, индуцированной отжигом ПОД нагрузкой: открытые символы -восходящие ветви, закрытые символ - нисходящие ветви. (С) -Магнитная доменная структура (наблюдения выполнены с помощью магнегооптаческого эффекта Ксрра).

Далее изложены результаты исследований структуры, магнитных свойств, магнитной анизотропии, магаитострщадон и ГМИ нанохристаллических лент Ре7Э.;СщЫЬ38113 3В, и Ь'е713Си1М1)1Й1!б.5В1з, прошедших ТМехО и ТМО в специальных режимах. Наибольшее внимание уделено рассмотрению влияния магнитной анизотропии, созданной различными воздействиями, на ГМИ нанокристаллических лент и частотной зависимости эффекта ГМИ в нанокристаллических лентах Р^оСг^КЬ-^в5В9 с высокой поперечной анизотропией.

В конце первого раздела анализируются такие общие физические проблемы как эффект ГМИ и магнитный гистерезис; способы снижения гистерезиса ГМИ; эффект ГМИ И явление мапеттострикции; эффект ГМИ и распределение локальных осей магнитной анизотропии.

тором разделе рассматриваются особенности процессов намагничивания, линейный ГМИ и резонансное микроволновое поглощение в однослойных и многослойных тонких пленках типа и СоРеВ. Дается краткий обзор экспериментальных и теоретических результатов 1 МИ в многослойных плоских ферромагнетиках, описываются методики получения и аттестации образцов в пиле тонки* тт пенок и многоенгойных структур, включая способы получения и Общую характеристику пленочных струггур в конфигурации «чипа» В этой конфигурации на одну подложку 20 х 20 мм2 параллельно друг Другу напылялись четыре одинаковых функциональных ГМИ элемента Ре№(150 нм)/Си(500 нм)Л7е]\1]( 150 нм), чередующихся с четырьмя технологическими элементами (Рис; 3).

10 мм

2Д А

Рис. 3. Набор в ысокочу встаитель пых элементов

собранных в виде «чипа» на стеклянной подножке' обпдаЙ виц » оптический микроскоп.

Технологическим Элементам присвоили номера 1. 3, 5 и 7, а ГМИ элементам присвоили номера 2, 4, 6 и 8. Геометрические параметры магнитных слоев в ГМИ элементах составляли 15 х 0.5 мм5, а медного слоя - 15 * 0.05 мм". Геометрические параметры

магнитных слоев технологических элементов составляли 15 х 0.05 мм , а медного слоя 15 х 0.5 мм2.

Особое место отводится описанию методов измерения резистивных свойств и резонансного микроволнового поглощения На Рис. 4 приведены картины доменной структуры однослойных пленок Со76релВи (20 '< 2 мм2) с разной магнитной анизотропией в следующих состояниях: исходное состояние (после осаждения па Плоскую подложку и без дополнительных обработок); ТМО в переменном магнитном поле, приложенном в плоскости плёнки параллельно короткой стороне образа; ТМО в постоянном поле, приложенном в плоскости цлйнки параллельно короткой стороне образа: осаждение на выгнутую подложку- (без дополнительных обработок).

Рис. 4. Керровскис картины магнитной доменной структуры однослойных пленок: СотсТе^Взо в состоянии остаточной намагниченности: (а) - исходное состояние; (б) - ТМО в переменном поле; (в) - ТМО в постоянном поле; (г) - осаждение на выгнутую подложку.

Величины остаточной намагниченности для всех описанных случай), хорошо коррелируют с особенностями магнитной доменной структуры в состоянии остаточной намагниченности (см. Рис 4 и таблицу). Это позволяло сделан, достаточно ар ту ме1 ггироваттые 'включении о характере магвитшй

16

анизотропии лент Совместный анализ данных об особенностях магнитной анизотропии и ГМИ в однородных пленках СоРеВ показал их четкую взаимосвязь

Решение общей проблемы оптимизации анизотропии и магнитных свойств тонких пленок и многослойных структур для получения устойчивого и высокочувствительного эффекта ГМИ включало рассмотрение таких задач, как анализ закригического состояния тонких пленок №75ре16Си5Мо4, исследование зависимости магнитной анизотропии, магнитных свойств и ГМИ от условий напыления и последующих термообработок тонких пленок СоуД7е4В20, сравнительный анализ структуры магнитных доменов и процессов намагничивания многослойной структуры РеШСиЛ^еШСи/РеШСи/РеМ (геометрия ГМИ сэндвича), оценка влияния немагнитных прослоек на ГМИ в многослойных пленках РеМ1/Си/Ре№ и РеЫ1/81/Си/81/Ре№ экспериментальные результаты и численный модельный расчет частотной зависимости максимума магнитоимпедансного эффекта для ГМИ плёночных структур указанного типа, угловая зависимость эффекта МИ

Таблица Некоторые характеристики, полученные из анализа поперечных петель гистерезиса однослойных пленок Со76Ре4В2(ь М, - намагниченность насыщения_

Остаточная н0 Магнитная

Образец намагниченность (в единицах Ms) (Э) энергия (кДж/м3)

Исходное состояние 0 010 0 24 1 65

ТМО в переменном 0 006 0 15 1 39

поле

ТМО в постоянном 0010 0 28 1 53

поле

Осаждение на 0 015 0 22 0 85

выгнутую подложку

Впервые в общем виде был поставлен и для частного случая тонких плёнок Ре19№81 решен вопрос об особенностях магнитных, магниторезистивных свойств и ГМИ для материалов, характеризующихся как относительно высоким эффектом МИ, так

и заметным магниторезистивным эффектом (МР) В качестве примера на Рис 5 приведены экспериментальные данные для продольного эффекта (при параллельной ориентации внешнего магнитного поля и постоянного тока) МР отношение было определено следующим образом ( Нтах = 150 Э)

АШ =100 х ( (|И(Н) -К(Нжгх) \)1\К(Нтз,) |) <2> ю

08-

1005 00 -05

-10 00

-05

-1 0

-1.S

-20

-2.5

----—,—,,—,— ccÄ> о С / v jP I = •С "mis • f= —■—i—>—i—■— Si ^ У % о о 10 мА \ 25 МГц о

1 г

J i.i. J (fill

.1,1,1.1.1 ^ooococoo / о JB /о £ 8 l= 10 мА —■ —I—■—I—>-

НО)

Рис 5 Продольный эффект МИ( АZIZ), продольная объемная петля гистерезиса (М/М%), и продольный эффект магнигосопрогавления (ДRJR) наблюдаемые в однородной пленке Fe19Ni8i

До определенной степени выводы, сделанные на основе анализа экспериментальных результатов и даных модельных расчетов, полученные для тонких пленок Ре^И^и подтвердились для многослойной структуры, содержащей набор квадратных РеСо№/ТтЬГ/РеС о№ элементов, соединённых одним линейным тоководом

Во втором разделе анализируются магнитные свойства и ГМИ нескольких одинаковых чувствительных элементов, скомпонованных в виде «чипа», состоящего из набора линейных РеЗ\Г1/Си/РеК11 элементов, параллельных друг другу Дизайн «чипа», содержащего несколько независимых элементов, позволял провести статистическое исследование свойств, проверить устойчивость разработанной технологии получения пленочных наноструктур

Кроме того, такая конфигурация чипа при условии хорошей повторяемости свойств отдельных элементов может быть предложена в качестве прототипа биодатчика, основанного на ГМИ эффекте, адаптированного на режим детектирования сразу нескольких биокомпонент [15]

Полученные значения максимальной чувствительности эффекта ГМИ (до 35%/Э) при частотах возбуждения порядка 60 МГц являются одними из лучших результатов, опубликованных в печати для пленочных структур (Рис 6)

В конце второго раздела анализируются такой важный общий вопрос как влияние магнитных свойств и геометрических параметров на чувствительность ГМИ в ферромагнитных объектах В третьем разделе рассматриваются особенности процессов намагничивания, линейный ГМИ, резонансное и нерезонансное поглощение в микроволновом диапазоне в композиционно неоднородных цилиндрических ферромагнитных структурах (на примере проволок СиВе с электроосажденными слоями РеСо№ разных составов) В начале раздела даётся краткий обзор экспериментальных и теоретических результатов для случая линейного ГМИ в образцах цилиндрической геометрии типа «ферромагнитная плен ка/высокопрово дящая не ферромагнитная основа», описываются методики получения и аттестации проволок с ферромагнитными покрытиями, имеющими различную магнитную анизотропию

Н(Э)

Г (МГц)

Рис. 6. ГМИ чувствительных элементов FeNi/Cu/l7eNi. Цифры на рисунке (а) обозначают частоты возбуждающего токи в МГц. Данные полевой зависимости импеданса соответствуют элементу 2, а данные частотной зависимости чувствительности импеданса соответствуют элементам 2, 4. б (см. Рис. 3).

Далее подробно описываются результаты исследования СОСТОЯНИЯ магнитной Ьистаоилыюсти, впервые полученного в композиционно неоднородных ферромагнитных структурах цилиндрической геометрии автором настоящей работы.

20

На основе исследования свойств электроосажденных проволок, покрытых слоем феррожидкости, предлагается новый метод исследования процессов взаимодействия между наночастицами суспензии и мапштным материалом и оценки динамического перемагаичивания последнего при низких частотах Высказывается предположение о том, что в конкретных условиях этот метод может быть применен не только для случая композиционно неоднородных, но и быстрозакаленных аморфных и нанокристаллических проволок (в частности, для исследования особенностей движения доменной границы во время скачка Баркгаузена)

Далее исследовалось резонансное и - нерезонансное микроволновое поглощение в электроосажденных проволоках КеСо^/СиВе и аморфных лентах СоРеСгБгВ в микроволновом диапазоне В случае БеСоМ/СиВ с цилиндрических структур речь идет о пяанарной геометрии, при которой и внешнее постоянное и радиочастотное поля располагаются в одной и той же «плоскости» В рамках такой модели, если резонансные линии узкие, предполагалось обнаружить ферромагнитный резонанс (ФМР) и ферромагнитный антирезонанс (ФМАР), описываемые обычными выражениями,

ФМР

kTj

= {ЯЛ +Hm)(HR +Нт +4л: МеЖ) (3)

ФМАР ® = НТ +Нт + 4 пМеЖ дня

(ü>y{¡im +4п:МеЖ) -30GHz (4)

Где 0) - 2%f - круговая частота, у = g¡Xü/7 - гиромагнитное отношение, HR и НТ - поля резонанса и антирезонанса соответственно, Han - поле анизотропии и Meg - эффективная намагниченность В случае всех исследованых типов образцов в интервале частот от 9 до 56 ГГц были обнаружены четкие линии резонансного поглощения По спектрам поглощения рассчитывались поле ФМР и ширина резонансной линии

Резонансные спектры ФМР при 9,65 ГГц довольно симметричны и их форма близка к Лоренгцевской Хотя во всех исследованных структурах есть указание на присутствие антирезонансных явлений при 56 ГГц, только в случае образцов типа Ре№ сигнал был достаточно сильным для того, чтобы с уверенностью определить величину поля антирезонанса

Гигантский магнитный импеданс в проволоках типа РеСо№/СиВе исследовался в связи с особенностями наведенной магнитной анизотропии При этом анализировалось влияние частоты и амплитуды возбуждающего тока на величину ГМИ Результаты предложенных автором модельных расчетов линейного ГМИ - для проводящего цилиндра с поверхностным ферромагнитным слоем находятся в хорошем согласии с экспериментальными данными, полученными в данной работе

В четвертом разделе рассматривается нелинейный ГМИ в композиционно неоднородных ферромагнитных структурах цилиндрической и композиционно однородных ферромагнитных структурах пленарной геометрий В начале раздела даётся краткий обзор экспериментальных и теоретических результатов по нелинейному ГМИ и описываются методические особенности измерения нелинейного ГМИ Примеры соответствующих экспериментальных данных и их анализа показаны на Рис 7

Нелинейный ГМИ в композиционно неоднородных ферромагнитных структурах цилиндрической геометрии исследовался на проволоках РеСо№/СиВе разного состава в исходном состоянии и после термомагнитной обработки Примеры квазистатических петель гистерезиса и кривых нелинейного ГМИ приведены на Рис 8

К наиболее интересным результатам можно отнести качественное совпадение экспериментальных результатов (Рис 8) и данных модельного расчета магнитной восприимчивости (х) для случая нелинейного возбуждения вблизи спин-переориентационного фазового перехода Кривые полевой зависимости мнимой (ЬпСХжр)- Но) и действительной частей (Ке(Хгф)- Но) магнитной восприимчивости характеризуются очень острыми экстремумами при величине поля 12 Э, представляющими собой переходы первого рода Кривая 1т(%фф)-

Но характеризуется наличием двух пиков, которым соответствует два ориентационных фазовых перехода. Эти пики различаются по фирме: первый (в положительном поле) широкий, без особенностей и по форме близок к симметричному, что свидетельствует о его соответствии переходу второго рода в магнитном поле. Второй пик (в отрицательном ноле) харакгеризу ехся резким ска^гком магнитной восприимчивости, т.к фазовый переход является переходом первого рода (Рис. 9).

—Н=1<ю Д1т (4Ю»<»«Ц

Рис 7. (а-в) - осциллограммы синусоидального высокочастотного тока возбуждения и падения напряжения на концах проволоки ^¿СоШ/СОВе для разных значений нам ат ни1 шваю щего поля: (а) Н~ -2.6 кА/м; (б) 11= - 100 хАУм; (в) Н= + 100 кА/м, (г) результаты Фурье анализа сшналов, представленных на рисунках (а-в).

Н (А/м)

Рис 8 Продольные петли гистерезиса проволок ГеСоШСиВе длиной 6 см в исходном состоянии и после ТМО в постоянном аксиальном магнитном поле (а) Кривые ГМИ-откпика в монотонно возрастающем поле для проволоки в исходном состоянии и после ТМО для нескольких частот возбуждающего тока (б) Частоты указаны на рисунке в МГц

и О)

Рис 9 Результаты модельных расчетов мнимой части магнитной восприимчивости

Нелинейный ГМИ в композиционно однородных планарных структурах исследовался на примере быстрозакалёных аморфных лент на основе кобальта Была установлена возможность устойчивого нелинейного возбуждения при увеличении амплитуды переменного тока в интервале амплитуд от 10 до 160 мА Исследовались зависимости изменения общего падения напряжения и по отдельности вклады трех первых гармоник. Было обнаружено интересное несимметричное поведение третьей гармоники а3 (для частоты f = где - это частота тока возбуждения) В лентах СоРеЗтВ с острой продольной анизотропией была обнаружена резкая зависимость формы второй гармоники от угла приложения внешнего поля вблизи поля 27 Э (чувствительность как минимум 0 01 мВ/°)

В пятом разделе приведены примеры целенаправленного достижения высокой чувствительности в специализированных прототипах датчиков, работающих с использованием явления ГМИ Обсуждаются некоторые примеры прототипов датчиков магнитного поля, предложенных автором Следует подчеркнуть, что, хотя все описываемые типы датчиков и были доведены до лабораторных образцов, испытания которых подтвердили

правильность положенных в их основу физических концепций, в задачу собственно исследований не входила оптимизация дизайна прототипов Использованный упрощенный дизайн скорее вытекал из полученных знаний о процессах динамического перемагничивания ГМИ структур В частности, рассмотрены прототипы датчиков слабого поля, действующие на принципе линейного и нелинейного ГМИ с чувствительным элементом в виде аморфной ленты СоРеМоЗгВ или СоРеСг81В в планарной геометрии или геометрии торроида, прототип датчиков слабого поля, действующих на принципе линейного ГМИ, с двумя чувствительными элементами

Специальный интерес вызывает- проблема магнитных биодатчиков Она также затронута в пятом разделе Дается общая характеристика существующих типов магнитных биодатчиков Обсуждаются требования к устройству ГМИ биодатчиков, работающих при постоянной или в условиях переменной геометрии чувствительного элемента, и особенности процессов намагничивания каждого из магнитных элементов, вовлеченных в процесс детектирования с помощью ГМИ биодатчика в том случае, когда используются магнитные маркеры В данном разделе также анализируются возможности эффекта ГМИ как методической основы для получения дополнительных знаний об эффективной магнитной анизотропии и особенностях процессов квазистатического и динамического намагничивания

Диссертация имеет приложение, в котором дается краткий анализ перспектив использования наночастиц в биологии, медицине и фармакологии (в том числе и в совокупности с магнитными биодатчиками) и какие требования в связи с этим предъявляются к упомянутым наночаетицам Далее приведены результаты исследований, проведенных автором с использованием магнитных микрочастиц РупаЬеасЬ® М-450, которые представляют собой сферы диаметром 4 5 мкм Композиционный магнитный материал представлял собой смесь наночастиц оксида железа (Рез04) и полистирола, игравшего роль наполнителя Найдено, что во внешнем поле частицы проявляют тенденцию к организации и образованию высоко симметричной структуры с гексагональной упаковкой элементов В частности, из Рис 10, иллюстрирующего такую тенденцию, видно, что у каждой сферы

имеется шесть ближайших соседей, расстояния до которых одинаковы. Если внешнее поле приложено почти

перпендикулярно поверхности, то процесс организации системы приводит к образованию очень похожих симметричных структур, но вместо одной сферы ее положение занимают две сферы, расположенные одна на другой. Было обнаружено, что подобные ансамбли возникают п широкой области концентраций от 10г до 10^ сфер/мм . Образование структур первого и второго типов можно объяснить на основе машитостатичес кого взаимодействия суперпарам а гиашмх сфер, используя простые модели, более подробно описанные 1» тексте диссертационной работы

1 1

1ШШ1ШК1Ж' ШЖ | | ? Рр

шш щм

[Чтс 10, Оптическая микрофотография частиц ОупаЬеасЬ® М-450 в основном фосфатном растворе, нанес етшых на поверхность стекла: а - без приложения магнитного поля (концентрация 3.3 (±0.5) х 10* сфер/мм;); б - во внешнем поле, приложенном перпендикулярно гшоскости полложки, (концентрация 6.6 (±0.5) х 10 сфер/мм"); в и г - во внешнем поле, приложенном почти

перпендакулярно плоскости подножки с небольшой компонентой ориентированной по диагонали из левого верхнего угла в правый нижний угол (концентрации 1 5 (±0 3) х 103 сфер/мм2 и 2 0 (±0 3) х 103 сфер/мм2 соответственно)

В приложении также отражены результаты, связанные с возможностью организации процессов детектирования в прототипах ГМИ биодатчиков, предложенных автором, при использовании магнитных маркеров или наночастиц В частности, рассмотрены примфы получения и аттестации наночастиц Рез04 в полианилиновой оболочке (средний размер частиц составлял 20 нм) и без нее и частиц Сово^о (средний размер частиц составлял 45, 100 и 200 нм) Подробная аттестация наночастиц важна при последующем использовании, например, в качестве магнитных маркеров (Рис 11)

НаЛкЭ)

Рис 11 Микроволновое поглощение в образцах, содержащих наночастицы Со№, в зависимости от величины магнитного поля (Н^) верхний рисунок - переменное ^ и постоянное Н^ магнитные поля перпендикулярны, нижний рисунок - IV и Нас параллельны. Частота поля Ъ^ составляет 11 875 ГГц

Первая система является модельной для низкоанизотропных, а вторая для высокоанизотропных частиц В работе показано, что сравнительный анализ данных структурных, магнитных и микроволновых исследований оказывается полезным для оценки степени неоднородности системы и формы частиц. Нерезонансное микроволновое поглощение в системе наночастиц Со№ представляет и самостоятельный интерес Первая отличительная особенность Со№ наночастиц - это то, что на сигнал, соответствующий резонансному поглощению, накладывается большой сигнал в нулевом поле, который быстро уменьшается при приложении постоянного магнитного поля Ширина линии ФМР оказывается очень большой Анализ величин резонансных полей наночастиц в совокупности с данными магнитных измерений приводят к заключению о невозможности описания ФМР экспериментов в рамках модели сферических частиц

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1 Для быстрозакаленных лент на основе кобальта впервые показано что

- наведённая магнитная анизотропия может иметь сложный характер и описываться не менее чем тремя константами анизотропии,

- ГМИ может быть использован как эффективный дополнительный метод исследования особенностей магнитной анизотропии, *

- имеет место хорошее согласие между результатами выполненных численных расчетов величины МИ эффекта в материалах с заданными особенностями магнитной анизотропии высокого порядка и экспериментальными данными для аморфных лент, прошедших термомеханическую обработку (ТМехО)

2 Для нанокристаллических сплавов РеСиМ^ЭШ установлены закономерности формирования магнитной анизотропии, наведенной одно- или двухступенчатым отжигом под нагрузкой С помощью анализа гистерезиса МИ эффекта показано, что при температурах отжига выше 500°С наведённая анизотропия имеет сложное описание, базирующееся на учёте констант высокого порядка

3 Впервые продемонстрирована связь гистерезиса МИ эффекта и особенностей процессов квазистатического

перемашичивания цутем смещения доменных границ в аморфных и нанокристаллических лентах Выявлена одна из причин ГМИ гистерезиса при отклонении внешнего поля от оси ленты, состоящая в вовлечении доменных стенок в процесс перемашичивания Предложены приемы оценки и способы уменьшения гистерезиса МИ, состоящие в создании поперечной или продольной анизотропии с низкой дисперсией осей легкого намагничивания и выборе оптимальных параметров переменного тока возбуждения

4 На основе комплексного исследования особенностей магнитной анизотропии, процессов намагничивания, магнитной доменной структуры и магнитного импеданса пленок Со64 5ре2.5Сгз31,5В!5 показано, что отжиг в переменном поле обеспечивает наиболее однородное магнитное состояние объектов и высокий эффект ГМИ В узких образцах, подвергнутых термомагнитной обработке (ТМО) в переменном поле, в результате конкуренции индуцированной магнитной анизотропии и анизотропии формы возникает характерная Б-образная магнитная доменная структура, параметры которой зависят от температуры ТМО На примере пленок пермаллоя показано, что в низкочастотной области тока возбуждения эффект анизотропного магнитосопротивления приводит к появлению сильного гистерезиса комплексного сопротивления В высокочастотной области вклад МР гораздо меньше вклада МИ и им можно пренебречь

5 Впервые установлены закономерности перестройки доменной структуры в процессе квазистатического перемашичивания ГМИ-сэндвича РеМ1/Си/Ре№/Си/Ре№/Си/Ре№ прямоугольной формы с осью легкого намагничивания перпендикулярной длинной оси образца При намагничивании вдоль ОЛН в малых полях изменения доменной структуры и суммарного магнитного момента связаны с зарождением доменов в форме «заплат» вблизи медного токовода При ориентации внешнего поля поперек ОЛН процесс перемашичивания включает вращение векторов намагниченности вблизи токовода Установлено, что в ГМИ-сэндвичах в отличие от аморфных лент отклонение внешнего поля от направления протекания тока в плоскости пленочной наноструктуры не вызывает существенного

изменения ГМИ гистерезиса Зависимость Ь2.1Ъ в углах до 45° удовлетворительно описывается функцией совос, а в интервале углов от 45 до 90° - функцией сое3«.

6 Впервые путем численного расчета получены частотные зависимости МИ эффекта в магнитонеоднородных прямоугольных проводниках с многослойной структурой и со структурой МИ-сэндвича Установлено качественное сходство этих зависимостей для обоих типов объектов Показано, что процессы релаксации доменных границ могут существенно влиять на величину МИ эффекта, приводя к его резкому снижению при больших временах релаксации.

7 Установлены основные закономерности ТМО в постоянном и переменном магнитных полях для проволок Ре№/СиВе и Ре№Со/СиВе Найдены способы управления эффективной магнитной анизотропией, величиной и гистерезисом магнитного импеданса, определены оптимальные условия обработок для получения большой чувствительности ГМИ в определенных полевых интервалах Предполагается, что важную роль в эффекте ТМО в переменном поле играет формирование оптимальной анизотропии при отсутствии стабилизации доменных границ ТМО в переменном поле впервые был применен по отношению к ГМИ материалам разного типа авторами этой работы Предложена модель для описания частотной зависимости поля максимума импедансного отношения

8 В проволоках типа РеМСо/СиВе путем термомагнитной обработки впервые получено состояние магнитной бистабильности Установлено, что величина поля старта в бистабильном состоянии зависит от состава, параметров термомагнитных воздействий и длины проволоки Минимальная длина, при которой в исследованных объектах существует бистабильное состояние (5мм) существенно меньше, чем в аморфных или нанокристаллических проволоках

9 Впервые определены закономерности микроволнового поглощения в малых полях, ФМР и ФМАР для Ре№Со/СиВе и Ре№/Ре№Со/СиВе проволок с разной эффективной анизотропией Для описания явления поглощения предложена соответствующая модель В геометрии, при которой микроволновое магнитное поле

ориентировано параллельно оси проволоки, расстояние между пиками на кривых мощности микроволнового поглощения в малых полях близко к удвоенной величине коэрцитивной силы

10 Установлены основные закономерности нелинейного магнитного импеданса в БеСоМ/СиВе проволоках разного состава Обнаружены сильная зависимость ГМИ отношения от величины высокочастотного тока Расчетным путем показано, что наблюдаемые особенности нелинейного МИ связаны с повышенной чувствительностью магнитной системы к циркулярному магнитному полю вблизи спин-переориенхационного перехода Получены очень высокие величины-МИ отношения (до 1200%) и чувствительности-МИ отношения (до 4500%/Э)

11 Создан ряд новых физико-технических решений, направленных на практическое использование явления гигантского магнитного импеданса

- показана возможность уменьшения размера ГМИ-датчика малого поля на основе аморфной ленты до нескольких миллиметров при использовании чувствительного элемента в форме торроида,

- в лентах СоРейгВ, подвергнутых специальному отжигу, обнаружена резкая зависимость формы второй гармоники ГМИ от угла приложения внешнего поля, которая позволяет сконструировать детектор ориентации;

- предложена новая конструкция датчика магнитного поля на основе двух чувствительных элементов в виде аморфных лент в симметричной конфигурации под углом 15° между их осями, которая обладает откликом, не зависящим от ориентации внешнего поля в интервале углов от 0 до 45° и от частоты в интервале от 2 до 6 МГц,

- предложена концепция нового типа биодатчиков детектирование с использованием высокочувствительного эффекта ГМИ

12 Установлен ряд закономерностей в поведении магнитных суспензий, используемых в биомедицинских датчиках на основе ГМИ

- обнаружены и смоделированы элементы организации в системе суперпарамапштных сфер БупаЬеаск М-480 при приложении внешнего магнитного поля,

- показана возможность использования явления микроволнового поглощения как эффективного способа оценки формы и способности к магнетоабсорбции наночастиц с низкой (Ь'езОд) и с высокой (CosoNi2o) магнитокристаллической анизотропией,

- разработаны новые статистические методики исследования особенностей распределения суспензии Dynabeads® М-450 на магнитных и слабомагнитных поверхностях разного типа

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Перечень публикаций по теме диссертации в ведущих рецензируемых научных журналах

1 А.В Свалов, Г В Курляндская, X Хаммер, ПА. Савин, О И Тутынина Изменение «закритического» состояния пленок Ni75F е ! бСи2Мо4, полученных радиочастотным напылением// ЖГФ -2004 -Т 74, вып.7 -С 62-65

2 H Hammer, G V Kurlyandskaya Colloid-SEM method for domain structure observation hi magnetic tapes and cards// Phys Met Metall -2001 -V 92, Suppl 1 -S57-S61

3 J L Muñoz, G V Kurlyandskaya, J M Barandiarán, A.P Potapov, V A Lukshina, M Vázquez Anisotropy distribution and magnetoimpedance in stress annealed nanocrystalline and amorphous ribbons//Phys Met Metall -2001 -V 91 Supl 1 -S139-S142

4 GV Kurlyandskaya, H García-Miquel, A.V Svalov, VO Vas'kovskiy, M Vazquez Magnetic bistability of NiFeCo electroplated wires//Phys Met Metall-2001 -V91 -Supl 1 -S125-S128

5 E Kisker, GV Kurlyandskaya, HP Yakabchuk, VO Vas kovskiy, N G Bebenm High harmonics generation m electroplated FeNi wire showing giant magnetoimpedance// Phys Met Metall -2001 -V91 -Suplí -S129-S132

6 Г В Курляндская, M Баскес, Дж Маккорд, Дж JI Муньез, Д Гарсия, А.П Потапов Магнитная струмура и магаитоимпедансный эффект в аморфных лентах на основе кобальта, отожженных под растяжением, с различной величиной наведенной магнитной анизотропии// ФММ -2000 -Т 90,N 6 -С 2734

7 Н В Дмитриева, Г В Курляндская, В А. Лукпгана, А П Потапов Наведенная магнитная анизотропия, вызванная отжигом под нагрузкой аморфного сплава на основе кобальта, и ее термическая стабильность// ФММ -1998 -Т 86,N 3 -С 58-64

8 Г В Курляндская, Н В Дмитриева, А. П Потапов, В А Лукпшна, Л М. Воронова, И В Гервасьева, Н Г Бебенин Магнитная анизотропия, наведенная в результате термомеханической обработки аморфного сплава Fe3Co67Cr3Si15B12// ФММ -1997 -Т 83,N 5 -С 41-46

Перечень публикаций по теме диссертации в зарубежных - журналах и изданиях, входящих в список ВАК 1 G V Kurlyandskaya, V Fal Miyar Surface Modified Amorphous Ribbon Based Magnetoimpedance Biosensor// Biosensors & Bioeleetromcs -2007 - V 9-10 - P 2341-2345

1 G V Kurlyandskaya, V Fal Miyar, A Saad, E Asua, J Rodriguez Giant magneetoimpedance a label free option for surface effect monitoring// J AppL Phys -2007 -V 101 -P 054505/1-054505/9

2 GV Kurlyandskaya, SM. Bhagat, С Luna, M Vazquez Microwave absorption of nanoscale CoNi powders// J Appl Phys -2006 -V 99 -P 104308/1-104308/5

3 A Garcia-Arnbas, A Saad, I Orue, GV Kurlyandskaya, JM Barandiaran, J A Garcia Non-linear magnetoimpedance m amorphous ribbons// Sensors and Actuators A-2006 -V 129 -P 275-278

4 GV Kurlyandskaya, VI Levit Advanced Materials for Drug delivery and Biosensors based on Magnetic Label Detection// Materials Sci and Eng С -2006 - V 3 -P 495-503

5 V Fal-Miyar, GV Kurlyandskaya, J A Garcia, L Elbaile, RD Crespo, M Tejedor Surface magnetic properties of Co69Fe4Sii5Bn when DC and AC currents flow through the ribbon// J Magn. Magn Mater -2006 -V 304 -e853-e855

6 H Garcia-Miquel, G V Kurlyandskaya, V Levit Magnetic properties of electroplated wires covered by ferrofluid// J Magn Magn Mater -2006 -V 300 - e55-e58

7 G V Kurlyandskaya, VI Levit Magnetic Dynabeads detection by sensitive element based on giant magnetoimpedance// Biosensors & Bioelectronics -2005 -V 20 -P 1611-1616

8 GV Kurlyandskaya, F Alves, B Ahamada, R Barrue, AV Svalov,

V O Vas kovskiy Domain structure and magnetization process of giant magneto- impedance geometry FeNi/Cu/FeNi(Cu)FeNi/Cu/FeNi sensitive element// J Phys Cond Matter -2004 -V 16 -P 6561-6568

9 H García-Miquel, S M Bhagat, S E Lofland, G V Kurlyandskaya, A V Svalov Ferromagnetic resonance m FeCoNi electroplated wires// J Appl Phys -2003 -V 94 -P 1868-1872

10 G V Kurlyandskaya, M.L Sánchez, B Hernando, P Gorria, VM Pnda, M Tejedor Giant-magnetoimpedance-based sensitive element as a model for biosensors//Appl Phys Lett -2003 -V 82 -P 3053-3055

11 VM Prida, P Gorria, GV Kurlyandskaya, ML Sánchez, B Hernando, M Tejedor Magnetoimpedance effect in nanostructured soft ferromagnetic alloys// Nanotechnology -2003 -V 14 -P 231-238

12 B Hernando, V Pnda, ML Sánchez, P Gorria, GV Kurlyandskaya, M Tejedor, M Vazquez Magnetoimpedance effect in Co-rich metallic glasses// J Magn. Magn. Mater -2003 -V 258-259 -P183-188

13 JL Muñoz, JM Barandiaran, GV Kurlyandskaya, A. García-Arribas Magnetoimpedance simulations m wire and tubes// J Magn Magn Mater -2002) - V 249 -P 319-323

14 GV Kurlyandskaya, JL Muñoz, JM Barandiaran, A García-Arribas, AV Svalov, VO Vas'kovskiy Magnetoimpedance of sandwiched films experimental results and numerical calculations// J Magn Maga Mater -2002 -V -242-245 (PI) -P 291-293

15 JM Barandiaran, A Garcia-Arribas, JL Muñoz, GV Kurlyandskaya, R Valenzuela Domain wall permeability limit for the giant magnetoimpedance effect// J Appl Phys -2002 -V 91 -P 74517453

16 GV Kurlyandskaya, H García-Miquel, M Vázquez, A V Svalov,

V O Vas'kovskiy Longitudinal Magnetic bistability of electroplaterd wires// J Maga Magn Mater -2002 -V 249 -P 34-38

17 GV Kurlyandskaya, E Kisker, H Yakabchuk,NG Bebemn Nonlinear giant magnetoimpedance// J Mago. Maga Mater -2002 -V 240 -P 206-208

18 GV Kurlyandskaya, H Yakabchuk, E Kisker, NG Bebemn, H García-Miquel, M Vázquez, VO Vas'kovskiy Very large magnetoimpedance effect in FeCoNi ferromagnetic tubes with high order magnetic amsotropy// J Appl Phys -2001 -V 90 -P 6280-6286

19 M. Tejedor, B Hernando, ML Sánchez, VM Prida, GV Kurlyandskaya, D Garcia, M. Vázquez Frequency dependence of hysteretic magnetoimpedance in CoFeMoSiB amorphous ribbons// J Magn Magn. Mater -2000 -V 215-216 -P 425-427 20. G V Kurlyandskaya, J M Barandiarán, M. Vázquez, D Garcia, J Gutiérrez, V O Vas'kovskiy, VN Lepalovsky The magnetoresistance contribution to the total magneto- impedance of thin films a simple model and experimental basis// J Magn Magn Mater-2000-V 215-216-P 516-518

21 GV Kurlyandskaya, JM Barandiarán, M Vázquez, D Garcia, Dimtrieva NV Influence of geometrical parameters on the giant magnetounpedance response m amorphous ribbons// J Magn Magn Mater -2000 -V 215-216 -P 740-742

22 G V Kurlyandskaya, J M Barandiarán, D Garcia, J L Muñoz, M Vázquez, J Gutiérrez, VO Vas'kovskiy Frequency dependence of giant magnetoimpedance effect in CuBe/CoFeNi plated wire with different types of magnetic amsotropy// J Appl Phys -2000 -V 87 -P 4822-4824

23 GV Kurlyandskaya, M Vázquez, JL Muñoz, D Garcia, J McCord Effect of induced magnetic amsotropy and domain structure features on Magneto impedance m stress annealed Co-rich amorphous ribbons// J Magn Magn. Mater 1999 -V 197 -P 259-261

24 N V Dmitrieva, G V Kurlyandskaya, V A Lukshina, AP Potapov The recovery kinetics of the magnetic amsotropy induced by stress annealing of the amorphous Co-based alloy with low Cune temperature// J Magn Magn Mater 1999 -V 197 -P 320-321

25 G V Kurlyandskaya, J M Barandiarán, J Gutiérrez, D Garcia, M Vázquez, VO Vas'kovskiy Magneto-impedance effect m CoFeNi platal wire with ac annealing destabilized domain structure// J Appl Phys -1999 -V 85 -P 5438-5440

26 D Garcia, J L Muñoz, G V Kurlyandskaya, M Vazquez, M All, MRJ Gibbs Induced amsotropy, magnetic domain structure, and magnetoimpedance effect in CoFeB amorphous thin films// J Magn Magi Mater.-1999 -V 191 -P 339-344

27. D Garcia, G V Kurlyandsikaya, M Vazquez, F I Toth, L K Varga Influence of field annealing on the hysteretic behaviour of the giant magnetoimpedance effect of Cu wires covered with Ni80Fe20 outer shells// J Magn Magn Mater -1999 -V 203 -P 208-210

28 GV Kurlyandskaya, JM. Garcia-Beneytez, M. Vazquez, JP Sinnecker, VA Lukshma, A.P Potapov The influence of field- and stress- induced magnetic amsotropy on the magnetoimpedance m nanocrystallme FeCuNbSiB alloys// J Appl Phys-1998-V 83-P 65816583

29 JP Sinnecker, P Tiberto, GV Kurlyandskaya, EHCP Sinnecker, M. Vazquez, A Hernando Hysteretic giant magnetoimpedance// J Appl Phys -1998 -V 84 -P 5814-5816

30 G V Kurlyandskaya, N V Dmitneva, T Ye Zayarnaya, V A Lukshrna, AP Potapov The termomechamcal treatment of an amorphous Co-based alloy with low Cune temperature// J Magn Maga Mate -1996 -V 160 -P 307-308

Перечень публикаций no теме диссертации в рецензируемых научных журналах и изданиях, не входящих в список ВАК

1 A Saad, J A Garcia, J D Santos, L Elbaile Influence of the residual stresses and their relaxation on the giant magnetoimpedance of CoFeSiB metallic glasses//Jpa J Appl Phys - 2005 - 44 - P 4939-4044

2 GV Kurlyandskaya, VM Pnda, В Hernando, J.D Santos, ML Sánchez, M Tejedor GMI sensitive element based on commercial Vitrovac amorphous ribbon// Sensors and Actuators A -2004 -V -110 -P 228-231

3 GV Kurlyandskaya, A García-Ambas, JM Barandiaran Advantages of non-linear giant magnetoimpedance for sensor applications// Sensors and Actuators A-2003 -V -106 -P 134-139

4 ML Sánchez, G V Kurlyandskaya, В Hernando, VM Pnda, JD Santos, ML Tejedor Very high GMI effect in commercial Vitrovac®amorphous ribbons, Sensors and Actuators A -2003 -V -106 -P 195-198

5 MA Cerdeira, GV Kurlyandskaya, A Fernandez, M Tejedor, H Garcia-Miquel Giant magnetoimpedance effect in surface modified CoFeMoSiB amorphous ribbons// Chin. Phys Lett-2003 -V20,№12 -P 2246-2249

6 ML Sánchez, V M Pnda, В Hernando, G V Kurlyandskaya, J D Santos, M Tejedor, M Vázquez Magnetostnction dependence of the relaxation frequency in the magneto-impedance effect for amorphous and nanaocrystalhne ribbons// Chin Phys Lett-2002-V 19Л 12-P 1870-1873

7 JM Barandiaran, A García-Arribas, JL Muñoz, GV Kulandskaya,Influence of magnetization processes and device geometry on the GM3 effect// IEEE Trans Magn -2002 -V 38,N 5 -P 3051-3056

8 G V Kurlyandskaya, A García-Arribas, J M Barandiarán, E Kisker Giant magnetoimpedance strip and coil sensors// Sensors and Actuators A-2001-V 91-P 116-119

9 GV Kurlyandskaya, JM Barandiaran, H García-Miquel, M Vázquez, VO Vas'kovskiy, AV Svalov High frequency and magnitoelectncal properties of magnetoresistive memory element based on FeCoNi/TiN/FeCoNi film// Buletin de Sociedad Española de Cerarmca y Vidrio -2000 -V 39,N 4 -P 581-583

10 M Vazquez, GV Kurlyandskaya, JM Garcia-Beneytez, JM Barandiaran, JP Sinnecker, VA Lukshma, AP Potapov Frequency dependence of the magnetoimpedance in nanocrystalhne FeCuNbSiB alloy with high value of the transverse stress-induced magnetic amsotropy// IEEE Trans Magn-1999 -V 35,N 5 -P 3358-3360

11 M Vazquez, JP Sinnecker, GV Kurlyandskaya Hysteretic behaviour and amsotropy fields in magneto-impedance effect// Mater Sci Farum-1999 -V 302-303 -P 209-218

12 JM Barandiaran, GV Kurlyandskaya, M. Vazquez, J Gutiérrez, D Garcia, JL Muñoz A simple model of the magnetoresistance contribution to the magnetoimpedance effect m thin films// Phys Stat Sol (a) -1999 -V 171 -R3

13 G V Kurlyandskaya, M. Vázquez, E A Sinnecker, A P Zhukov, J P Sinnecker, A Hernando, M. El Ghanmmi Influence of various heat treatments on giant magneto-impedance effect in nanocrystalline FeSiBNbCu ribbons// Text Microstr -1999 -V 32 -P 269-279

14 M Tejedor, В Hernando, ML Sanchez, VM Pnda, GV Kurlyandskaya, D Garcia, M Vazquez Low hysteretic magnetoimpedance m nearly zero magnetostrictive amorphous aEoys for magnetic field sensors// Química Analítica -1998 -V 18,SupLl -P 83-86

15 D Garcia, JL Muñoz, G V Kurlyandskaya, M Vazquez, M All, M R J Gibbs Magnetic domains and transverse induced amsotropy in magnetically soft CoFeB amorphous thin films// IEEE Trans Maga-1998 -V 34,N 4 -P 1153-1155

16 M Vazquez, GV Kurlyandskaya, JL Muñoz, A Hernando, N V Dmitneva, VA Lukshina, AP Potapov Giant magneto-impedance

effect in stress annealed Co-rich amorphous ribbons// J Phys IV -1998 -V 8 -P 143-146

17 G V Kurlyandskaya Giant Magnetoimpedance for sensor applictions// Encyclopedia of Sensors - Edited by Grimes С A., Dickey EC,

and Pishko MV American Scientific Publishers, 2006 - V4 - P 205237

18 В Hernando, P Gorria, ML Sánchez, VM Pnda, GV Kurlyandskaya Magaetoimpedance in nancrystalhne alloys// Encyclopedia of Nanotechnology - American Scientific Publishers -2004 -V 4 -P 949-966

Список использованных источников

1 Антонов А С , Гадецкий С Н, Грановский А Б, Дьячков А. Л, Парамонов В П, Перов Н С, Прокошин А Ф, Усов Н А., Лагарьков АН Гигантский магнитоимпеданс в аморфных и нанокристаллических мультислоях// ФММ - 1997 - Т 83 - №6 -С 61-71

2 Usov NA., Antonov A.S, Lagar'kov AN Theory of giant magnetoimpedance effect in amorphous wires with different types of magnetic amsotropy// J Magn Maga Mater 185, 159-173, 1998

3 Gromov A, Koremvski V Electromagnetic analysis of layered magnetic/conductor structures J Phys D Appl Phys 33 (2000) 773779

4 Chiriac H, Herea D D, Corodeanu S Microwire array for giant magneto-impedance detection of magnetic particles for biosensor prototype J Magn Magn Mater, 311, 2007, 425-428

5 Harrison E P , Turney G L , Rowe H An impedance magnetometer// Nature- 1935-№135-P 961

6 Harrison E P, Turney G L, Rowe H, Gollop H The electrical properties of high permeability wires carrying alternating current// Proc Roy Soc - 1936 - V 157 - №891 -P 451-479

7 L D Landau, E M Lifshitz, Electrodynamics of Continuous Media, Pergamon, New York, 1975

8 Makhotkin V E , Shurukhin В P , Lopatin V A., Marchukov P Yu, Levin Yu К Magnetic field sensors based on amorphous ribbons// Sensors and Actuators A.- 1991 - V 27 - P 759-762

9 Pamna L V, Mohri К, Bushida К, Noda M Giant magneto-impedance and magneto-inductive effects m amorphous alloys// J Appl Phys - 1994 - V 76 - P 6198-6203

10 Beach R.S and Berkowitz AE Giant magnetic field dependent impedance of amoiphous FeCoSiB wire// Appl Phys Lett - 1994 -V 64-P 3652-3654

11 Masumoto T , Ohnaka I, Inoue A, Hagiwara M Production of Pd-Cu-Si amoiphous wires by melt spinning method usmg rotating water// Scnpta Metall -1981 - V 15 - P 293-296

12 Хандрих К, Кобе С Аморфные ферро- и ферримагнетики Пер с нем -М. Мир, 1982 - 293 с

13 Humphrey- F В, Mohri К, Yamasaki J, Kawamura Н, Malmhall L , Ogasawara I Re-entrant magnetic flux reversal in amorphous wires // Proceedings of Symposium on Magnetic Properties of Amorphous Metals - Edited by Hernando A, Madurga, V, Sanchez, M С and Vazquez, M et al - Amsterdam Elsevier, 1987 - P 110-115

14 Глазер А А, Клейнерман H M, Лукшина В А, Потапов АП, Сериков В В Термомеханическая обработка нанокристаллического сплава Fe73 3CuiNb3Sii3 5В9//ФММ - 1991 - №12 - С 56-61

15 Baselt D R., Lee G U, Natesan M, Metzger S W, Sheehan P E , Colton RJ Biosensor based on magnetoresistance technology// Biosensors and Bioelectromcs - 1998 - V 13 - P 731-739

16 Beach, R.S, Smith, N, Piatt CL, Jeffers F, Berkowitz AE, Magneto-impedance effect in NiFe plated wire // Appl Phys Lett-1996 -68 (19) 2753-2755

Подписано в печать № О^.сШ^ Формат 60x84 1/16 Бумага типографская Объем 2,5 п л Тираж 100 Заказ Екатфинбург, К-83, пр Ленина, 51 Типолаборатория УрГУ

ВВЕДЕНИЕ

1. ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССОВ НАМАГНИЧИВАНИЯ,, ЛИНЕЙНЫЙ 22 ГМИ И НЕРЕЗОНАНСНОЕ МИКРОВОЛНОВОЕ ПОГЛОЩЕНИЕ В КОМПОЗИЦИОННО ОДНОРОДНЫХ ПЛАНАРНЫХ СТРУКТУРАХ (НА ПРИМЕРЕ АМОРФНЫХ И НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ БЫСТРОЗАКАЛЕННЫХЛЕНТ)

1.1. Краткий обзор экспериментальных и теоретических результатов, 24 относящихся к эффекту ГМИ в однородных ферромагнетиках

1.2. Методики получения и аттестация образцов в виде лент

1.2.1. Способы получения и общая характеристика образцов в виде 30 аморфных лент

1.2.2. Способы получения и общая характеристика образцов в виде 32 лент с наноструктурой

1.2.3. Термические, термомагнитные, термомеханические и 34 механические обработки быстро закаленных лент с целью получения заданного структурного состояния и определенной магнитной анизотропии

1.2.4. Методы исследования структуры

1.2.5. Методы исследования магнитных свойств, магнитострикции и 38 магнитной анизотропии

1.2.6. Наблюдение магнитной доменной структуры

1.2.7. Методы измерения резистивных свойств

1.2.8. Метод гомодинного спектрометра для исследования резонансного и нерезонансного поглощения в микроволновом 43 диапазоне

1.2.9. Обобщение

1.3. Аморфные ленты Соб9ре48115В12 44 1.3.1 Ленты Со69ре48115В12, быстрозакаленные в присутствии магнитного поля или без него

1.3.2. Ленты Со69ре48г]5В12, быстрозакаленные при отсутствии магнитного поля и прошедшие дополнительную термическую 50 обработку

1.3.3. Модель релаксации напряжений

1.3.4. Обобщение

1.4. Аморфные ленты СоРеМо81В

1.4.1. Быстрозакаленные аморфные ленты СоРеМо81В после 56 релаксационного отжига

1.4.2. Быстрозакаленные аморфные ленты СоРеМо81В после отжига 58 под нагрузкой

1.4.3. Обобщение

1.5. Аморфные ленты СоРеСг81В 61 1.5.1. Структура, магнитные свойства и магнитострикция лент

СоБеС^В в исходном состоянии и прошедших термообработки

1.5.2. Проблема магнитной анизотропии высокого порядка и 63 определение констант анизотропии по кривым намагничивания в модели пластины

1.5.3. Сравнительное исследование магнитной доменной структуры и 68 ГМИ в образцах с различными особенностями магнитной анизотропии

1.5.4. Угловая зависимость ГМИ

1.5.5. Микроволновое поглощение в аморфных лентах на основе 82 кобальта

1.5.6. Обобщение

1.6. Нанокристаллические ленты БеСиМ^В

1.6.1. Структура, магнитные свойства, магнитная анизотропия, 86 магнитострикция и ГМИ нанокристаллических лент Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B и Fe73.5Cu1Nb3Sii6.5B6, прошедших термообработки и термомагнитные обработки в специальных режимах

1.6.2. Влияние особенностей магнитной анизотропии, созданной 90 термообработкой, термомагнитной или термомеханической обработками, на ГМИ нанокристаллических лент Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B

1.6.3. Частотная зависимость эффекта ГМИ в нанокристаллических 92 лентах Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9 с высокой поперечной анизотропией, созданной термомеханической обработкой

1.6.4. Обобщение

1.7. Эффект ГМИ и магнитный гистерезис. Способы снижения гистерезиса

2. ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССОВ НАМАГНИЧИВАНИЯ 118 МАГНИТОТРАНСПОРТНЫЕ СВОЙСТВА И РЕЗОНАНСНОЕ МИКРОВОЛНОВОЕ ПОГЛОЩЕНИЕ В КОМПОЗИЦИОННО ОДНОРОДНЫХ И НЕОДНОРОДНЫХ ПЛАНАРНЫХ СТРУКТУРАХ СНА ПРИМЕРЕ ОДНОСЛОЙНЫХ И МНОГОСЛОЙНЫХ ТОНКИХ ПЛЕНОК НА ОСНОВЕ ГеШ mu CoSiB)

2.1. Краткий обзор экспериментальных и теоретических результатов ГМИ в 118 многослойных плоских ферромагнетиках

2.2. Методики получения и аттестации образцов в виде тонких пленок и 122 многослойных структур

2.2.1. Способы получения и общая характеристика тонких пленок, 123 многослойных структур и пленочных структур в конфигурации «чипа», адаптированных для случая ГМИ

2.2.2. Дополнительные методы контроля и исследования структуры, 129 используемые в случае пленочных образцов

2.2.3. Дополнительные обработки пленочных образцов с целью

1.8. Эффект ГМИ и явление магнитострикции

1.9. Эффект ГМИ и распределение локальных осей анизотропии

1.10. Выводы к разделу 1 Литература к разделу получения заданного структурного и магнитного состояния

2.2.4. Магнитные свойства и особенности магнитной анизотропии

2.2.5. Наблюдение магнитной доменной структуры

2.2.6. Методы измерения резистивных свойств

2.2.7. Метод гомодинного спектрометра, адаптированный для 131 исследования тонких пленок

2.2.8. Обобщение

2.3. Оптимизация особенностей анизотропии и магнитных свойств тонких 134 пленок и многослойных структур для получения устойчивого и высокочувствительного эффекта ГМИ

2.3.1.Тонкие пленки №75ре1бСи5Мо4 и контроль их «закритического» 134 состояния

2.3.2. Тонкие пленки Со76Ре4В2о, зависимость их магнитной 140 анизотропии, магнитных свойств и ГМИ от условий напыления и последующих термообработок

2.3.3. Доменная структура и процессы намагничивания многослойной 146 структуры Ре№/Си/Ре№/Си/Ре№/Си/Ре№ (геометрия ГМИ-сэндвича)

2.3.4. Использование ферромагнитного резонанса пленок Ре19№81 и 156 БеМ/Си/РеМ для оценки особенностей их анизотропии и магнитного состояния

2.3.5 Магнитоимпеданс в многослойных пленках Ре№/Си/Ре№ и 160 РеМ/81/Си/81/Ре№: экспериментальные результаты и численный модельный расчет

2.3.6. Угловая зависимость эффекта МИ

2.3.7. Магнитные, магниторезистивные свойства и ГМИ тонких пленок 170 Ре|9№8| и чувствительного элемента в виде «чипа», состоящего из набора квадратных РеСо№/Т11Ч/РеСо№ элементов

2.3.8. Магнитные, магниторезистивные свойства и ГМИ тонких пленок 174 Ре19№8х и чувствительного элемента в виде «чипа», состоящего из набора линейных Ре№/Си/Ре№ элементов

2.3.9. Обобщение

2.4. Влияние процессов намагничивания и геометрических параметров на 176 чувствительность ГМИ в ферромагнитных средах

2.5. Выводы к разделу 2 178 Литература к разделу

3. ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССОВ НАМАГНИЧИВАНИЯ ЛИНЕЙНЫЙ 187 ГМИ РЕЗОНАНСНОЕ И НЕРЕЗОНАНСНОЕ ПОГЛОЩЕНИЕ В МИКРОВОЛНОВОМ ДИАПАЗОНЕ В КОМПОЗИЦИОННО

НЕОДОРОДНЫХФЕРРОМАГНИТНЫХСТРУКТУРАХ

ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ГЕОМЕТРИИ (НА ПРИМЕРЕ СиВе/ГеШ И СиВе/ГеСоЖ ЭЛЕКТР РОСАЖДЕННЫХ ПРОВОЛОК)

3.1. Краткий обзор экспериментальных и теоретических результатов 187 линейного ГМИ в композиционных образцах цилиндрической геометрии типа «ферромагнитная пленка/высокопроводящая не ферромагнитная основа»

3.2. Получение и аттестация электроосажленных проволок с различной 188 магнитной анизотропией

3.2.1. Структура и магнитные свойства электроосажденных проволок 188 CuBe/FeNi, CuBe/FeCoNi и композиционных материалов CuBe/FeCoNi/FeNi, прошедших и не прошедших дополнительные обработки

3.2.2. Явление магнитной бистабильности

3.2.3. Свойства электроосажденных проволок, покрытых слоем 195 феррожидкости

3.2.4. Резонансное и нерезонансное микроволновое поглощение в 200 электроосажденных проволоках FeCoNi/CuBe и аморфных лентах CoFeCrSiB в микроволновом диапазоне

3.2.5. Обобщение

3.3. Гигантский магнитный импеданс в электроосажденных проволоках в 212 зависимости от особенностей наведенной магнитной анизотропии

3.3.1. Зависимость величины эффекта ГМИ от частоты возбуждающего 212 тока

3.3.2. Зависимость величины эффекта ГМИ от амплитуды 214 возбуждающего тока в условиях относительно низких амплитуд

3.3.3. Модели ГМИ в геометрии проводящего цилиндра с 219 поверхностным ферромагнитным слоем

3.3.4. Обобщение

3.4. Выводы к разделу 3 222 Литература к разделу

4. НЕЛИНЕЙНЫЙ ГМИ В КОМПОЗИЦИОННО НЕОДОРОДНЫХ 228 ФЕРРОМАГНИТНЫХ СТРУКТУРАХ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ГЕОМЕТРИИ (НА ПРИМЕРЕ CuBe/FeNi И CuBe/FeCoNi ЭЛЕКТРООСАЖДЕННЫХ ПРОВОЛОК И АМОРФНЫХ ЛЕНТ НА ОСНОВЕ КОБАЛЬ ТА)

4.1. Краткий обзор экспериментальных и теоретических результатов для 228 случая нелинейного ГМИ

4.2. Методические особенности измерения нелинейного ГМИ

4.3. Нелинейный ГМИ в электроосажденных проводах CuBe/FeCoNi

4.3.1. Нелинейный ГМИ в электроосажденных проводах 231 CuBe/Fe2oCo6Ni74 в исходном состоянии и после термомагнитной обработки

4.3.2. Модельный расчет магнитной проницаемости для случая 240 нелинейного возбуждения вблизи спин-переориентационного фазового перехода

4.3.3. Нелинейный ГМИ в электроосажденных проволоках СиВе/ 243 Fe2oCoi6Ni

4.4. Нелинейный ГМИ в аморфных лентах на основе кобальта 245 4.4. Обобщение 247 4. 5. Выводы к разделу

Процессы намагничивания, магнитотранспортные и транспортные свойства низкоразмерных и наноструктурированных систем представляют собой новую область научного знания, которая активно формировалась в последнее десятилетие на границах между физикой конденсированного состояния, физикой магнитных и электрических явлений и физикой магнитных материалов. Эта область не просто продолжает активно развиваться и сегодня, что подтверждается растущим числом соответствующих публикаций, патентов и внедрений, в ней возникают новые направления, которые либо уже находятся в процессе выделения в самостоятельные научные сферы, либо обладают таким потенциалом. Область, о которой идет речь - это магнитоэлектроника [1-2]. Первоначально под ней понимали направление научного знания и новых технологий, ставящую своей главной задачей разработку систем, сочетающих в себе низкоразмерные магнитные элементы и обычную полупроводниковую электронику, обладающих новыми или существенно расширенными функциональными особенностями.

Считается, что главным событием, стимулировавшим начало выделения магнитоэлектроники в самостоятельную и приоритетную область, стало открытие гигантского магниторезистивного эффекта (ГМР) в многослойных пленках Fe/Cr [3]. Магнеторезистивный эффект состоит в изменении электрического сопротивления магнитного материала под воздействием внешнего магнитного поля [4]. Анизотропный магниторезистивный эффект (AMP) проявляется как зависимость электрического сопротивления от угла между направлением вектора намагниченности и направлением протекания электрического тока: приложение внешнего магнитного поля изменяет этот угол, а значит и электросопротивление. Эффект AMP - это прямое следствие спин -орбитального взаимодействия в ферромагнитных проводниках [4]. Он не просто был хорошо изучен еще до открытия ГМР, но именно AMP датчики слабого магнитного поля в свое время успешно заменили индукционные катушки в устройствах, работающих с использованием детектирования и контроля локальных магнитных полей [2, 5-6]. Максимальная величина AMP, полученная на пленках пермаллоя (железо-никелевого сплава) доходила до 4%. Наилучший результат, около 60%, достигнутый при комнатной температуре в ГМР материалах, существенно выше максимального, полученного для AMP [5, 7-8]. Именно поэтому очень высокий магниторезистивный эффект в неоднородных средах назвали гигантским магниторезистивным эффектом.

Гигантский магниторезистивный эффект наблюдался в обменно-связанных и обменно-несвязанных многослойных пленках, в пленочных структурах типа "спиновый вентиль", в многослойных нанопроводах и гранулированных структурах [3, 4, 7-12]. Во всех вышеупомянутых случаях основной механизм возникновения эффекта - это спин-зависимое рассеяние электронов проводимости. ГМР в многослойных пленках появляется из-за изменения угла между векторами намагниченности в соседних слоях. Например, в трехслойных пленках Fe/Cr/Fe (при определенных толщинах слоев хрома) обменное взаимодействие носит антиферромагнитный характер, что приводит к антипараллельному выстраиванию намагниченностей в соседних слоях железа. Приложение адекватного внешнего магнитного поля выстраивает намагниченности этих слоев по направлению поля, вызывая сильное снижение электросопротивления многослойной структуры, которое и называется ГМР [3].

Открытию гигантского магниторезистивного эффекта в 1988 году предшествовало подробное изучение обменного взаимодействия между магнитными слоями, разделенными немагнитной металлической прослойкой [13-15]. По широко распространенному мнению, наличие такой базы и сыграло важную роль в быстром получении экспериментальных и теоретических результатов, связанных с ГМР. Тем не менее, главным способствующим фактором стало существование хорошо отработанных технологий контролированного получения многослойных структур [16-18].

Явление ГМР относится к случаю, когда через ферро- или антиферромагнитно упорядоченный проводник протекает постоянный электрический ток. Изменение комплексного сопротивления ферромагнитного проводника Z(ü)) при протекании через него переменного тока высокой круговой частоты со в условиях приложения внешнего постоянного поля (#вн) называется явлением магнитоимпеданса. Для возбуждающего переменного тока/ = 10еш угловая частота (со = гдеf -обычная частота) и амплитудное значение тока /0 являются характеристическими параметрами. Возникающее падение напряжения — это переменная величина: U = Uo~icot. Общую величину импеданса можно рассчитать по обобщенному закону Ома как Z = Uli, имея в виду что Z(co) =

II О

Z | = R21 + | X21. Импеданс - это аналог электрического сопротивления, но для периодического возбуждающего сигнала [5, 19].

Явление магнитного импеданса (МИ) было открыто около 70 лет назад в работах Е.П. Харрисона с соавторами, выполненных на железо-никелевых проволоках [20-21]. Хотя авторы не только обнаружили сам эффект, который составлял чуть менее 20%, но и абсолютно верно его описали на основе изменения магнитной проницаемости мягкомагнитного материала и величины скин-слоя, явление МИ долгое время не вызывало интереса. Термин "магнитный импеданс" не использовался ни в этих первых публикациях, ни в первых расчетах проведенных позднее [22]. В той же самой геометрии, т.е. для цилиндрического однородного образца при приложении внешнего поля вдоль его оси, зависимость импеданса от величины этого поля была теоретически описана Л.Д. Ландау и Е.М. Лифшицем более 40 лет назад [22]. Авторы этой работы в разделе «Квазистатическое электромагнитное поле» для однородной среды с постоянной проводимостью (сг) и постоянной магнитной проницаемостью (//), начиная с уравнений Максвелла, получают выражение для импеданса цилиндрического образца с радиусом а и длины / без пренебрежения скин-эффектом:

Ш Т 1 шУо(^) с2 2 Лх(ка)

Где с - это скорость света, Le - внешняя часть самоиндукции провода, R — Una2 ст, к - (1 +i)/Sf a Jo(ka) и J\{ka) - функции Бесселя. В самом начале вывода этой формулы магнитная проницаемость принимается в рассмотрение:

Ал/иадМ т—Г~ы (2) однако далее делается оговорка (стр. 200 [22]), что для обычных парамагнитных и диамагнитных тел магнитная проницаемость близка к единице. Поэтому введение ее в расчет было бы ненужной детализацией. Хотя в цитируемой работе Л.Д. Ландау и Е.М. Лифшица магнитная проницаемость отсутствует в окончательном выражении для импеданса немагнитной проволоки, оно может быть легко переписано для случая магнитного цилиндрического проводника посредством введения магнитной проницаемости в выражение для скин-слоя. Таким образом, хотя авторы работы [22] не детализировали расчет импеданса цилиндрического проводника для случая магнитного проводника, их результаты послужили хорошей теоретической базой уже для первых работ по ГМИ [5, 23].

В 1991 году В.Е. Махоткин с соавторами создали высокочувствительный датчик малых магнитных полей с чувствительным элементом в виде аморфной ленты FeCoSiB, который работал на принципе изменения импеданса под воздействием внешнего магнитного поля [24]. Авторы этой работы, посвященной созданию конкретного прототипа датчика слабых полей, не обсуждали причины возникновения эффекта и не использовали термин "магнитный импеданс". Не был этот термин введен и в ранних работах группы К.Мори (в них говорилось о магнетоиндуктивном эффекте), ставших предвестниками открытия заново явления магнитоимпеданса в 1994 году [25-28].

Введение термина "гигантский магнитоимпедансный эффект" на первый взгляд кажется парадоксальным, т.к. термин "магнитоимпедансный эффект" не был введен до 1994 года. Возможно термин гигантский магнитоимпедансный эффект был использован по аналогии с термином гигантский магнеторезистивный эффект, чтобы подчеркнуть очень большую величину обнаруженного эффекта ГМИ. Можно, однако, предположить, что появление добавки "гигантский" в применении к магнитоимпедансному эффекту, МИ, связано с осознанием места этого эффекта.

Хотя уже первые эксперименты, в которых наблюдалось изменение импеданса пермаллоевых проволок при приложении внешнего поля, были объяснены на основе классического скин-эффекта и зависимости глубины скин-слоя от величины эффективной магнитной проницаемости, Е.П. Харрисон с соавторами так и не добились разработки устойчивой технологии приготовления проволок, гарантирующей повторяемые результаты по МИ [20-21]. К концу 90-х годов прошлого века появились более совершенные технологии производства проводящих материалов с высокой магнитной проницаемостью: быстрозакаленных аморфных лент и аморфных проволок [16, 29-30], которые и обеспечили высокую повторяемость ГМИ исследований и возможность контролируемой разработки ГМИ материалов.

Предполагают, что именно отсутствие развитых технологий производства МИ материалов и было причиной того, что после первого открытия в 1935 году МИ эффект был надолго забыт. Возвращаясь же к истории терминов МИ и ГМИ, можно предположить, что введение термина "гигантский магнитоимпедансный эффект" объясняется не только желанием привлечь особое внимание к явлению МИ, но и подчеркнуть, что это явление присуще всем магнитным проводникам, и эффект становится заметным при определенных условиях, накладываемых как на материал, так и на способ возбуждения. Принято говорить о ГМИ, когда величина эффекта превышает 100%, при величинах меньших, чем 100% речь ведется о МИ.

Выбор подходящих материалов и выяснение условий, при которых эффект ГМИ проявляется как гигантский, составляло задачи исследований физики магнитных явлений, прикладной электродинамики и радиоэлектроники на протяжении последних более чем 10 лет. Сейчас не вызывает сомнения, что ГМИ исследования и соответствующие технологии выделились в обширную самостоятельную область. В подтверждение этого можно привести некоторые факты: МИ тематика выделена в отдельные секции на многих конференциях и совещаниях, число ГМИ материалов продолжает увеличиваться (например, к известным в 1994 году проволокам пермаллоя, полученным волочением, аморфным лентам и проволокам добавились нанокристаллические ленты, микропроволоки в стеклянной оболочке, электроосажденные провода, многослойные пленочные структуры в специальных конфигурациях, и т.д.), эта тематика постоянно присутствует в ведущих журналах по прикладной физике и физике магнитных материалов, но главный аргумент в пользу выдвинутого тезиса - это примеры ГМИ устройств, доведенные до коммерческих разработок. Например, ГМИ датчик, вмонтированный в сотовый телефон, разработанный фирмой «Водафон», составляет неотъемлемую часть интерфейса при пользовании Системой глобальной ориентации (GPS) [5, 31].

На протяжении многих лет огромные усилия были приложены для разработки импедансных материалов с максимально большой величиной эффекта ГМИ. В то же время, опыт создания магнитных материалов других типов показывал, что величина эффекта является необходимым, но не достаточным условием для того, чтобы эффективно реализовать его потенциальные технические возможности. Помимо величины МИ эффекта, соответствующей изменению определенного параметра магнитного материала в интервале полей от максимального положительного до максимального отрицательного, очень важное значение имеет изменение этого параметра в пересчете на единицу прилагаемого магнитного поля. Такое изменение называется чувствительностью к внешнему магнитному полю [5, 32].

В качестве примера, иллюстрирующего важность этого параметра, можно привести случай оксидов марганца со смешанной валентностью, в которых наблюдается явление колоссального магнитосопротивления [2, 4, 33]. Хотя максимальное изменение магнитосопротивления в этих материалах достигает сотен процентов, применение их в электронике очень маловероятно. Во-первых, это изменение достигается в больших полях, создание которых само по себе нежелательно или невозможно в миниатюрных электронных устройствах. Во-вторых, чувствительность к внешнему магнитному полю из-за большой величины полей оказывается не выше чувствительности эффекта AMP в пермаллое. Для сравнения можно сказать, что максимальная достигнутая к настоящему моменту чувствительность, составляет примерно 2%/Ое для ГМР и 220%/0е для ГМИ материалов. Именно высочайшая чувствительность ГМИ к внешнему магнитному полю является основой использования ГМИ структур в датчиках малых полей. Она также стала базой исследований в области совершенно новых технологических приложений ГМИ - например, для детектирования магнитных маркеров в особых режимах при их малой концентрации [5]. На первый взгляд, казалось бы, чисто технологическая задача, на самом деле поставила принципиально новые вопросу о динамическом поведении системы, состоящей из нескольких магнитных объектов, обладающих разными свойствами.

В большинстве случаев чувствительность к внешнему магнитному полю не является постоянной, а зависит от величины поля. Это свойство, важное для определения функциональных параметров конкретного электронного устройства, отражает такую фундаментальную особенность ферромагнетиков как зависимость процессов намагничивания и магнитной проницаемости от величины внешнего поля. Таким образом, задача повышения чувствительности конкретного элемента, созданного на основе определенного ферромагнитного материала может быть поставлена уже, т.е. не для всего достижимого, а лишь для определенного интервала магнитных полей. Решить ее в этом случае можно путем исследования магнитных свойств и процессов намагничивания ферромагнетика в этом конкретном интервале. При такой постановке задачи большая чувствительность в определенном интервале полей может быть достигнута в материале с меньшей общей чувствительностью, рассчитанной для полного достижимого интервала от максимального положительного до максимального отрицательного поля.

Подход этот, хотя и важный с практической точки зрения разработки новых материалов, приобретает еще большую значимость, когда речь заходит о понимании особенностей динамических процессов в магнитомягких ферромагнетиках. Например, встают следующие вопросы: какими условиями получения ГМИ структур и/или какими обработками можно добиться резкого увеличения чувствительности ГМИ в заданном интервале полей; каковы особенности структурного состояния, магнитной анизотропии и процессов намагничивания в материалах, где наблюдается резкое изменение чувствительности ГМИ в определенном интервале полей в сравнении с материалами, демонстрирующими плавное изменение чувствительности в широком интервале внешних магнитных полей; в какой степени модельные представления, развитые для общего случая ГМИ материалов могут быть применимы в области, где наблюдается резкое изменение чувствительности ГМИ и т.д.

Многие особенности магнитной и наведенной магнитной анизотропии, процессы намагничивания, транспортные, магнитотранспортные свойства и магнитная доменная структура современных магнитомягких материалов были хорошо исследованы еще до 1994 года [16, 18, 34-37]. В то же время условия перемагничивания ГМИ структур не совпадают с условиями, при которых подобные материалы раннее были охарактеризованы: в случае ГМИ образец, свойства которого зависят и от геометрии, и от особенностей самого магнитного материала, подвергается воздействию, как внешнего постоянного магнитного поля, так и переменного высокочастотного, создаваемого протекающим током. В этой ситуации возникла необходимость расширить список методов, используемых для первичной аттестации МИ структур. Например, полезным оказалось привлечение ферромагнитного резонанса и нерезонансного микроволнового поглощения в малых магнитных полях [3840].

Внимание к геометрии образца, продиктованное необходимостью учета магнитостатической энергии (наличием размагничивающих полей образцов конечных размеров), всегда присутствует при определении магнитных характеристик. Однако, в случае ГМИ-элементов важна не только геометрия сама по себе, но и то, как характеристический параметр конкретной геометрии (например, радиус магнитного провода) соотносится с глубиной скин-слоя. Именно поэтому в настоящей работе используется термин «ГМИ структура», которым подчеркивается важность как фундаментальных характеристик используемого материала, так и конкретных геометрических параметров образца.

Задачей первого этапа ГМИ исследований стало совмещение знаний об уже имевшихся мягкомагнитных материалах с данными по ГМИ, чтобы выявить такие материалы и условия, в которых эффект МИ был бы высоким. На следующих этапах речь шла о разработке новых методов получения и обработках, специально адаптированных на повышение чувствительности

ГМИ, материалов и о создании сложных систем из нескольких магнитных объектов, включающих высокочувствительные ГМИ структуры.

Отдельно следует упомянуть, что величина и гистерезис эффекта ГМИ зависят от целого набора разных параметров (электросопротивления, магнитной анизотропии, магнитной проницаемости, величины и интенсивности возбуждающего высокочастотного тока, направления приложения поля и т.д.). Проблему оптимизации и выбора критериев оптимизации можно в таком случае решать по-разному. Возможны ситуации, в которых оптимизация по одному параметру или по нескольким параметрам, но по отдельности не приводит к наилучшему результату. Хотя в этом вопросе и достигнуто некоторое понимание [5], он все еще находится в стадии разработки.

В целом проблема определения условий достижения высокого эффекта ГМИ в совокупности с проблемой контроля чувствительности МИ в условиях, когда наблюдается резкое увеличение чувствительности ГМИ в заданном интервале полей, представляет собой совокупность очень разных вопросов. Представленный краткий обзор позволил дать основные определения и перечислить ГМИ материалы и физические явления, которые играют существенную роль в системах, где наблюдается этот эффект, упомянуть области технических приложений данного эффекта.

Фактически тем самым очерчивается круг материалов и явлений, ставших приоритетами данной работы и определивших её цели: создание целостной физической картины взаимосвязи магнитных и электрических свойств с параметрами гигантского магнитного импеданса для широкого круга ферромагнитных структур на основе Зскметаллов с высокой чувствительностью импеданса к магнитному полю при разных режимах возбуждения

Для реализации этой цели были поставлены следующие основные задачи исследования.

1. Сравнительное исследование процессов намагничивания, магнитосопротивления, линейного ГМИ, резонансного и нерезонансного микроволнового поглощения в аморфных и нанокристаллических планарных структурах в виде лент на основе кобальта или на основе железа с разной величиной магнитострикции, а также в тонких пленках и многослойных структурах типа ферромагнетик/проводник/ферромагнетик (Ф/П/Ф) как в планарной геометрии, так и в геометрии трубок, осажденных на немагнитную проводящую цилиндрическую основу.

2. Исследование ГМИ линейного и нелинейного типов в случае геометрии магнитных трубок (например, для электроосажденных проволок СиВе/Те№ и СиВе/БеСоМ) и аморфных лент на основе кобальта при использовании токов разной интенсивности. Выработка методологии исследований и уточнение терминологии в области нелинейного ГМИ. Повышение чувствительности нелинейного ГМИ.

3. Анализ процессов динамического намагничивания и гистерезиса импеданса в объектах с ГМИ. Разработка на этой основе физических принципов оптимизации чувствительности эффекта ГМИ и методик достижения высокой чувствительности в прототипах специализированных датчиков.

4. Оценка адекватности существующих и нахождение новых способов феноменологического описания процессов динамического перемагничивания в ГМИ структурах с резким изменением линейного и нелинейного типов импеданса в узких интервалах магнитного поля.

5. Создание физических основ биодетектирования с использованием эффекта ГМИ: физические модели ГМИ-биодатчиков работающих на принципе детектирования магнитных маркеров либо без магнитных маркеров, с использованием особенностей поверхностной анизотропии; принципы аттестации магнитных наночастиц, используемых в качестве магнитных маркеров в ГМИ биодатчиках.

Основные исследования по теме диссертации были выполнены на кафедре физики магнитных явлений и в отделе магнетизма твёрдых тел НИИ ФПМ Уральского государственного университета им.А.М.Горького, в лаборатории магнитомягких материалов Института физики металлов УрО РАН, в Университете Страны Басков, Университете Овиедо и Институте прикладного магнетизма Мадридского Университета (Испания). Высокочастотные свойства в микроволновом диапазоне были исследованы в сотрудничестве с профессором С.М. Бхагатом в группе ферромагнитного резонанса Университета Мэриленда (США). Наблюдение магнитной доменной структуры с помощью эффекта Керра выполнено совместно с Ф.Альвесом в Политехнической школе Кашана (Франция). Некоторые измерения ГМИ в нелинейном режиме проведены в Университете Генриха Гейне совместно с Г. Якбчуком (Германия). Модельные расчеты выполнены совместно с Н.Г. Бебениным (Институт физики металлов УрО РАН) и Х.Л. Муниосом (Университет Страны Басков).

В работе получены и выносятся на защиту следующие новые научные результаты.

1. Определена связь между магнитной анизотропией, характером процессов квазистатического перемагничивания и магнитным импедансом в композиционно однородных быстрозакалённых лентах, полученных в присутствии магнитного поля. Показана возможность достижения высоких значений магнитного импеданса и чувствительности ГМИ в материалах, находящихся в неравновесном структурном состоянии.

2. Для нанокристаллических сплавов РеСиМэ81В установлены закономерности формирования магнитной анизотропии, наведенной термомагнитной обработкой, либо одно- или двухступенчатым отжигом под нагрузкой. На основе анализа особенностей процессов намагничивания, магнитного импеданса и гистерезиса магнитного импеданса впервые показано, что наведённая анизотропия в таких объектах имеет сложный характер и описываться не менее чем тремя константами анизотропии.

3. Для материалов с ГМИ установлены основные закономерности термомагнитной обработки (ТМО) в постоянном и переменном магнитных полях. На основе комплексного исследования особенностей магнитной анизотропии, процессов намагничивания, магнитной доменной структуры и магнитного импеданса планарных ферромагнитных структур и структур с геометрией трубок показано, что отжиг в переменном поле обеспечивает наиболее однородное магнитное состояние объектов и высокий эффект ГМИ. Найдены способы управления эффективной магнитной анизотропией, величиной и гистерезисом магнитного импеданса, определены оптимальные условия для получения большой чувствительности ГМИ в определенных полевых интервалах.

4. На примере плёнок пермаллоя показано, что в низкочастотной области токов возбуждения эффект анизотропии магнитосопротивления приводит к появлению сильного гистерезиса полного электросопротивления. Для высокочастотных токов вклад анизотропии магнитосопротивления в импеданс минимален. Показано, что явление релаксации доменных границ может существенно влиять на величину эффекта МИ, приводя к его резкому снижению при больших временах релаксации.

5. Впервые определены закономерности перестройки доменной структуры в процессе квазистатического перемагничивания плёночных сэндвичей Ге№/Си/Ре№/Си/Ге№/Си/Ге№ с гигантским магнитным импедансом. Установлено, что в таких сэндвичах незначительное отклонение внешнего поля от направления протекания тока, перпендикулярного оси лёгкого намагничивания пленочной наноструктуры, не вызывает существенного изменения гистерезиса ГМИ.

6. В цилиндрических структурах Ге№Со/СиВе путём термомагнитной обработки впервые получено состояние магнитной бистабильности. Найдено, что величина поля старта зависит от состава, особенностей термомагнитных воздействий и геометрических параметров структуры. Впервые определены закономерности и модельно описаны особенности микроволнового поглощения для Ге№Со/СиВе и ГеМ/ТеМСо/СиВе проволок с разной эффективной анизотропией.

7. Установлены основные закономерности нелинейного магнитного импеданса в цилиндрических неоднородных структурах типа ферромагнетик/проводник. Обнаружены сильная зависимость величины эффекта ГМИ от амплитуды (в интервале амплитуд от 5 до 60 мА) и частоты переменного тока (в интервале частот от 0.3 до 10 МГц). Показано, что наблюдаемые особенности нелинейного МИ связаны с повышенной чувствительностью магнитной системы к циркулярному магнитному полю вблизи спин-переориентационного перехода. Получены очень высокие величины магнитного импеданса (до 1200%) и чувствительности магнитного импеданса (до 4500%/Э).

8. Адекватность выработанной картины магнитного импеданса продемонстрирована на ряде новых физико-технических решений: показана возможность миниатюризации ГМИ-датчика малого поля при использовании чувствительного элемента в форме торроида; обнаружена резкая зависимость формы второй гармоники ГМИ от угла приложения внешнего поля, которая позволяет сконструировать детектор ориентации; предложена новая конструкция датчика поля на основе двух чувствительных элементов, обладающего откликом, не зависящим от ориентации внешнего поля в интервале углов от 0 до 45°; предложена концепция биодатчиков нового типа, основанная на использовании высокочувствительного эффекта ГМИ.

9. Предложены методики анализа и установлены закономерности поведения в магнитном поле магнитных суспензий, используемых в биомедицинских датчиках на основе ГМИ: разработаны статистические методики исследования особенностей распределения суспензии Dynabeads® М-450 на магнитных и слабомагнитных поверхностях разного типа; обнаружены и смоделированы элементы организации в системе суперпарамагнитных сфер Dynabeads М-480 при приложении внешнего магнитного поля; показана возможность использования явления микроволнового поглощения как эффективного способа оценки формы и способности к магнетоабсорбции наночастиц с низкой (БезС^) и с высокой (Co80Ni20) величинами магнитокристаллической анизотропии.

Апробация работы и публикации. Материалы диссертационной работы в период с 1990 по 2007 гг. были представлены на более чем 20 научных конференциях. В том числе, за последние 5 лег они докладывались на следующих форумах: II Международной конференции Байкал: «Магнитные Материалы» (Сент. 2003, Иркутск, Россия); Workshop on Amorphous and Nanostructured Magnetic Materials (Sept. 2003, Iasi, Romania); 16th Soft Magnetic Materials Conference (Sept. 2003, Düsseldorf, Germany); 17th Soft Magnetic Materials Conference (Sept. 2006, Bratislava, Slovakia); Зей Технической конференции «Физические свойства сплавов и металлов» (Октябрь 2005, Екатеринбург, Россия); EMSA-2004 5th European Conference on Magnetic Sensors and Actuators (July 2004, Cafrdiff, England); Международном Симпозиуме по Магнетизму (Июнь 2005, Москва, Россия); EMSA-2006 6th European Conference on Magnetic Sensors and Actuators (July 2006, Bilbao, Spain); The Eights World Congress on Biosensors (May 2004, Granada, Spain); The Ninths World Congress on Biosensors (May 2006, Toronto, Canada); MS&T05 Materials Science & Technology 2005 Conference and Exhibition (September 2005, Pittsburgh, USA); XXXVII Совещании Группы Электрохимии Испанского Королевского Химического Общества (May 2006, La Coruña, Spain); Школе-семинаре Новые Магнитные Материалы Микроэлектроники (2002, 2004, 2006, Москва, Россия).

По теме диссертационной работы опубликовано 8 статей в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертации на соискание ученой степени доктора наук, 30 статей в зарубежных журналах и изданиях, в которых могут быть опубликованы основные научные результаты диссертации на соискание ученой степени доктора наук. Кроме того, имеется 18 публикаций в рецензируемых научных журналах и изданиях (в основном за рубежом), не входящих в список ВАК и 2 статьи в электронном архиве Cornell University.

Содержание диссертационной работы изложено в 5 оригинальных разделах. Во введении дается общий анализ литературы по ГМИ и приводится в качестве примеров лишь часть источников. Этот список существенно расширяется во вступлениях к соответствующим главам, уточняющих в каждом конкретном случае рассматриваемую проблематику. Он дополняется по ходу изложения оригинального материала и в части обсуждения результатов для сравнения их с данными других авторов. Диссертация имеет приложение, в котором дается краткое введение о перспективах использовании наночастиц в биологии, медицине и фармакологии в таком ракурсе, который поясняет, какое отношение эти вопросы имеют к магнитным биодатчикам, и какие требования в связи с этим предъявляются к упомянутым наночастицам. В приложении отражены результаты, связанные с возможностью организации процессов детектирования в прототипах биодатчиков, действующих на принципе ГМИ с использованием магнитных маркеров или наночастиц, предложенные автором. В приложении рассматриваются примеры получения и такой аттестации наночастиц Fe304 в полианилиновой оболочке и без нее и частиц Co80Ni20, которая важна при последующем использовании, например, в качестве магнитных маркеров.

Объем работы. Диссертация изложена на 340 страницах, включая 148 рисунков, 24 таблицы и список процитированных источников из 250 наименований.

1] Simonds J.S. Magnetoelectronics today and tomorrow// Physics today.- 1995.-April.- P.26-32.

2] Prinz G.A. Magnetoelectronics// J. Magn. Magn. Mater.- 1999.- V.200.- P.57-68.

3] Baibich M.N., Broto J.M., Fert A., Nguen Van Dau F., Petroff F., Eitenne P., Creuzet G., Friederich A., Chazelas J. Giant magnetoresistance of (001)Fe/(001)Cr magnetic superlattices//Phys. Rev. Lett.- 1988,- V.61,№21.- P.2472-2475.

4] Buschow K.H.J. Handbook of Magnetic Materials. Amsterdam: Elsevier, 1999.- V.12.

5] Kurlyandskaya G.V. Giant magnetoimpedance for sensor applications// Encyclopedia of Sensors.- Edited by Grimes C.A., Dickey E.C., and Pishko M.V.: American Scientific Publishers, 2006.- V.4.- P.205-237.

6] Лепаловский B.H., Савин П.А., Кандаурова Г.С., Васьковский В.О., Мухаметов В.Г., Стрелок В.В. Магнитные и магниторезистивные свойства плёнок Fel0Ni90// Изв. ВУЗов. Физика.- 1991.- №1.- С.9-13.

7] Dieny В., Speriosu V.S., Metin S., Parkin S.S., Gurney B.A., Baumgart H., Wilhoit D.R. Magnetotransport properties of magnetically soft spin-valve structures// J. Appl. Phys.- 1991.- V.69.- P.4774-4779.

8] Parkin S.S.P., Fontana R.E., Marley A.S. Low-field magnetoresistance in magnetic tunnel junctions prepared by contact masks and lithography: 25% magnetoresistance at 295 К in mega-ohm micron-sized junctions// J. Appl. Phys.-1997.- V.81.- P.5521.

9] Berkowitz A.E., Carey M.J., Michell J.R., Young A.P., Zhang S., Spada F.E., Parker F.T., Hutten A., Thomas G. Giant magnetoresistance in heterogonous CoCu alloys// Phys. Rev. Lett.- 1992.- V.68.- P.3745-3748.

10] Ustinov V.V. Correlation of giant magnetoresistance and magnetization in metallic superlattices//Zh. Eksp. Teor. Fiz.- 1994.- V.106, №.1.- P.207-216.

11] Васьковский B.O., Ювченко A.A., Лепаловский B.H., Щёголева Н.Н., Свалов А.В. Элементы гранулированного состояния в многослойных плёнках Со/Си// ФММ.- 2002.- Т.93,№3.- С. 1-7.

12] Lopez Anton R., Fdez-Gubieda M.L., Kurlyandskaya G.V., Garcia-Arribas A. Synthesis and characterisation of electrodeposited Си^Сою thin film//J. Magn. Magn. Mater.- 2003.- V.254-255.- P.85-87.

13] Grünberg P., Schreiber R., Pang Y., Brodsky M.B., Soweis H. Layered magnetic structures: evidence for antiferromagnetic coupling of Fe layers across Cr interlayers//Phys. Rev. Lett.- 1986.- V.57.- P.2442.

14] Majkrzak C.F., Cable J.W., Kwo J., Hong M. McWhan D.B., Yafet Y., Waszczak J.V., Grimm Y., Vettir C. Polarized neutron diffraction studies of Gd-Y synthetic superlattices//J. Appl. Phys.- 1987.- V.61,№8.- P.4055-4057.

15] Shan Z., Sellmyer DJ. Nanoscale rare eart-transition metall multilayers: magnetic structure and properties// Handbook on the Physics and Chemistry of Rare Earths.- 1996.- V.22.- P.81-142.

16] Хандрих К., Кобе С. Аморфные ферро- и ферримагнетики. Пер. с нем-М.: Мир, 1982.-293 с.

17] Hartman U. Magnetic multilayers and giant magnetoresistance: fundamentals and industrial applications.- Berlin: Springer-Verlag, 1999.

18] Hernando A., Rojo J.M. Física de los Materiales Magnéticos.- Madrid: Síntesis, 2001.

19] Effective test methods for today's passive components// Component measurement seminar of Hewlett-Packard company.- printed in U.S.A.- 1999.

20] Harrison E.P., Turney G.L., Rowe H. An impedance magnetometer// Nature.-1935.-№135.-P.961.

21] Harrison E.P., Turney G.L., Rowe H., Gollop H. The electrical properties of high permeability wires carrying alternating current// Proc. Roy. Soc.- 1936.-V.157.-№891.-P.451-479.

22] L.D. Landau, E.M. Lifshitz, Electrodynamics of Continuous Media, Pergamon, New York, 1975.

23] Knobel M., Vazquez M., Kraus L. Giant magnetoimpedance// Handbook of Magnetic Materials.- Edited by Buschow K.HJ.- Amsterdam: Elsevier, 2003.-V.15.- P.497-563.

24] Makhotkin V.E., Shurukhin BP., Lopatin V.A., Marchukov P. Yu., Levin Yu. K. Magnetic field sensors based on amorphous ribbons// Sensors and Actuators A.-1991.- V.27.- P.759-762.

25] Beach R.S. and Berkowitz A.E. Giant magnetic field dependent impedance of amorphous FeCoSiB wire// Appl. Phys. Lett.- 1994.- V.64.- P.3652-3654.

26] Panina L.V., Mohri K., Bushida K., Nöda M. Giant magneto-impedance and magneto-inductive effects in amorphous alloys// J. Appl. Phys.- 1994.- V.76.-P.6198-6203.

27] Machado F.L.A., da Silva B.L., Rezende S.M., Martins C.S. Giant ac magnetoresistance in the soft ferromagnet Co70.4Fe4.6Sii5B10// J. Appl. Phys.-1994.- V.75.- P.6563-6565.

28] Rao K.V., Humphrey F.B., Costa-Krämer J.L. Very large magneto-impedance in amorphous soft ferromagnetic wires// J. Appl. Phys.- 1994.- V.76.- P.6204-6208.

29] Masumoto Т., Ohnaka I., Inoue A., Hagiwara M. Production of Pd-Cu-Si amorphous wires by melt spinning method using rotating water// Scripta. Metall.-1981.- V.15.- P.293-296.

30] Humphrey F.B., Mohri K., Yamasaki J., Kawamura H., Malmhall L., Ogasawara I. Re-entrant magnetic flux reversal in amorphous wires // Proceedings of Symposium on Magnetic Properties of Amorphous Metals.- Edited by Hernando A., Madurga, V., Sánchez, M.C. and Vázquez, M. et al.- Amsterdam: Elsevier, 1987.- P.l 10-115.

31] Cai, C.V. Yamamoto, M., Aoyama, H, Mori, M., Honkura, Y. 3-axis amorphous wire type giant magneto-impedance sensors// Magnetic Conference INTERMAG Asia 2005, Digests of the IEEE International, 2005. P.407-408

32] Антонов A.C., Гадецкий C.H., Грановский А.Б., Дьячков A.Jl., Парамонов В.П., Перов Н.С., Прокошин А.Ф., Усов H.A., Лагарьков А.Н. Гигантский магнитоимпеданс в аморфных и нанокристаллических мультислоях// ФММ.- 1997.- Т.83.- №6.- С.61-71.

33] Bebenin N.G., Zainullina R.I., Mashkaltsan V.V., Ustinov V.V. Electronic transport in ferromagnetic LaixSrxMn03single-crystal manganites// Phys. Rev. B.-2004.- V.69.- P.l04434-1-104434-9.

34] Cullity B.D. Introduction to Magnetic Materials - Menlo Park, California: Addison-Wesley Publishing Company, 1972.

35] Кандаурова Г.С., Оноприенко Л.Г. Доменная структура магнетиков. Основные вопросы микромагнетики// Учебное пособие. Уральский ордена Трудового Красного Знамени государственный университет им.

A.М.Горького, Свердловск, 1986.

36] Глазер A.A., Клейнерман Н.М., Лукшина В.А., Потапов А.П., Сериков

B.В. Термомеханическая обработка нанокристаллического сплава Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9//ФММ.- 1991.- №12.- С.56-61.

37] Hubert A., Shafer R. Magnetic domains: The analysis of magnetic microstructures.- Berlin: Springer-Verlag, 1998.

38] Чечерников В.И. Магнитные измерения.- под ред. Е.И. Кондорского.- М: Издательство МГУ, 1969.- С.280.

21

39] Bhagat S.M. Metals Handbook: Materials Characterization, Ferromagnetic resonance.- Metal Park, OH: American Society for Metals, 1986.- P.276.

40] Ринкевич А.Б., Носов А.П., Васильев В.Г., Владимирова E.B. Ферромагнитный резонанс и антирезонанс в порошковом лантан-иттриевом манганите//ЖТФ.- 2004.- Т.74.- вып.6.- С.89-95.

1.10. Выводы к разделу 1

В данном разделе изложены результаты изучения процессов намагничивания, индуцированной магнитной анизотропии, магнитострикции, линейного МИ и нерезонансного микроволнового поглощения в аморфных и нанокристаллических лентах с контролируемыми особенностями магнитной анизотропии. Хотя основной целью работы ставилось исследование высокочувствительного эффекта ГМИ, большое внимание было уделено получению систематических данных о влиянии разных воздействий на особенности формирующейся анизотропии, магнитные свойства и ГМИ. Таким образом, в ряде материалов была детально прослежена цепочка «воздействие — магнитная анизотропия -магнитные свойства - магнитный импеданс», включая анализ перехода из состояния МИ в состояние ГМИ. Существо полученных результатов сводится к следующему.

1. Предложен комплексный подход к исследованию МИ материалов, целью которого является возможность получения высокочувствительных МИ откликов в заданном интервале полей при максимально достижимой ширине интервала. Этот подход включает поиск составов, способов закалки и условий последующих термических или механических воздействий, обеспечивающих хорошо определенную продольную или поперечную анизотропию и высокую магнитную проницаемость. Показано, что в ряде случаев для необходимой характеристики ГМИ материалов требуется привлечение новых нестандартных методик, адаптированных к особенностям их перемагничивания (например, исследование магнитной доменной структуры и измерение поверхностных петель гистерезиса в условиях, когда через образец протекает высокочастотный ток). Предложенный анализ общей чувствительности эффекта ГМИ, чувствительности в малых полях и в полях, где она максимальна, совмещенный с подходом проведения систематических исследований особенностей обработок вблизи оптимальной, позволил определить условия получения наивысшей чувствительности эффекта ГМИ в заданном интервале полей.

2. Показана возможность получения высоких значений МИ эффекта и чувствительности ГМИ в заданном интервале полей при максимально достижимой ширине интервала в быстрозакаленных аморфных лентах в неравновесных состояниях без дополнительного релаксационного отжига или после длительной термообработки при невысоких температурах около 200 °С. Исследованы магнитная анизотропия, процессы намагничивания и МИ отклики в новом типе ГМИ материалов, аморфных лентах CoFeSiB, закаленных в присутствии магнитного поля. Показана возможность получения в этих материалах чувствительности около 15%/Э в полях от 2 до 5 Э без дополнительных обработок. Предложена модель релаксации напряжений для описания магнитной анизотропии и МИ эффекта.

3. Для разных аморфных материалов на основе кобальта проведено систематическое сравнительное исследование особенностей наведенной магнитной анизотропии, процессов намагничивания, магнитной доменной структуры и магнитоимпедансного эффекта. Впервые прямо было показано, что: а) из анализа кривых намагничивания в данных материалах вытекает возможность формирование анизотропии высокого порядка, характеризующейся, как минимум, тремя константами анизотропии; б) гистерезис МИ эффекта в полях, меньших, чем поле анизотропии, связан с перемагничиванием путем смещения доменных границ; б) анализ магнитной доменной структуры подтверждает существование анизотропии высокого порядка с сплаве Co67Fe3Cr3Sii5Bi2, прошедшем ТМехО при температурах 250 и 350 °С с высокими удельными нагрузками.

4. Впервые исследована угловая зависимость эффекта ГМИ для аморфных лент CoFeMoSiB с продольной анизотропией, обладающих ГМИ откликом типа «один пик». Полученная чувствительность в 30%/Э в широком интервале полей от 0.5 до 4.5 Э при частоте 3.5 МГц и а = 0 делает этот материал хорошим кандидатом для использования в качестве чувствительных элементов датчиков малых полей. Как и в лентах с поперечной магнитной анизотропией, было обнаружено уменьшение величины AZ/Z с увеличением угла между осью ленты и внешним полем. Увеличение угла а до 45° снижает чувствительность МИ до 18%/Э в том же интервале полей от 0.5 до 4.5 Э, но в отличие от аморфных лент CoFeCrSiB, не происходит смещения интервала полей, где наблюдается линейная зависимость AZ/Z(H) в сторону больших полей. Изучение угловой зависимости лент CoFeCrSiB позволило выявить одну из причин ГМИ гистерезиса - отклонение направления внешнего поля от оси ленты, приводящее к вовлечению процесса смещения доменных стенок в процесс намагничивания.

5. Для нанокристаллических материалов FeCuNbSiB проведено систематическое сравнительное исследование особенностей магнитной анизотропии, в исходном состоянии и наведенной ТМО и ТМехО в разных режимах, а также процессов намагничивания и МИ. Впервые проведено сравнение состояний с анизотропией, наведенной отжигом под нагрузкой, совмещенным с нанокристаллизацией, и полученной двухступенчатым процессом, включающим релаксационный отжиг с последующим отжигом под нагрузкой. С помощью анализа гистерезиса МИ эффекта в сплавах после

ТМехО была показана возможность формирования и исследованы особенности анизотропии высокого порядка.

6. Впервые продемонстрирована связь гистерезиса МИ эффекта и особенностей процессов намагничивания в аморфных и нанокристаллических лентах. Предложены приемы исследования ГМИ гистерезиса, среди которых можно упомянуть: рассмотрение частотной зависимости гистерезиса МИ и его зависимости от амплитуды тока; сравнительное исследование особенностей полевой зависимости МИ и кривых намагничивания, включая математический анализ формы кривых или разделение МИ на действительную и мнимую составляющие. Предложены способы уменьшения гистерезиса МИ: относящиеся собственно к физическим свойствам исследуемых мягкомагнитных материалов (например, создание адекватной поперечной или продольной анизотропии с узким распределением по осям анизотропии) или к выбору условий возбуждения (оптимальной частоты возбуждения, амплитуды возбуждения и ориентации по отношению к внешнему полю).

7. Систематически исследовано влияние величины константы магнитострикции насыщения на величину МИ эффекта в ряде аморфных лент на основе кобальта и нанокристаллических сплавах типа FeCuNbSiB Установлено, что для всех рассмотренных аморфных и нанокристаллических лент, обладающих небольшой константой магнитострикции частота релаксации магнитоимпедансного отношения зависит от Z¡. Увеличение величины Jig и переход из области отрицательных в область положительных величин сопровождается уменьшением частоты релаксации отношения AZ/Z (частоты, при которой доменные стенки оказываются закрепленными и преобладающими становятся процессы вращения).

8. На примере сплава Co67Fe3Cr3Sii5Bi2 показана возможность эффективного использования МИ как дополнительного метода исследования особенностей магнитной анизотропии. Получено хорошее согласие между результатами численных расчетов величины МИ эффекта в материалах с заданными особенностями магнитной анизотропии (включая анизотропию высокого порядка) и экспериментальными данными для аморфных лент на основе кобальта, прошедших ТМехО.

1. Harrison Е.Р., Turney G.L., Rowe H., Gollop H. The electrical properties of high permeability wires carrying alternating current// Proc. Roy. Soc.- 1936.-V. 157.-№891.-P.451-479.

2. Beach R.S. and Berkowitz A.E. Giant magnetic field dependent impedance of amorphous FeCoSiB wire// Appl. Phys. Lett.- 1994.- V.64.- P.3652-3654.

3. Panina L.V., Mohri, K. Magneto-impedance effect in amorphous wires// Appl. Phys. Lett.- 1994.- V.65.- P.l 189-1191.

4. Machado F.L.A., da Silva B.L., Rezende S.M., Martins C.S. Giant ac magnetoresistance in the soft ferromagnet Coyo^Fe^SiisBio// J. Appl. Phys.-1994.- V.75.-P.6563-6565.

5. Rao K.V., Humphrey F.B., Costa-Krämer J.L. Very large magneto-impedance in amorphous soft ferromagnetic wires// J. Appl. Phys.- 1994.- V.76.- P.6204-6208.

6. Антонов A.C., Гадецкий C.H., Грановский А.Б., Дьячков А.Л., Парамонов

7. B.П., Перов Н.С., Прокошин А.Ф., Усов H.A., Лагарьков А.Н. Гигантский магнитоимпеданс в аморфных и нанокристаллических мультислоях// ФММ.-1997.- Т.83.- №6.- С.61-71.

8. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. М.: «Наука», 1982.

9. Iida S., Ishii О., Kambe R. Magnetic sensor using second harmonic change in magneto-impedance effect// Jpn. J. Appl. Phys.- 1998.- V.37.- P.L869-L873.

10. Beach R.S., Smith N., Platt C.L., Jeffers F., Berkowitz A.E. Magneto-impedance effect in NiFe plated wire// Appl. Phys. Lett.- 1996.- V.68.- N.19.-P.2753-2755.

11. Kurlyandskaya G.V., Yakabchuk H., Kisker E., Bebenin N,G, Garcia-Miquel H., Vazquez M. Very large magnetoimpedance effect in FeCoNi ferromagnetic tubes with high order magnetic anisotropy// J. Appl. Phys.- 2001.- V.90.- N.12.-P.6280-6285.

12. Антонов A.C., Бузников H.A., Прокошин А.Ф., Рахманов А.Л., Якубов И.Т., Якунин A.M. Нелинейное перемагничивание композиционных проволок медь-пермаллой, индуцированное высокочастотным током// Письма в ЖТФ- 2001.- Т.27, Вып. 8.- С.12-18.

13. Kurlyandskaya G.V., Kisker Е., Yakabchuk Н., Bebenin N.G. Non-linear giant magnetoimpedance// J. Magn. Magn. Mater.- 2002.- V.240.- P.206-208.

14. Kurlyandskaya G.V. Giant magnetoimpedance for sensor applications// Encyclopedia of Sensors.- Edited by Grimes C.A., Dickey E.C., and Pishko M.V.: American Scientific Publishers, 2006.- V.4.- P.205-237.

15. Туров E.A. Электродинамика /конспект лекций/. Свердловск: УрГУ, 1973 г.

16. Makhotkin V.E., Shurukhin В.Р., Lopatin V.A., Marchukov P. Yu., Levin Yu. K. Magnetic field sensors based on amorphous ribbons// Sensors and Actuators A.-1991.-V.27.- P.759-762.

17. Panina L.V., Mohri K., Bushida K., Nöda M. Giant magneto-impedance and magneto-inductive effects in amorphous alloys// J. Appl. Phys.- 1994.- V.76.-P.6198-6203.

18. Анашко, A.A., Семиров A.B., Гаврилюк, A.A., Душутин, K.B. Влияние отжига на магнитоимпедансный эффект в аморфных FeCoMoSiB лентах// ЖТФ- 2004.- Т.74, вып.8.- С. 128-129.

19. Сокол-Кутыловский О.Л., Магнитоимпедансный эффект в аморфных и нанокристаллических ферромагнитных сплавах// ФММ- 1997.- Т.84, вып.З.1. C.54-61.

20. Atkinson D., Squire Р.Т. Experimental and phenomenological investigation of the effect of stress on magneto-impedance in amorphous alloys// 1997.- IEEE Trans. Magn.- V.33.- P.3364-366.

21. Antonov A., Gadetsky S., Granovsky A., D'atchkov A., Sedova M., Perov N., Usov N., Furmanova Т., Lagar'kov A. High frequency giant magnetoimpedance in multilayered magnetic films// Physica A- 1997.- V.241.- P.414-419.

22. Knobel M., Vázquez M., Kraus L. Giant magnetoimpedance// in Handbook of Magnetic Materials (K.H.J. Bushow, Ed.).- V.15.- P.686.- Amsterdam: Elsevier Science, 2003.

23. Britel M.R., Ménard D., Meló L.G. Ciureanu P., Yelon A., Cochrane R.W., Rouabhi M., Cornut D. Magnetoimpedance measurements of ferromagnetic resonance and antiresonance// Appl. Phys. Lett.- 2000.- V.77.- P.2737-2739.

24. Yelon A., Ménard D., Britel M.R., Ciureanu P. Calculations of giant magnetoimpedance and ferromagnetic resonance response are rigorously equivalent// Appl. Phys. Lett.- 1996.- V.69.- P.3084-3086.

25. Masumoto Т., Ohnaka I., Inoue A., Hagiwara M. Production of Pd-Cu-Si amorphous wires by melt spinning method using rotating water// Scripta. Metall.-1981.- V.15.-P.293-296.

26. Vazquez M., Hernando A. A soft magnetic wire for sensor applications// J. Phys. D: Appl. Phys.- 1996.- V.29.- P.939-949.

27. Хандрих К., Кобе С. Аморфные ферро- и ферримагнетики. Пер. с нем-М.: Мир, 1982.-293 с.

28. Yoshizawa N., Oguma S., Yamauchi К. New Fe-based soft magnetic alloys composed of ultrafine grain structure// J. Appl. Phys.- 1988,- V.64.- P.6044-6046.

29. Глазер A.A., Клейнерман H.M., Лукшина B.A., Потапов А.П., Сериков В.В. Термомеханическая обработка нанокристаллического сплава Fe73.5CujNb3Si13.5B9// ФММ.- 1991.- №12.- С.56-61.

30. Chen D.-X., Muñoz J.L., Hernando A., Vazquez V. Magnetoimpedance of metallic ferromagnetic wires//Phys. Rev. B- 1998.- V.57.- P. 10699-10704.

31. Kraus L. Theory of giant magneto-impedance in the planar conductor with uniaxial magnetic anisotropy// J. Magn. Magn. Mater.- 1999.- V.195.- P.764-778.

32. Васьковский B.O., Курляндская Г.В., Лопес Антон Р., Сорокин А.Н., Андреев С.В., Пенья А., Подкорытов М.А. Магнитные и магниторезистивные свойства быстрозакаленных лент Со-Си// ФММ- Т.92, N.3.- С. 17-23.

33. Prida V.M., Gorria P., Kurlyandskaya G.V., Sanchez M.L. Hernando B. Tejedor M. Magneto-impedance effect in nanostructured soft ferromagnetic alloys// Nanotechnology- 2003.- V.14.- P.231 -23 8.

34. Hubert A., Shafer R. Magnetic domains: The analysis of magnetic microstructures.-Berlin: Springer-Verlag, 1998.

35. Чечерников В.И. Магнитные измерения.- М.: Издательство Московского Университета, 1969.

36. Bozorth R. М. Ferromagnetism.- New Cork: IEEE Piscataway, 1994.

37. Tejedor M., Garcia J.A., Carrizo J., Elbaile L., Santos J.D. Induced magnetic anisotropy in amorphous ribbons by applying a magnetic field during the quenching process// Appl. Phys. Lett.- 2003.- V.82.- P.937-939.

38. Fal Miyar V., Kurlyandskaya G.V. Garcia J.A., Elbaile L., Crespo R.D., Tejedor M. Surface magnetic properties of Co69Fe4Sii5Bi2 when DC and ACcurrents flow through the ribbon// J. Magn. Magn. Mater.- 2006.- V.304.- P.e853-e855.

39. Herzer G. Grain structure and magnetism of nanocrystalline ferromagnets// IEEE Trans. Magn.- 1989.- V.25.- P.3327-3329.

40. Hoffmann В., Kronmuller H.J. Stress-induced magnetic anisotropy in nanocrystalline FeCuNbSiB alloy// J. Magn. Magn. Mater.- 1996.- V.152.- P.91-98.

41. Лукшина В.А., Дмитриева H.B., Ротапов А.П. Термомеханическая обработка нанокристаллического FeCuNbSiB сплава: индуцированная магнитная анизотропия и ее термическая стабильность// ФММ- 1996.-T.82,N4.- С.77-80.

42. Курляндская Г.В. Дмитриева Н.В., Потапов А.П., Лукшина В.А., Воронова Л.М., Гервасьева И.В., Бебенин Н.Г. Магнитная анизотропия, наведенная в результате термомеханической обработки аморфного сплава Fe3Co67Cr3Si15B12// ФММ- 1997.- Т.83, N5.- С.41-46.

43. Bitter F. Experiments on the nature of ferromagnetism// Phys. Rev.- 1932.-V.41.- P.507-515.

44. Hammer H., Kurlyandskaya G.V. Magnetic domain structure observation in magnetic tapes and cards by the colloid-SEM method// Phys. Met. Metallogr.-2001.- V.92, Suppl. 1.- P.S57-S61.

45. Зайкова B.A., Старцева И.Е., Филиппов Б.Н. Доменная структура и магнитные свойства электротехнических сталей.- М.: Наука, 1992.

46. Saad A., Garcia J.A., Kurlyandskaya G.V., Santos J.D., Elbaile L. Influence of residual stresses and their relaxation on giant magnetoimpedance of CoFeSiB metallic glasses// Jap. J. Appl. Phys.- 2005.- V.44.- P.4939-4944.

47. Orue I., Garcia-Arribas A., Saad A., de Cos D., Barandiaran J.M. Transverse magnetization and giant magnetoimpedance in amorphous ribbons// J. Magn. Magn. Mater.- 2005.- V.290.- Part 2.- P. 1081-1084.

48. Kraus L. A novel method for measurement of the saturation magnetostriction of amorphous ribbons// J. Phys. E : Sci. Instrum.- 1989.- V.22.- P.943-947.

49. Narita K., Yamasaki J., Fukunaga H. Measurement of saturation magnetostriction of a thin amorphous ribbon by means of small-angle magnetization rotation// IEEE Trans. Magn.- 1998.- V.16.- P.435-439.

50. Alves F., Houee P., Lecrivain M., Mazaleyrat F. New design of small-angle magnetostriction in wide thin ribbons// J. Appl. Phys.- 1997.- V.81.- P.4322-4324.

51. Tejedor M., Garcia J.A., Carrizo J., Elbaile L. Mechanical determination of internal stresses in as-quenched magnetic amorphous metallic ribbons// J. Mater. Sci.- 1997.- V.32.- P.2337-2340.51. http://www.ferrotec.co.uk/products/ferrofluid/

52. Kurlyandskaya G.V. Yakabchuk G.P., Kisker E. Automatic system for precise magnetoimpedance measurements in soft ferromagnets// Conference on Advanced Magnetoresistive Materials, Ekaterinburg, 2001, Book of Proceedings, C3-2.

53. Kurlyandskaya G.V. Garcia-Arribas A., Barandiaran J.M. Advantages of nonlinear magnetoimpedance for sensor applications// Sensors and Actuators A-2003.- V.106.- P.234-239.

54. Гуревич А.Г. Магнитный резонанс в ферритах и антиферромагнетиках.-М.: Наука, 1973.

55. Bozorth R.M. Ferromagnetism.- New York: IEEE Press, 1993.- P. 803-808.

56. Исхаков P.C., Яковчук В.Ю., Столяр C.B., Чеканова JI.A., Середкин В.А. Ферромагнитный и спин-волновой резонанс в двухслойных пленках Nio.gFeo^/Dyi-xCox// ФТТ- 2001.- Т.43, в.8.- С. 1462-1466.

57. Патрин Г.С., Васьковский В.О., Свалов А.В., Еремин Е.В., Панова М.А., Васильев В.Н. Магнитный резонанс в многослойных магнитных пленках системы Gd/Si/Co// ЖЭТФ- 2006.- Т. 129. N1.- С. 150-156.

58. Srinivasu V.V., Lofland S.E., Bhagat S.M., Ghosh К., Tyagi S.D. Temperature and field dependence of microwave losses in manganite powders// J. Appl. Phys.- 1999.- V.86.- P. 1067-1072.

59. Ринкевич А.Б., Носов А.П., Васильев В.Г., Владимирова Е.В. Ферромагнитный резонанс и антирезонанс в порошковом лантан-иттриевом манганите// ЖТФ.- 2004.- Т.74.- вып.6.- С.89-95.

60. Yelon A., Menard D., Britel М., Ciureanu P. Calculations of giant magnetoimpedance and of ferromagnetic resonance response are rigorously equivalent//Appl. Phys. Lett.- 1996.- V.69.- P.3084-3086.

61. Ciureanu P., Britel M., Menard D., Akuel C., Yelon A., Rouabhi M., Cochrane R. W., Rudkowski P., Strom-Olsen J.O. High frequency behavior of soft magnetic wires using the giant magnetoimpedance effect// J. Appl. Phys.- 1998.-Y.83.- P.6563-6565.

62. Bhagat S.M., Metals Handbook, Materials Characterization, Ferromagnetic Resonance.- OH, Metal Park: American Society for Metals, 1986.- P.276.

63. Lofland S.E., Bhagat S.M., Domínguez M., Garcia-Beneytez J.M., Guerrero F., Vázquez M. Low field microwave magnetoimpedance in amorphous microwires// J. Appl. Phys.- 1999.- V.85.- P.4442-4444.

64. Chiriac H., Colesniuc C.N., Ovari T.-A., Ticusan M. In situ investigation of the magnetization processes in amorphous glass-covered wires by ferromagnetic resonance measurements// J. Appl. Phys.- 1999.- V.85.- P.5453-5455.

65. Montiel H., Alvarez G., Betancourt I., Zamorano R., Valenzuela R. Corelation between low-field microwave absorption and magnetoimpedance in Co-based amorphous ribbons// Appl. Phys. Lett.- 2005.- V.86.- P.072503-1.

66. García-Miquel H., Bhagat S.M., Lofland S.E., Kurlyandskaya G.V. Low field microwave absorption and magnetization process in CoFeNi electroplated wires// Proceedings of Moscow International Simposium on Magnetism, 2005.- P.426-427.

67. Chizhik A., Zhukov A., Gonzalez J., Blanco J.M. Magneto-optical investigation of high-frequency electric current influence on surface magnetization reversal in Co-rich amorphous microwires// J. Appl. Phys.- 2005.- V.97.-P.073912-4.

68. Liebermann H. Aging kinetics of magnetic losses in annealed Fe78Bi3SÍ9 amorphous metallic alloy// J. Appl. Phys.- 1987.- V.61.- P.319-324.

69. García J.A., Saad A., Elbaile L., Kurlyandskaya G.V. Surface magnetic properties in metallic glasses for new sensor applications// New Development in Nanotechnology Research, USA, Nova Publishers, 2007.

70. Hernando B., Prida V., Sánchez M.L., Gorria P., Kurlyandskaya G.V. Tejedor M., Vázquez M. Magnetoimpedance effect in Co-rich metallic glasses// J. Magn. Magn. Mater.- 2003.- V.258-259.- P.183-188.

71. KurlyandskayaG.V., Prida V.M., Hernando B., Santos J.D., Sánchez M.L., Tejedor M. GMI sensitive element based on commercial Vitro vac amorphous ribbon// Sensors and Actuators A- 2004,- V.l 10.- P.228-231.

72. Sánchez M.L., Kurlyandskaya G.V., Hernando B., Prida V.M., Santos J.D., Tejedor M. Very high GMI effect in commercial Vitrovac®amorphous ribbons// Sensors and Actuators A- 2003.- V.106.- P.195-198.

73. Tejedor M., Hernando B., Sánchez M.L., Prida V.M., Kurlyandskaya G.V., Garcia D., Vázquez M. Frequency dependence of hysteretic magnetoimpedance in CoFeMoSiB amorphous ribbons// J. Magn. Magn. Mater.- 2000.- V.215-216.-P.425-427.

74. Kurlyandskaya G.V., Dmitrieva N.V., Zayarnaya T.Ye., Lukshina V.A., Potapov A.P. The thermomechanical treatment of an amorphous Co-based alloy with low Curie temperature// J. Magn. Magn. Mater.- 1996.- V. 160.- P.307-308.

75. Dmitrieva N.V., Kurlyandskaya G.V., Potapov A.P., Lukshina V.A. Thermal stability of magnetic anisotropy of stress annealed amorphous alloy Fe3Co67Cr3Si 15B1 111 J. Phys. IV- 1998.- V.8.- P.139-141.

76. Dmitrieva N.V., Kurlyandskaya G.V., Lukshina V.A., Potapov A.P. Magnetic anisotropy induced in an amorphous Co-based alloy by stress annealing and its thermal stability// Phys. Met. Metall. -1998.- V.86,N3.- P.264-268.

77. Dmitrieva N.V., Kurlyandskaya G.V., Lukshina V.A., Potapov A.P. The recovery kinetics of the magnetic anisotropy induced by stress annealing of the amorphous Co-based alloy with low Curie temperature// J. Magn. Magn. Mater.-1999.- V.l97.- P.320-321.

78. Kurlyandskaya G.V., Dmitrieva N.V., Potapov A.P., Lukshina V.A., Voronova L.M., Gervas'eva I.V., Bebenin N.G. Stress-Anneal-Induced Magnetic Anisotropy in an Amorphous Alloy Fe3Co67Cr3Sil5B12// Phys. Met. Metall.-1997,- T.83,N5.- P.487-490.

79. Zaveta K., Kraus L., Jurek. K., Kambercky V. Zig-Zag domain walls in creep-annealed metallic glass// J. Magn. Magn. Mater.- 1988,- V.73.- P.334-338.

80. Zaveta K., Nielsen O.V., Jurek. K. Domain study of magnetization processes in a stress-annealed metallic glass ribbon for fluxgate sensors// J. Magn. Magn. Mater.- 1992.- V.117.- P.61-68.

81. Судзуки К., Фуджимори X. Аморфные металлы.- М.: Металлургия, 1987.

82. Vazquez М., Kurlyandskaya G. V., Muñoz J.L., Hernando A., Dmitrieva N. V., Lukshina V.A., Potapov A.P. Giant magneto-impedance effect in stress annealed Co-rich amorphous ribbons// J. Phys. IV- 1998.- V.8.- P. 143-146.

83. Kurlyandskaya G.V., Vázquez M., Muñoz J.L., García D., McCord J. Effect of induced magnetic anisotropy and domain structure features on Magneto impedance in stress annealed Co-rich amorphous ribbons// J. Magn. Magn. Mater. -1999,- V.197.-P.259-261.

84. Sommer R.L., Chien C.L. Role of magnetic anisotropy in the magneto-impedance effect in amorphous alloys// Appl. Phys. Lett.- 1996.- V.67.- P.857-859.

85. Vazquez V., Sinnecker J.P., Kurlyandskaya G.V. Hysteretic behaviour and anisotropy fields in magneto-impedance effect// Mater Sci. Forum- 1999.- V.302-303.- P.209-218.

86. Panina L.V. Mohri K., Ushiyama Т., Noda M., Bushida K. Giant magneto-impedance in Co-rich amorphous wires and films// IEEE Trans. Magn.- 1995.-V.31.- P.1249-1260.

87. Kurlyandskaya G.V., Barandiarán J.M., Vázquez M., Garcia D., Dmitrieva N.V. Influence of geometrical parameters on the giant magnetoimpedance response in amorphous ribbons// J.Magn. Magn. Mater.- 2000.- V.215-216.-P.740-742.

88. Pirata K.R., Kraus L., Knobel M., Pagliuso P.G., Rettori C. Angular dependence of giant magnetoimpedance in an amorphous Co-Fe-Si-B ribbon// Phys. Rev. B- 1999.- V. 60.- P.6685-6691.

89. Hernando В., Gorria P., Sánchez M.L., Prida V.M., Kurlyandskaya G.V. Magnetoimpedance in nancrystalline alloys// Encyclopedia of Nanotechnology (Edited by H.S. Nalwa).- V.4.- P.949-966 Stivenson Ranch: American Scientific Publishers, 2004.

90. Kurlyandskaya G.V., Vázquez M., Sinnecker E.A., Zhukov A.P., Sinnecker J.P., Hernando A., El Ghannami M. Giant magnetoimpedance in heat treated FeSiBNbCu nanocrystalline ribbons// in "Non-Crystalline and Nanoscale

91. Materials", Eds. Rivas J. and Lopez-Quintela M.A.- Singapore: Word Scientific, 1998,- P.190-195.

92. Ohnuma M., Hono K., Yanai T., Fukunaga H., Yoshizawa Y. Direct evidence for structural origin of stress-indused magnetic anisotropy in Fe-Si-B-Nb-Cu nanocrystalline alloys// Appl. Phys. Let.- 2003.- V.83.- P.2859-286I.

93. Dmitrieva N.V., Lukshina V.A., Kurlyandskaya G.V., Potapov A.P. Thermal stability of field- and stress- induced anisotropy in nanocrystalline Fe-based and amorphous Co-based alloys// Text. Microstr.- 1999.- V.32.- P.280-290.

94. Velazquez J., Vazquez M., Chen D.X., Hernando A. Giant magnetoimpedance in nonmagnetostrictive amorphous wires// Phys. Rev. B-1994.- V.50.- P.16737-16740.

95. Sommer R.L., Chien C.L. Role of magnetic anisotropy in the magnetoimpedance effect in amorphous alloys// Appl. Phys. Lett.- 1995.- V.67.-P.857-859.

96. Sinnecker J.P., Tiberto P., Kurlyandskaya G.V., Sinnecker E.H.C.P., Vazquez M., Hernando A. Hysteretic giant magnetoimpedance// J. Appl. Phys.-1998.- V.84.-P.5814- 5816.

97. Barandiaran J.M., Hernando A. Magnetostriction influence on the giant magnetoimpedance effect: a key parameter// J. Magn. Magn. Mater.- 2004.-V.268.- P.309-314.

98. Tejedor M., Hernando B., Sanchez M.L., Prida V.M., Garcia-Beneytez J.M., Vazquez M., Herzer G. Magnetoimpedance effect in zero magnetostriction117nanocrystalline Fe73.5Cu1Nb3Sii6.5B6 ribbons// J. Magn. Magn. Mater.- 1998.-V.185.-P.61-65

99. Barandiaran J.M., Vazquez M., Hernando A., Gonzalez J., Rivero G. Distribution of the magnetic anisotropy in amorphous alloys ribbons// IEEE trans. Magn.- 1989.- V.25.- P.3330-3332.

100. Muñoz J.L., Kurlyandskaya G.V., Barandiarán J.M., Potapov A.P., Lukshina V.A., Vázquez M. Anisotropy distribution and magnetoimpedance in stress annealed nanocrystalline and amorphous ribbons// Phys. Met. Metall.- 2001.-V.91,Supl.l.- P.S139-S142.

101. Muñoz J.L., Kurlyandskaya G.V., Barandiarán J.M., Potapov A.P., Vázquez M. Anisotropy distribution and magnetoimpedance in stress annealed amorphous ribbons// Proceedings of EMMA-2000 Conference.- Mater. Sci. Forum- 2001.-V.373-376.- P.269-272.

102. ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССОВ НАМАГНИЧИВАНИЯ,

103. МАГНИТОТРАНСПОРТНЫЕ СВОЙСТВА И РЕЗОНАНСНОЕ МИКРОВОЛНОВОЕ ПОГЛОЩЕНИЕ В КОМПОЗИЦИОННО ОДНОРОДНЫХ И НЕОДНОРОДНЫХ ПЛАНАРНЫХ СТРУКТУРАХ ( НА ПРИМЕРЕ ОДНОСЛОЙНЫХ И МНОГОСЛОЙНЫХ ТОНКИХ ПЛЕНОК НА ОСНОВЕ FeNi или CoSiB)

104. Краткий обзор экспериментальных и теоретических результатов ГМИ в многослойных плоских ферромагнетиках

105. Однородная пленка Многослойная структура ГМИ- сэндвич

106. Рис. 2-1. Основные типы магнитоимпедансных пленочных структур.