Частотные зависимости комплексной магнитной проницаемости

Существует несколько механизмов, оказывающих влияние на процессы перемагничивания нанокомпозитов в высокочастотном переменном магнитном поле. Прежде всего, это магнитное последействие, заключающееся в запаздывании изменения намагниченности образца при изменении внешнего магнитного поля (см. разд. 3.3). Однако при комнатных температурах, которые, как правило, значительно превышают температуру бифуркации, магнитное последействие слабо влияет на процессы высокочастотного перемагничивания.

В объемных ферромагнетиках существенное значение имеют потери на вихревые токи, связанные с тем, что при изменении намагниченности образца в его объеме, согласно закону электромагнитной индукции, наводятся токи, приводящие к замедлению изменения намагниченности. Вихревые токи делятся на макровихревые (предполагается однородное изменение намагничивания внутри образца) и на микровихревые (учитывается изменение токов в местах расположения доменных стенок). В общем случае точный расчет потерь на вихревые токи — достаточно трудная задача, при решении которой надо учитывать геометрию доменных стенок, расстояние между ними, их распределение, размеры образца и т. д. Основным критерием оценки интенсивности магнитных потерь на вихревые токи является глубина скин-слоя. Это расстояние проникновения вглубь материала, на котором электромагнитная волна с угловой частотой ш ослабевает в е раз:

где р — удельное электрическое сопротивление; /г — магнитная проницаемость материала.

Аморфные композиты металл—диэлектрик характеризуются высокими значениями удельного электрического сопротивления, даже для составов, находящихся за порогом перколяции, что делает их перспективными материалами для использования в ВЧ и СВЧ-диапа- зоне частот, поскольку для тонких пленок величина .V оказывается больше их толщины. Расчеты, основанные на выражении (3.32), показывают, что толщина скин-слоя в аморфных нанокомпозитах будет больше 4—6 мкм (то есть будет превышать толщину образца) вплоть до частот 100 ГГц даже для составов, находящихся за порогом перколяции.

В любом ферромагнитном материале на процессы перемагничивания оказывает влияние естественный ферромагнитный резонанс. При налинии магнитной анизотропии вектор /у прецессирует вокруг ОЛН так, словно на него действует магнитное поле, равное Яд. Частота такой прецессии

где р — гиромагнитное отношение:

g —Ланде множитель; е — заряд электрона; /то — магнитная постоянная; т — масса электрона. Если частота внешнего поля приближается к собственной частоте прецессии вектора /у, возникает резкое изменение действительной и мнимой частей комплексной магнитной проницаемости. Такой резонанс, возникающий в отсутствии внешнего поля благодаря собственной магнитной анизотропии, называется естественным магнитным резонансом.

В тонких пленках, когда ось легкого намагничивания лежит в плоскости пленки, прецессия вектора намагниченности может протекать таким образом, что происходит «выход» вектора из плоскости и появляется составляющая, ориентированная перпендикулярно. В этом случае эффективное резонансное поле (Ядф) увеличивается и будет иметь значение [3.99]:

В тонких пленках с плоскостной анизотропией частота магнитного резонанса рассчитывается как [3.102]

где и, — гиромагнитное отношение (2т/ = 2,8 МГц/Э); Яд —поле плоскостной анизотропии; /, — намагниченность насыщения. Если поле размагничивания, перпендикулярное плоскости пленки, велико, в выражении (3.35) следует брать Ядф из (3.34).

Исследования частотных зависимостей р! и //" в наногранулиро- ванных композитах показывают, что вплоть до нескольких сотен мегагерц магнитная проницаемость практически не зависит от частоты (на рис. 3.36, а показан характерный пример такой частотной зависимости). Эго свидетельствует о том, что такие механизмы диссипации энергии, как магнитное последействие или потери на вихревые токи,

Частотные зависимости действительной (У) и мнимой (2) частей комплексной магнитной проницаемости наногранулированного композита (Со4оРеоВо)бз(8Ю2)з7 в исходном состоянии

Рис. 3.36. Частотные зависимости действительной (У) и мнимой (2) частей комплексной магнитной проницаемости наногранулированного композита (Со4оРе4оВ2о)бз(8Ю2)з7 в исходном состоянии

не оказывают значимого влияния на процессы перемагничивания, а частота естественного ферромагнитного резонанса соответствует более высоким значениям частоты поля. Данное обстоятельство является важным, поскольку свидетельствует о том, что наногранулированные тонкопленочные композиты обладают оптимальной структурой для использования их в качестве магнитных высокочастотных материалов. Необходимые для практического применения большие значения магнитной проницаемости могут достигаться за счет выбора оптимального элементного состава металлической и диэлектрической фаз, а также за счет термомагнитной обработки.

В более высокочастотном диапазоне действительная часть магнитной проницаемости начинает уменьшаться (рис. 3.37). Такая зависимость наблюдается для всех наногранулированных композитов без исключения, поскольку обусловлена одинаковыми причинами, а именно естественным ферромагнитным резонансом. Данный механизм снижения проницаемости подтверждается противоположной частотной зависимостью значений // и /г": в то время как ц' уменьшается с увеличением частоты, значения ц" возрастают, проходя через максимум, — это характерно именно для резонанса.

Абсолютные значения магнитной проницаемости в этом диапазоне частот могут быть увеличены за счет выбора системы, а также за счет термомагнитной обработки (рис. 3.37, б). Кроме того, увеличение магнитной проницаемости композитов можно обеспечить посредством смещения значения частоты, при которой начинается магнитный резонанс (/рез, см. выражение 3.35) в область более высоких значений, изменяя величину параметров /Уд и Му.

Частотные зависимости действительной

Рис. 3.37. Частотные зависимости действительной (/) и мнимой (2) частей комплексной магнитной проницаемости наногранулированного композита (Со4оЙ!4оВ2о)бо,8(8Ю2)з<>,2 в исходном состоянии (а) и после отжига при температуре 350 °С в течение 30 минут (б)

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >