巨磁阻抗效应实验研究

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

电沉积复合丝及其巨磁阻抗效应的研究

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

NiFeCoP/BeCu复合结构丝的巨磁阻抗效应和磁化频率特性

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

磁场退火对Co基熔体抽拉丝巨磁阻抗效应的影响

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

LC共振型巨磁阻抗效应的研究

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

横向偏置场作用的非晶带巨磁阻抗效应理论

采用多畴结构模型,考虑非晶带具有180°畴壁的磁畴及其两面的偏置磁场方向的不同,根据自由能最小原理,Maxwell方程组及带阻尼项的Landau-Lifshitz方程,建立了非晶态合金带在横向偏置磁场作用下的巨磁阻抗效应的理论计算公式. 提出并采用四状态平均磁导率代替单畴模型获得的磁导率,得到了更符合实际的处于偏置场作用的阻抗随外磁场变化的理论结果. 关键词： 偏置磁场 四状态 多畴结构 巨磁阻抗     

基于Nyquist图研究铁基非晶薄带巨磁阻抗效应的非线性

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

FeCo基磁芯螺线管巨磁阻抗效应与磁芯长度关系的研究

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

FeCuCrVSiB单层和多层膜的横向巨磁阻抗效应

用射频溅射法制备了Fe_71.5Cu₁Cr_2.5V₄Si₁₂B₉单层膜和结构为(F/S)₃/M/(F/S)₃的多层膜，在制备过程中加72kA/m的纵向磁场.研究表明在制备过程中加磁场明显改善了材料的软磁性能，降低了材料的矫顽力.将样品经不同温度退火热处理后，发现经230℃退火1.5h的单层膜和多层膜具有最佳的软磁性能和最大的磁阻抗效应，单层膜最大横向磁阻抗比为37.5%，多层膜最大横向磁阻抗比高达277%.通过比较单层和多层膜磁阻抗效应随频率和磁场的变化，发现多层膜具有较低的磁阻抗效应的临界频率和峰值特征频率，和较大的磁阻抗变化率，而且有较低的横向磁阻抗效应的饱和场. 关键词： 铁基合金 多层膜 巨磁阻抗效应     

射频溅射功率对FeZrBCu软磁合金薄膜巨磁阻抗效应的影响

用射频溅射法制备了FeZrBCu软磁合金薄膜.研究了不同溅射功率对FeZrBCu薄膜软磁特性和巨磁阻抗效应的影响.用电子探针显微镜测量发现，当溅射功率为240W时，薄膜样品中Fe的原子含量为8732%，Cu的原子含量为29%.这种样品的矫顽力最小，为68A/m，饱和磁化强度约为111×105⁵A/m，软磁性能最佳，巨磁阻抗效应最大，溅态膜在 13MHz最大巨磁阻抗比纵向为17%，横向为11%.重点分析了阻抗的电阻、电感分量及横向有 效磁导率随频率的变化，得到在低频下主要是磁电感 关键词： 铁基合金 薄膜 巨磁阻抗效应     

Co基金属纤维不对称巨磁阻抗效应

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

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

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

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

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

Cytotoxicity and GMI bio-sensor detection of maghemite nanoparticles internalized into cells

In this work we determine conditions to produce cell samples for imaging with detection of the modification of the magnetic field by maghemite (Fe₂O₃) nanoparticles acting as a high sensitivity magnetic bio-sensor based on the giant magneto-impedance (GMI) effect. Mat Ly Lu cells are grown for 24 h with various maghemite nanoparticles concentrations (from 0 to 6 mg/ml). The percentage of viable cells is determined by counting labeled cells with trypan blue under an optical microscope. The quantity of nanoparticles internalized into the cells is evaluated by X-ray fluorescence analysis and expressed in iron moles per cell. The GMI bio-sensor was tested with the various samples. We observed that the best sensitivity of the GMI bio-sensor was obtained at a frequency of 1 MHz. To confirm these results in the presence of cell samples, four measurement frequencies were pre-selected (from 1 to 100 MHz) and tested. Cell growth conditions compatible with an acceptable percentage of cell viability for various concentrations of nanoparticles were also determined. These experiments allow us to conclude that cell growth with 0.1 mg/ml of nanoparticles for 24 h shows modifications of the magnetic field detectable optimally at 1 MHz frequency.     

Giant magnetoimpedance effect and voltage response in meander shape Co-based ribbon

Field-annealed Co-based amorphous ribbon (Metglas^® 2705M) with a meander structure is fabricated by MEMS technology and the giant magnetoimpedance (GMI) effects are studied at different magnetic fields and frequencies. The maximum longitudinal GMI ratio of the ribbon is 193.7% and the magnetic field sensitivity is 17.4%/Oe. The maximum GMI ratio of the meander ribbon is much larger than the single strip ribbon mainly due to the larger change ratio of inductance L. The sensitivity of an output U reach up to 10 V/A and U thermal fluctuation is less than 15 mV in the temperature range of ?20 to 40°C. This meander shape ribbon can be considered as a good candidate for the GMI-based sensor fabrication.     

FeCuCrVSiB多层膜巨磁阻抗效应的研究

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