“三明治”多层膜巨磁阻抗效应的理论研究

论文摘要

磁性材料的交流阻抗在外加直流磁场的作用下,呈现快速响应、高灵敏度变化的现象被称作为巨磁阻抗效应（Giant Magneto Impedance effect, GMI effect）。最近研究表明由软磁合金层包覆高导电金属层的多层膜具有显著的GMI效应。 本论文根据具有巨磁阻抗效应的实际三明治样品的状况,提出了三明治结构作为理论计算的模型:三明治模型外面两层为铁磁层,中间是导电层,并且导电层的宽度小于铁磁层宽度,这样上下铁磁层形成封闭式的结构。采用将静态磁化过程和动态磁化过程分开计算的方法,同时考虑畴壁移动和磁畴转动两种磁化机制的影响,推导出用于多层膜纵向巨磁阻抗效应理论研究的磁导率张量完整表达式。根据有效磁导率张量的表达式,利用一定边界条件下的Maxwell磁矢量方程和Landau-Lifshitz方程对封闭式的三明治模型进行理论计算,得到阻抗与频率、各向异性场、薄膜的厚度和电导率等因素间的函数关系。计算结果表明:磁晶各向异性等效场值Hk越小、与易轴方向夹角越小GMI效应越明显。在此基础上,对于磁晶各向异性等效场大小为3Oe,方向沿易轴方向的多层膜进行进一步理论计算,计算结果可归纳如下: （1） 高频阻抗在某一外加直流磁场（近似等于磁晶各向异性等效场）下出现最大值; （2） 三明治多层膜的GMI效应在频率是1MHz附近出现最大值; （3） 导电层的电导率越大的多层膜中将出现较强的GMI效应; （4） 对于总厚度要求一定的层状薄膜,铁磁层和导电层薄膜存在一最佳厚度。 （5） 磁晶各向异性等效场越小,并且方向与外磁场方向夹角越大,GMI比率越大。

论文目录

• 摘要
• 第一章 引言
• 第二章 GMI效应的实验研究和应用
• 2.1 GMI效应的实验研究
• 2.1.1 GMI效应和磁各向异性的关系
• 2.1.2 GMI效应和驱动电流频率的关系
• 2.1.3 GMI效应和导电层电导率的关系
• 2.2 CMI效应的应用
• 第三章 薄膜样品的 GMI效应理论计算方法
• 3.1 未考虑磁畴结构的多层膜模型
• 3.1.1 有效磁导率形式的多层膜 GMI效应的理论计算
• 3.1.2 磁导率张量形式的多层膜 GMI效应的理论计算
• 3.2 考虑磁畴结构的多层膜模型
• 第四章 多层膜模型建立和计算
• 4.1 磁导率的计算
• 4.1.1 理论模型
• 4.1.2 直流磁化过程的研究
• 4.1.3 交流磁化率张量的推导
• 4.1.4 磁导率张量的表达式
• 4.2 阻抗的计算
• 4.2.1 多层膜有效磁导率的计算
• 4.2.2 多层膜阻抗的计算
• 4.2.3 计算结果与分析
• 4.2.4 小结
• 4.3 θ=90°时 GMI效应的计算
• 4.3.1 多层膜阻抗的计算
• 4.3.2 计算结果与分析
• 4.3.3 小结
• 4.4 结束语
• 参考文献
• 致谢