Chương 1. Tổng quan Hiệu ứng từ tổng trở khổng lồ (hiệu ứng GMI): Nghiên cứu về bản chất của hiệu ứng từ trở khổng lồ (hiệu ứng GMI), sự phụ thuộc giá trị biến thiên tổng trở (giá trị tỉ số GMI) của vật dẫn từ theo: độ thấm sâu, từ trường kích thích một chiều, cường độ dòng điện xoay chiều, tần số của dòng điện xoay chiều, nhiệt độ đo, cấu hình vật liệu (chiều dài, độ dày, độ nhám bề mặt) và quá trình ủ mẫu. Đặc biệt nghiên cứu đã xác định được thành phần thực của tổng trở (R) là yếu tố đóng góp chính đến sự thay đổi tổng trở (Z) xảy ra trên lớp bề mặt của vật liệu băng và dây sắt từ mềm trong dải tần số cao từ 100 1000 MHz. Vật liệu băng và dây từ mềm vô định hình: Nghiên cứu tính chất từ (cấu trúc đômen, tính chất từ trễ, độ từ thẩm), tính chất cơ, tính chất điện, ứng dụng của vật liệu băng và dây sắt từ mềm vô định hình.
Về vật liệu từ Fe3O4: Nghiên cứu về tính chất cấu trúc, tính chất từ (đômen từ, dị hướng từ), tương tác từ, hiệu ứng kích thước, hiệu ứng bề mặt, ứng dụng và các phương pháp chế tạo của hạt nano từ tính ôxít sắt từ Fe3O4. Thực nghiệm Phương pháp chế tạo vật liệu băng từ và dây từ mềm vô định hình. Nghiên cứu khả năng cải thiện tính chất từ mềm của vật liệu băng từ và dây từ mềm vô định hình chứa Co 19 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chế tạo hạt nano ôxit sắt từ Fe3O4 bằng phương pháp phân hủy từ tiền chất hữu cơ Khảo sát độ nhạy từ trường của vật liệu dạng băng (dây) nền Co, xác định từ trường yếu của hệ hạt nano Fe3O4 Các phép đo sử dụng các hệ mẫu băng từ, dây từ mềm vô định hình và hệ hạt nano từ tính ôxit sắt từ Fe3O4 Chương 3. Cải thiện tính chất từ mềm của vật liệu vô định hình dạng băng và dây chứa Coban bằng phương pháp ủ nhiệt Nghiên cứu khảo sát sự phụ thuộc của tính chất cấu trúc, hình thái, tính chất từ, tính chất từ tổng trở, độ nhạy từ của vật liệu vô định hình dạng băng (hoặc dây) chứa Co theo nhiệt độ ủ và từ trường một chiều trong dải tần số từ 100 1000 MHz.
Từ đó nghiên cứu xác định được điều kiện nhiệt độ ủ, từ trường một chiều thích hợp để nâng cao độ nhạy từ của vật liệu băng và dây từ trong dải tần số cao từ 100 1000 MHz và lựa chọn vật liệu làm thành phần chính của cảm biến từ GMI đo từ trường yếu. Nghiên cứu khả năng phát hiện từ trường yếu tạo ra bởi hệ hạt nano từ tính Fe3O4 bằng cảm biến từ tổng trở sử dụng băng từ và dây từ nền Co làm thành phần chính. Tiến hành nghiên cứu tính chất cấu trúc, kích thước, hình thái, tính chất từ, của hệ hạt nano từ tính Fe3O4 đã được chế tạo theo phương pháp phân hủy từ tiến chất hữu cơ. Sử dụng vật liệu băng từ (Co0,95Fe0,05)89Zr7B4 và dây từ Co68,2Fe4,3B15Si12,5 đã được ủ nhiệt, có độ nhạy tốt nhất để làm thành phần chính của cảm biến từ phát hiện từ trường yếu của hệ hạt nano từ tính Fe3O4.
Sử dụng cảm biến GMI dùng dây từ Co68,2Fe4,3B15Si12,5 làm thành phần chính để đo từ trường yếu do hệ hạt nano từ tính Fe3O4 tạo ra. Giá trị của từ trường yếu được xác định cụ thể theo khối lượng của hệ hạt nano từ tính Fe3O4 bằng phương pháp hồi qui tuyến tính. Kết luận chung Tài liệu tham khảo 20 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Nguyên tắc hoạt động của cảm biến từ tổng trở (cảm biến GMI) để xác định từ trường nhiễu loạn yếu dựa vào hiệu ứng từ tổng trở khổng lồ (hiệu ứng GMI) xảy ra trên các họ vật liệu băng và dây từ nền Fe hoặc Co.
Trong chương này chúng tôi tìm hiểu hiệu ứng GMI, nghiên cứu các yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu ứng GMI. Đặc biệt trên cơ sở lý thuyết về sự ảnh hưởng của tần số dòng điện xoay chiều trên vật liệu sắt từ mềm vô định hình nền Fe, Co xác định các yếu tố chính đóng góp đến sự thay đổi của tổng trở, giá trị của tỉ số GMI, độ nhạy từ của vật liệu trong dải tần số cao từ 100 - 1000 MHz. Kết hợp với nghiên cứu tổng quan về vật liệu ôxit sắt từ, chúng tôi chọn vật liệu phù hợp cho nghiên cứu trong luận án này. HIỆU ỨNG TỪ TRỞ KHỔNG LỔ (HIỆU ỨNG GMI) 1.
Hiệu ứng từ trở khổng lồ (hiệu ứng GMI) Xét một vật dẫn sắt từ đặt trong từ trường một chiều HDC, khi một dòng điện xoay chiều iac có cường độ nhỏ chạy qua một vật dẫn sắt từ, tổng trở (Z) của vật dẫn sẽ thay đổi.1 là sơ đồ đo tổng trở của vật dẫn từ tính mang dòng điện xoay chiều dưới tác dụng của từ trường một chiều HDC [83]. Sơ đồ đo từ tổng trở của vật dẫn Hiệu ứng từ trở khổng lồ (hiệu ứng GMI) được định nghĩa là sự thay đổi lớn tổng trở của vật dẫn khi có dòng điện xoay chiều cường độ nhỏ chạy qua, trong từ trường một chiều đặt dọc theo vật dẫn. Tổng trở Z (H) của vật dẫn được xác định : 21 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.1) trong đó: R (H) là thành phần thực, X (H) là thành phần ảo của tổng trở Z(H) của vật dẫn. Thành phần của tổng trở Z(H) thay đổi theo từ trường ngoài được xác định theo công thức [137]: Z Z ( H ) Z ( H max ) .4) X X ( H max ) trong đó: H max : cường độ từ trường ngoài cực đại; R(H): thành phần thực của tổng trở X(H): thành phần ảo của tổng trở, Z(H): tổng trở của vật liệu, Z ( H max ), X ( H max ), R( H max ) lần lượt là giá trị tổng trở, thành phần phức của tổng trở, thành phần thực của tổng trở tại từ trường cực đại Hmax.
Tổng trở của vật dẫn Tổng trở của vật dẫn có dòng điện xoay chiều chạy qua được xác định [83]: U ac Z (H ) (1.5) I ac trong đó cường độ dòng điện và điện áp biến đổi theo qui luật: I I ac .7) Uac là điện áp xoay chiều hai đầu vật dẫn, Iac là cường độ dòng điện xoay chiều cực đại chạy qua vật dẫn. Khi các vật dẫn có hình dạng khác nhau, tổng trở của nó được xác định khác nhau [71]. Đối với vật liệu sắt từ có hình dạng các xác định, L là chiều dài và q tiết diện của vật dẫn: 22 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LEz ( S ) j(S ) U Rdc (1.8) q j q j q trong đó E z và jz là thành phần điện trường và mật độ dòng điện theo phương z dọc theo vật dẫn, Rdc là điện trở một chiều DC, và jz q là giá trị trung bình của mật độ dòng điện theo tiết diện q. Đối với vật dẫn hình trụ và vật dẫn phẳng vô hạn tổng trở được tính theo công thức (1.10) Trong đó: t là bán kính của dây, 2a là độ dày của băng, Rdc là giá trị điện trở một chiều của mẫu; k là hệ số phụ thuộc độ thấm sâu theo công thức: k (1 j ) / m (1.11) với j là thành phần phức; δm là giá trị độ thấm sâu của vật liệu trong từ trường, Jo(kt) và J1(kt) là các giá trị ứng với 0 và 1 của hàm số Bessel: 2 m (1) m kt J (kt ) .12) m 0 m !( m )! 2 Trong trường hợp vật dẫn là dây từ: là độ từ thẩm tròn của dây từ.
Độ thấm sâu của từ trường trong dây từ được xác định [102] : c m (1.13) 4 2 f Trong trường trường hợp băng mỏng: T là độ từ thẩm ngang của băng từ. Độ thấm sâu của từ trường trong băng từ được xác định [102]: c m (1.14) 4 2 f T với c là vận tốc của ánh sáng, σ là độ dẫn điện, f 2 là tần số của dòng xoay chiều AC dọc theo chiều dài của mẫu. Hiệu ứng GMI phụ thuộc mạnh mẽ vào sự thay đổi của độ từ thẩm tròn với mẫu dây và độ từ thẩm ngang đối với mẫu băng dưới tác dụng của từ trường một chiều HDC thể hiện hình 1. 23 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.
Sự phụ thuộc của độ thấm sâu (δm) và độ từ thẩm tròn (ngang)µT (a) vào từ trường ngoài (HDC) của mẫu dây từ (b) và băng từ (c) [83]. Khi HDC tăng dần, độ thấm sâu theo từ trường sẽ tăng dần. Các mômen từ trong lõi vật liệu định hướng dọc theo từ trường nên độ từ thẩm hiệu dụng sẽ bị suy giảm. Để nhận được giá trị GMI lớn, cần phải giảm độ sâu (δm) bề mặt của vật dẫn, vật liệu từ có độ từ thẩm tròn (đối với mẫu dây) hoặc độ từ thẩm ngang µT (đối với mẫu băng) lớn và RDC phải nhỏ.
Sự biến thiên của δm theo từ trường ngoài theo µϕ (hoặc µT) sẽ thay đổi giá trị R và X, dẫn đến sự thay đổi Z. Sự thay đổi của thành phần thực R và thành phần phức X của tổng trở Z phụ thuộc từ trường ngoài HDC. Thành phần thực R của vật dẫn có thể xác định [28]: R ( l ) / 2 (a m ) m (1.15) Trong đó: a là bán kính dây từ (hoặc nửa độ dày của băng từ); Thành phần phức (X) của tổng trở (Z) phụ thuộc vào độ tự cảm L theo công thức [73]: X .16) Trong đó, o và r là độ từ thẩm trong chân không và độ từ thẩm tương đối trung bình của mẫu. Khi r thay đổi theo từ trường ngoài HDC sẽ gây ra sự thay đổi của L và sự thay đổi của Z.
Do đó sự thay đổi của R và X sẽ đóng góp vào sự thay đổi của tổng trở của vật liệu [13]. Hiệu ứng từ trở khổng lồ phụ thuộc theo tần số của dòng điện xoay chiều Đối với vật liệu băng và dây từ vô định hình nền Co và nền Fe, sự ảnh hưởng của giá trị tần số của dòng điện xoay chiều trên cả hai họ vật liệu có tính tương đồng. Trong các dải tần số đo khác nhau sự ảnh hưởng của các yếu tố như: sự 24 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.