układów
Amorficzne mikrodruty pokryte szkłem o składzie na bazie żelaza stanowią interesu-jące ferromagnetyczne elementy wykazuinteresu-jące własności bistabilne [62]. Przy pomiarze w wolno zmiennym polu magnetycznym (przy niskiej częstotliwości f sinusoidalnego prądu zmiennego) charakterystyczne jest dla nich występowanie prawie prostokątnej pętli histerezy. Zachowanie to jest związane z występowaniem pojedynczego skoku Barkhausena, co tłumaczy się zmianą namagnesowania w pojedynczej domenie we-wnętrznej [63].
Na wykresie 5.4 zostały przedstawione pętle histerezy dla pojedynczego drutu o średnicy metalowego rdzenia dH = 6.8 µm oraz dla układu dwóch identycznych mikro-drutów równoległych względem siebie i stykających się ze sobą na całej ich długości.
Pętla histerezy dla pojedynczego drutu, jak widzimy na tym wykresie, ma pra-wie idealnie prostokątny przebieg, charakterystyczny dla amorficznych mikrodrutów. Zmiana namagnesowania rozpoczyna się dla tego drutu w polu przełączeniowym Hs = 1.95 Oe.
Dla układu złożonego z dwóch identycznych drutów, których rdzenie metalowe od-ległe były od siebie o podwójną grubość szklanej powłoki tych drutów, czyli o 12.6 µm, zauważamy, że zmiana namagnesowania w układzie zachodzi w postaci dwóch skoków Barkhausena. Każdy z tych skoków związany jest z przemagnesowaniem pojedynczego drutu. Ze względu na oddziaływanie magnetostatyczne pomiędzy drutami, jeden z nich przemagnesowuje się wcześniej (w polu H1 = 0.8 Oe) niż zrobiłby to bez obecności dru-giego drutu. Jego przemagnesowanie powoduje jednak, że wartość pola wypadkowego
−4 −3 −2 −1 0 1 2 3 4 −1 −0.75 −0.5 −0.25 0 0.25 0.5 0.75 1 H(Oe) M /M s
Rysunek 5.4: Znormalizowane pętle histerezy dla jednego drutu oraz układu dwóch równoległych drutów o długości L = 3 cm i średnicy metalowego rdzenia dH = 6.8 µm
i całkowitej średnicy DH = 19.4 µm.
działającego na drugi drut zostaje obniżona; przez to przemagnesowanie drugiego drutu następuje później (w polu H2 = 2.8 Oe) niż by to miało miejsce gdyby nie pozostawał on w polu innego drutu.
Porównywalna wysokość obydwu otrzymanych stopni wskazuje, że użyte do po-miaru dwa druty będące tej samej długości były wykonane z tego samego materiału. W innym przypadku różnice namagnesowania uzyskane po przemagnesowaniu każdego z nich miałyby różną wartość.
Przebadany został również układ trzech drutów o średnicach metalowego rdzenia
dH = 5.7 µm oraz średnicach całkowitych DH = 25.2 µm. Druty umieszczone były równolegle względem siebie na płaszczyźnie i jedynie dwa kolejne druty stykały się ze sobą. Przemagnesowanie układu następowało w postaci trzech skoków Barkhausena. Otrzymana pętla histerezy została przedstawiona na wykresie 5.5.
Początkowo wszystkie druty były namagnesowane w tym samym kierunku. Gdy na-stępowało obniżanie wartości pola zewnętrznego od wartości maksymalnej Hmdo−Hm
pierwszy drut przemagnesowywał się w polu zewnętrznym H1, następny drut przema-gnesowywał się w polu H2, a trzeci w polu H3. Różnice pomiędzy polami, w których następowało przemagnesowanie pierwszego i drugiego drutu wynosiła ∆H1−2 = 0.72 Oe drutu, a pomiędzy polami przemagnesowania drugiego i trzeciego drutu ∆H2−3 = 0.52 Oe. Różnica ta wynika z oddziaływania magnetostatycznego pomiędzy drutami. Jako pierwszy przemagnesowywał się drut środkowy, ponieważ stan układu, w
któ-−5 −4 −3 −2 −1 0 1 2 3 4 5 −1 −0.75 −0.5 −0.25 0 0.25 0.5 0.75 1 H(Oe) M /M s
Rysunek 5.5: Znormalizowana pętla histerezy dla trzech drutów o długości L = 3 cm, średnicy metalowego rdzenia dH = 5.7 µm i całkowitej średnicy DH = 25.2 µm.
rym wszystkie druty są tak samo namagnesowane jest nie korzystny energetycznie. Na środkowy drut działa największe pole wypadkowe pochodzące od pozostałych drutów, więc przemagnesowanie tego drutu następowało najszybciej. Stan takiego układu, w którym druty skrajne mają identyczny zwrot namagnesowania, a drut środkowy zwrot przeciwny, jest najkorzystniejszy energetycznie. Układ drutów oddziałujących magne-tostatycznie stara się zachować taki stan jak najdłużej to możliwe. Gdy jednak dojdzie już do przemagnesowania drugiego drutu (jednego ze skrajnych drutów), to pomimo, że najkorzystniej jest aby jeden z drutów miał przeciwny zwrot to działające na niego pole wypadkowe pochodzące od dwóch przemagnesowanych wcześniej drutów (drutu środkowego i skrajnego) nie jest tak silne jak to miało miejsce dla drutu środkowego, na który oddziaływały dwa skrajne druty. Różnica pomiędzy polami H2 i H3 musi być zatem mniejsza niż pomiędzy H1 i H2.
Układy trzech jednakowych drutów oddziałujących magnetostatycznie cechuje fru-stracja magnetyczna, podobnie jak ma to miejsce w przypadku oddziaływania ferro-magnetycznego. Jednak w przypadku rzeczywistych drutów zwykle ta frustracja nie jest obserwowana, gdyż ich pola przełączeniowe przyjmują odrobinę różne wartości. Wynika to z faktu, że druty rzeczywiste używane do pomiarów mają najczęściej nieco różne długości lub średnice.
Ostatnim przebadanym typem układu był układ dwóch równoległych drutów sty-kających się wzdłuż ich osi, mających te same średnice, ale inne długości. Druty były zrównane ze sobą z jednej strony, a ich długości były równe L1 = 3 cm oraz L2 = 2.5 cm.
−5 −4 −3 −2 −1 0 1 2 3 4 5 −1 −0.75 −0.5 −0.25 0 0.25 0.5 0.75 1 H(Oe) M /M s
Rysunek 5.6: Znormalizowana pętla histerezy dla dwóch drutów o różnych długościach (L1 = 3 cm, L2 = 2.5 cm), średnicy metalowego rdzenia dH = 5.7 µm i całkowitej
średnicy DH = 25.2 µm.
Jako pierwszy przemagnesowywał się dłuższy drut, co jest konsekwencją oddzia-ływania magnetostatycznego. Pole wypadkowe działające na koniec dłuższego drutu stykający się z końcem krótszego drutu miało większą wartość niż pole wypadkowe działające na ten koniec dla krótszego drutu. Stąd preferowane było przemagnesowanie dłuższego drutu w pierwszej kolejności. Wynika stąd, że kolejność przemagnesowywa-nia się drutów powinna być identyczna dla górnej jak i dolnej gałęzi pętli histerezy. Zależność tą można zauważyć na wykresie 5.6.
Należy ponadto zauważyć, że na wykresach 5.4, 5.5 oraz 5.6 nie obserwujemy wy-stępowania asymetrii pętli histerezy dla układów drutów równoległych do siebie i do zewnętrznego pola magnetycznego.
5.2.2 Pole włączeniowe w funkcji średnicy drutów
W kontekście dążenia do miniaturyzacji technologii, pytanie o to jak zmieniają się własności magnetycznych dla coraz to mniejszych struktur nabiera dużego znaczenia.
Na wykresach 5.7a i 5.7b zostały przedstawione odpowiednio zależności wartości pola przełączeniowego Hs mikrodrutów w zależności od średnicy ich metalowego rdze-nia dH oraz stosunku średnicy rdzenia do średnicy całego drutu dH/DH. Małe wykresy przedstawiają te same zależności w skali logarytmicznej (wykres 5.7a) oraz półlogaryt-micznej (wykres 5.7b).
0 5 10 15 20 0 1 2 3 4