This thesis is concerned with the advanced topics of thin film magnetoimpedance (MI) sensors. The author proposes and develops novel MI sensors that target on the challenges arising from emerging applications such as flexible electronics, passive wireless sensing, etc. In the study of flexible MI sensor, the investigated sensors of NiFe/Cu/NiFe tri-layersare fabricated on three flexible substrates having different surface roughness: Kapton, standard and premiumphotopaper. Sensitivity versus substrate roughness analysis is carried out for the selection of optimal substrate material. The high magnetic sensing performance is achieved by using Kapton substrate. Stress simulation, incorporated with the theory of magnetostriction effect, reveals the material composition of Ni/Fe being as a key factor of the stress dependent MI effect for the flexible MI sensors. In the development of MI-SAW device for passive wireless magnetic field sensing, NiFe/Cu/NiFe tri-layersand interdigital transducers(IDT) are designed and fabricated on a single piece of LiNbO3substrate, providing a high degree of integration and the advantage of standard microfabrication. The double-electrodeIDT has been utilized and proven to have an optimal sensing performance in comparison to the bi-directional IDT design. The optimized high frequency performance of the thin film MI sensor results in a MI-SAW passive wireless magnetic sensor with high magnetic sensitivity comparing to the MI microwire approach. Benefiting from the high degree of integration of the MI thin film element, in the following study, two additional sensing elements are integrated to the SAW device to have a multifunctional passive wireless sensor with extended temperature and humidity sensing capabilities. Analytical models havebeen developed to eliminate the crossovers of different sensing signals through additional reference IDTs, resulting in a multifunctional passive wireless sensor with the capability of detecting all three measurands individually and simultaneously.

Amorphous and nanocrystalline transition metal magnetic alloys (TMMAs) have been the subjects of fundamental and applied study due to their unique structure. The lack of long-range order in these materials sets the stage for their soft magnetic properties to be tuned for a variety of technological applications, such as sensitive magnetic field sensors, high frequency transformers, and stress sensors. Fundamental investigation of the magnetic and structural properties of these materials is also motivated by their unique amorphous or nanocrystalline-embedded amorphous matrix morphology, which has consequences on both the magnetism seen from both the atomic and macro-scale. The surfaces of these materials become important to their high frequency applications, where the skin depth of the excitation field is distributed near the surface. In conjunction with high frequency magnetoimpedance measurements, surface sensitive probes of magnetism and structure must be employed to provide a complete picture of the relationship between the surface and dynamic magnetism. This dissertation focuses on the surface impact of chemical composition, annealing conditions, and coatings on TMMAs on their magnetoimpedance response through multiple surface sensitive techniques such as atomic/magnetic force microscopy, magneto-optical Kerr effect, and scanning/transmission electron microscopy. These tools provide a view into the relationship between the nanostructure, microstructure and soft magnetic properties that make these materials highly desired for fundamental study and technological application.

The overall goals of the present PhD research are to explore the giant magnetoimpedance (GMI) and giant magnetocaloric (GMC) effects in functional magnetic materials and provide guidance on the optimization of the material properties for use in advanced magnetic sensor and refrigeration applications. GMI has attracted growing interest due to its promising applications in high-performance magnetic sensors. Research in this field is focused on the development of new materials with properties appropriate for practical GMI sensor applications. In this project, we have successfully set up a new magneto-impedance measurement system in the Functional Materials Laboratory at USF. We have established, for the first time, the correlation between sample surface, magnetic softness, critical length, and GMI in Co-based amorphous ribbon materials, which provide a good handle on selecting the suitable operating frequency range of magnetic materials for GMI-based field sensor applications. The impact of field-induced magnetic anisotropy on the GMI effect in Co-based nanocrystalline ribbon materials has also been investigated, providing an important understanding of the correlation between the microstructure, magnetic anisotropy, and GMI in these materials. We have shown that coating a thin layer of magnetic metal on the surface of a magnetic ribbon can reduce stray fields due to surface irregularities and enhance the magnetic flux paths closure of the bilayer structure, both of which, in effect, increase the GMI and its field sensitivity. This finding provides a new way for tailoring GMI in surface-modified soft ferromagnetic ribbons for use in highly sensitive magnetic sensors. We have also introduced the new concepts of incorporating GMI technology with superparamagnetic nanopthesiss for biosensing applications and with carbon nanotubes for gas and chemical sensing applications. GMC forms the basis for developing advanced magnetic refrigeration technology and research in this field is of topical interest. In this project, we have systematically studied the ferromagnetism and magnetocaloric effect in Eu8Ga16Ge30 clathrate materials, which are better known for their thermoelectric applications. We have discovered the GMC effect in the type-VIII clathrate and enhanced refrigerant capacity in the type-I clathrate. We have successfully used the clathrates as excellent host matrices to produce novel Eu8Ga16Ge30-EuO composite materials with desirable properties for active magnetic refrigeration technologies. A large refrigerant capacity of 794 J/kg for a field change of 5 T over a temperature interval of 70 K has been achieved in the Eu8Ga16Ge30-EuO composite with a 40%-60% weight ratio. This is the largest value ever achieved among existing magnetocaloric materials for magnetic refrigeration in the temperature range 10 K - 100 K. The excellent magnetocaloric properties of the Eu8Ga16Ge30-EuO composites make them attractive for active magnetic refrigeration in the liquid nitrogen temperature range.

Orientador: Kleber Roberto Pirota / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-19T11:29:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CostaArzuza_LuisCarlos_M.pdf: 3383467 bytes, checksum: 8fac04d42ba77c741416d15d643d402a (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Este trabalho visa estudar o comportamento histerético, observado a baixos campos magnéticos, do fenômeno da magnetoimpedância gigante (GMI) em fitas amorfas a base de CoFeSiB com anisotropia magnética transversal. O fenômeno da GMI consiste na variação da impedância elétrica (aproximadamente do 100%) de uma amostra magnética mole quando submetida à aplicação de campo magnético DC externo. Apesar da importância da presença de histerese na GMI, tanto do ponto de vista básico quanto do tecnológico, existem poucos estudos na literatura que visam à explicação da origem desse efeito. Desde o ponto de vista fundamental, o completo entendimento do fenômeno poderia revelar importantes aspectos envolvidos com o processo de magnetização nos materiais considerados. De um ponto de vista prático, a presença da histerese na GMI tanto pode ser desfavorável, quando pensamos na fabricação de sensores, quanto favorável, se levamos em consideração a sua possível aplicação em sistemas de memória magnética. Por outro lado, o método denominado curva de inversão da primeira ordem (first-order reversal curve, FORC, em inglês) mostra-se uma poderosa ferramenta para o estudo e compreensão de fenômenos histeréticos, principalmente da histerese magnética presente em curvas de magnetização de materiais ferromagnéticos. Tal método, fundamentado no modelo clássico de Preisach, dá importantes informações através de medidas de ciclos de histerese secundarias da curva principal. Neste trabalho utilizamos a técnica FORC para estudar o fenômeno da histerese na GMI. Utilizamos fitas amorfas de composição (CoxFe1-x)70Si12B18, com x = 0,040 e 0,045 como sistema de estudo devido a suas propriedades magnéticas moles. Tais fitas possuem 22 µm de espessura, 0,8 mm de largura e constante de anisotropia de 139 J/m3 e 145 J/m3 respetivamente. As medidas de GMI foram realizadas com um analisador de rede vetorial (vector network analizer, VNA, em inglês). Tal equipamento, combinado a um sistema de bobina e fonte de corrente, permitiu-nos fazer medidas de impedância em função da frequência (entre 10 MHz e 1 GHz) e do campo magnético aplicado (até 100 Oe). Consideramos como principal resultado deste trabalho o desenvolvimento de um método eficiente para testar e aprimorar modelos teóricos sobre a origem de tal histerese. Os resultados obtidos do comportamento histeretico no volume e na superficie, foram interpretados levando-se em conta uma estrutura magnética estática volumétrica não uniforme e ao amortecimento das paredes de domínio / Abstract: We studied the hysteretic behavior, observed at low magnetic fields, of the giant magnetoimpedance (GMI) phenomenon in CoFeSiB amorphous ribbons with transversal magnetic anisotropy. The GMI phenomenon consists in the electrical impedance variation (around 100 %) of a soft magnetic sample in the presence of an external DC magnetic field.Despite the importance of hysteresis presence in GMI from technological and basic points of view, it exists only few studies about the description of this effect. From the fundamental outlook, the complete understanding of the phenomenon could reveal important aspects involved in the magnetization process of the concerned materials. For practical applications, the hysteretic GMI can be unfavorable (for example for sensor development) or favorable (for example for magnetic storage memories). On the other side, first-order reversal curve (FORC) method is a powerful tool for the study and understanding of hysteretic phenomena, mainly for the hysteresis present in the magnetization curves of ferromagnetic materials. This method, based on the classical Preisach model, allows to extract important information through minor hysteresis loops inside the major one. In this work, we used the FORC technique to study the GMI hysteretic phenomenon. We investigated amorphous ribbons of (CoxFe1-x)70Si12B18 composition, where x = 0.040 and 0.045. Those ribbons were 2 µm thick and 0.8 mm wide. The GMI measurements were performed with a vector network analyzer (VNA). This equipment, coupled with a system of coil and power supply, allowed impedance measurements versus frequency (between 10 MHz and 1 GHz) and applied magnetic field (until 100 Oe). We consider that the main achievement of this work is the development of an efficient method allowing to test and improve theoretical models about the hysteresis origin. The obtained results were interpreted taking into account a non homogeneous static magnetic structure along the ribbon volume with domain walls damping / Mestrado / Física / Mestre em Física

Orientadores: Marcelo Knobel, Kleber Roberto Pirota / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-19T10:38:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ValenzuelaAcuna_LeninaAlejandra_D.pdf: 6580739 bytes, checksum: f221d85ff3a59859f824164188637f28 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: No nosso trabalho utilizamos o fenômeno da magnetoimpedância gigante (GMI) como uma ferramenta de pesquisa na caracterização de ferromagnetos amorfos. Estes materiais são muito moles do ponto de vista magnético, o que pode servir para diversas aplicações, tais como na construção de sensores e de dispositivos de alta frequencia. Na primeira parte da tese veremos como a GMI se torna uma técnica complementar na caracterização da cristalização em materiais amorfos. Na segunda parte da tese estudamos uma fita que apresenta histerese na GMI, de modo inédito utiliza-se o método de First Order Reversal Curves (FORC), em medidas da impedância. Os resultados apresentam um comportamento complexo, para os quais estamos propondo uma interpretação particular. Os materiais que mostram este comportamento podem ser úteis nas aplicações de, por exemplo, armazenamento de informação. Inicialmente, realizamos tratamento térmico convencional e por aquecimento Joule em fitas amorfas de composição Fe86Zr7Cu1B6 fabricadas pelo método melt spinning. Quando tratadas termicamente ocorre a cristalização de partículas a-Fe, e no geral o tamanho das partículas aumenta com o aumento da magnitude do tratamento (temperatura ou corrente). Nas medidas de magnetização vemos geralmente que a coercividade apresenta baixos valores e há um endurecimento nas amostras onde se observou um aumento no tamanho dos grãos no início da cristalização. Por outro lado, a fração cristalina nas amostras tem uma tendência ao aumento com o tratamento térmico, que se reflete nas medidas de raios X e da magnetização de saturação Ms. Vimos também que as medidas de GMI em função da frequência, apresentam resultados atípicos: diferente da relação com a raiz quadrada da frequência, a GMI máxima apresenta curvas que indicam uma diminuição da resposta GMI para frequências altas. Isto foi interpretado como sendo devido à não-homogeneidade da formação dos cristais no volume das amostras. Consideramos a relação inversa do coeficiente de penetração dm com a frequência. Vemos que com o aumento da frequência diminui a região onde circula a corrente ac a qual está mais próxima à superfície, onde há partículas maiores o que deixa o material magneticamente mais duro. Na segunda parte do trabalho apresentamos uma aplicação inovadora da união da técnica de caracterização FORC com medidas de GMI. Utilizamos fitas amorfas, de composição (FexCo1-x)70Si12B18 (x = 0,045; 0,048; 0,049; 0,050) que foram fabricadas pelo método melt spinning. Nestas induziu-se anisotropia transversal por meio de tratamentos térmicos junto à aplicação de tensão. A resposta GMI apresentou um comportamento histerético, o eu nos levou a querer usar a técnica FORC para entender a causa deste. A forma de interpretação das curvas e diagramas FORC apresentou um novo desafio. Sabemos que a variação da impedância é ocasionada pela variação da permeabilidade transversal na amostra. Foi proposta a hipótese de que o processo histerético se deve a uma transformação no tipo de paredes de domínio com o campo, de modo que cada tipo de parede tem uma µt associada. Observou-se também a dependência da distribuição FORC com a frequência, anisotropia, e relativa à componente da impedância (parte real ou imaginária) / Abstract: In this work, we used the giant magnetoimpedance (GMI) effect as a research tool to characterize ferromagnetic amorphous materials. These materials have ultra-soft magnetic features, which can be useful for various applications, e.g. sensors and high frequency devices. In the first part, we will see how GMI becomes a complementary technique to characterize the crystallization in amorphous materials. In the second place, we studied a ribbon that shows hysteresis in the GMI response. The First Order Reversal Curves (FORC) method was applied in impedance measurements as a novel technique. We are proposing a particular interpretation for the complex obtained results. The applications of these materials with hysteretic behavior can be useful to magnetic recording, for example. In the first part of the work, we induced the crystallizations of a-Fe particles in amorphous ribbons of composition Fe86Zr7Cu1B6 manufactured by melt spinning method, by thermal treatment (conventional and Joule heating). In general, the size of particles increases with the temperature or current of treatment. In magnetization measurements the coercivity has usually low values. There is a hardening in samples with bigger size grains, at the beginning of crystallization. On the other hand, the crystalline fraction in the samples has a tendency to increase with thermal treatment, which is reflected in measurements of X-rays and the saturation magnetization Ms. We have also seen that the GMI measurements as a function of frequency show rather atypical results: the maximum GMI as a function of frequency shows a decrease in the GMI response to high frequencies, that differ from the relationship with the square root of frequency. This was interpreted as being due to non-homogeneity of the formation of crystals in the volume of samples. If we consider the inverse relationship of penetration coefficient with frequency dm, we can see that with the increase of frequency decreases the region where the ac current flows, which, in turn, is closer to the surface. In this region there are larger particles, making the material magnetically harder. In the second part of the work, we present an innovative application of the junction of characterization technique FORC with measurements of GMI. We use amorphous ribbons of composition (FexCo1-x)70Si12B18 (x = 0,045; 0,048; 0,049; 0,050)produced by melt spinning. A transverse anisotropy was induced by thermal treatments with the application of stress. We applied the FORC technique in order to help to understand the hysteretic behavior in the GMI response. The interpretation of the GMI curves and FORC diagrams is a new challenge. We know that the variation of impedance is caused by the change of transverse permeability sample µ t. We proposed the hypothesis that the hysteretic process is due to a change in the type of domain walls with the field, so that each type of wall has an associated µt. We also observed the dependence of the FORC distribution with frequency, anisotropy, and with the components of the impedance (real or imaginary part) / Doutorado / Doutora em Ciências

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this work we investigated the magnetization process and the magnetoimpedance in samples exhibiting exchange bias. Ni81Fe19=Fe50Mn50=T a bilayers and multilayers where grown onto glass substrates. The exchange bias was induced during growth by a 2 kOe static magnetic field. Structural, magnetic and impedance characterization was carried out. In the hysteresis curves from all samples a shift was observed. This shifting was also observed in the magnetoimpedance curves, and it had the same magnitude observed in the magnetic hysteresis curve. This displacement caused the impedance versus magnetic field curve to be approximately linear in the region near to H = 0. It is possible to use these systems as a magnetic field sensor with a linear response. The sensitivity, defined as the rate of change of the real part of the impedance with the magnetic field, reached values above 200 m =Oe at frequencies below 1 GHz. / Neste trabalho são investigados os processos de magnetização e a magnetoimpedância em filmes com exchange bias (EB). São estudadas amostras de Ni81Fe19=Fe50Mn50=T a depositadas como bi e multi-camadas, sob substratos de vidro. O Exchange Bias foi induzido durante o crescimento das amostras através da aplicação de um campo magnético estático de 2 kOe. A caracterização estrutural das amostras foi feita através de medidas de difração de raios-x a altos ângulos, utilizando uma configuração θ 2θ. A caracterização magnética estática foi feita através de medidas de magnetização obtidas com um magnetômetro de gradiente de campo alternado. As componentes indutivas da impedância foram medidas em função da freqüência (100 MHz 3 GHz) e do campo estático (H=±200Oe). Em todas as amostras foi observado o deslocamento da curva de histerese magnética devido a ocorrência do fenômenos de Exchange Bias. Este deslocamento também é observado nas curvas de magnetoimpedância e tem mesma magnetude do observado nas curvas de histerese magnética dentro da precisão experimental que temos na medida do campo magnético. Este deslocamento faz com que a variação da impedância com o campo mangnético aplicado seja aproximadamente linear na região próxima a H = 0. Tornando o fenômeno de exchange bias um possivel aliado para a obtenção de assimetrias nas curvas de magnetoimpedância para o possível uso destes sistemas como sensores de campo magnético com resposta linear. Definindo a sensibilidade como a taxa de variação da parte real da impedância com o campo magnético, foram obtidos valores, em módulo, acima de 200m =Oe em frequências abaixo de 1 GHz.

[pt] A presente dissertação apresenta o desenvolvimento de um transdutor de pressão de alta sensibilidade, desenvolvido para aplicações biomédicas. O transdutor é baseado em um sensor de magnetoimpedância gigante (MIG), anteriormente desenvolvido, pelo Laboratório de Biometrologia da PUC-Rio. O conhecimento a cerca das principais características do fenômeno MIG serviu de guia para as ações que foram tomadas, a fim de se estabelecer uma configuração que apresentasse maior sensibilidade ao transdutor. Mesmo que algumas dificuldades encontradas, principalmente devidas a características acústicas não levadas em consideração, apontem para a necessidade de aperfeiçoamentos, com a configuração desenvolvida no presente trabalho já é possível obter o registro do pulso arterial carotídeo. Comparações entre o transdutor ora desenvolvido e com outros transdutores de pressão existentes no mercado também destinados a aplicações biomédicas, apontam para uma sensibilidade do transdutor ora desenvolvido de magnitude igual ou mesmo superior aos convencionais. / [en] This dissertation presents a high sensitivity pressure transducer, developed for biomedical applications. The transducer is based on a Giant Magnetoimpedance (GMI) sensor previously developed at the Laboratory of Biometrology of PUC-Rio. Knowing the main characteristics of the phenomenon and of the GMI strips used, the configuration which should yield the highest possible sensitivity has been implemented. Even though some enhancements in the acoustic characteristics of the transducer are still necessary, it was already possible to record the carotid arterial pulse. Comparing the transducer herein presented with other pressure transducers also destined to biomedical applications, it already has a sensitivity of the same order of magnitude or even higher.

[pt] Esta dissertação tem por objetivo o desenvolvimento de um transdutor magnético em configuração gradiométrica (gradiômetro), baseado nas características de fase da impedância de amostras sensoras de Magnetoimpedância Gigante (GMI), visando à medição de campos magnéticos de baixa intensidade em ambientes desprovidos de blindagem magnética. A metodologia empregada iniciou pela medição e análise das características de fase da impedância de duas amostras sensoras GMI, em função do campo magnético externo. Na sequencia, foi idealizado o circuito eletrônico do gradiômetro, o qual é responsável por excitar os elementos sensores e apresentar uma saída em tensão, proporcional ao gradiente de campo entre eles. As principais características do protótipo desenvolvido são detalhadas ao longo do texto e as previsões teóricocomputacionais são comparadas com os resultados experimentais obtidos. Por sua vez, as principais figuras de mérito do protótipo desenvolvido são detalhadamente analisadas, tais como: sensibilidade, linearidade, resposta em frequência, densidade espectral de ruído, resolução e distorção harmônica total. Também, avalia-se a distancia ótima de separação entre os elementos sensores empregados no gradiômetro, a fim de se otimizar a relação sinal-ruído. Os resultados indicam que o gradiômetro desenvolvido apresenta uma alta resolução, elevada sensibilidade, e linearidade, banda de passagem de até 1 kHz e baixa distorção harmônica. Por meio da comparação dos resultados obtidos pelo gradiômetro com os de um magnetômetro GMI, pode-se concluir que o gradiômetro propicia significativa atenuação da interferência magnética. Dessa forma, verifica-se que o dispositivo desenvolvido contribui para a medição de campos magnéticos de baixa intensidade, em ambientes ruidosos. / [en] This dissertation aims at developing a magnetic field transducer in gradiometric configuration (gradiometer), based on the impedance phase characteristics of Giant Magnetoimpedance (GMI) sensors, focusing on the measurement of low intensity magnetic fields in unshielded enviroments. The first step of the adopted methodology was measuring and analyzing the impedance phase characteristics of GMI sensors, as a function of the external magnetic field. After that, it was idealized the electronic circuit of the gradiometer, which is responsible by exciting the sensor elements and by presenting a voltage output, proportional to the magnetic field gradient between them. The main features of the developed prototype are detailed throughout the text and the theoreticalcomputational predictions are compared with the experimental results obtained. Furthermore, the most relevant figures of merit of the developed prototype are analyzed in detail, such as sensitivity, linearity, frequency response, spectral noise density, resolution and total harmonic distortion. Besides, the optimal separation between the two sensors used in the gradiometer is analyzed, aiming at improving the signal to noise ratio. The obtained results indicate that the developed gradiometer has a high resolution, high sensitivity and linearity, passband up to 1 kHz and low harmonic distortion. Comparing the gradiometer s performance results with the ones achieved with a GMI magnetometer leads to conclude that the gradiometer attenuates considerably the magnetic interference. In this way, it can be concluded that the developed device contributes to the measurement of low intensity magnetic fields in noisy environments.

[pt] Nesta dissertação são descritos o projeto, a implementação e os testes preliminares de um protótipo de transdutor de campo magnético em tensão, baseado no fenômeno da Magnetoimpedância Gigante (MIG) e caracterizado por uma configuração geométrica inovadora. O elemento sensor e o circuito eletrônico do transdutor foram idealizados e implementados de modo a se obter a maior sensibilidade possível a campos próximos e imunidade a campos remotos. Através das medidas de caracterização do elemento sensor e do circuito, foi possível obter uma sensibilidade estimada do transdutor, sendo esta aproximadamente 12 V/Oe, a qual já é comparável à de dois dos principais sensores magnéticos existentes, o fluxgate e o sensor de efeito Hall. O transdutor desenvolvido tem por principal aplicação, nesta pesquisa, a localização de corpos estranhos magnéticos no corpo humano, baseando-se em técnica já desenvolvida e testada para sensores SQUID. Para auxiliar a interpretação dos resultados experimentais, foi criado um modelo teórico do campo magnético associado a uma agulha e do sinal de saída do transdutor associado a este campo. Medições com uma agulha retilínea foram realizadas para se avaliar o comportamento do transdutor perante este campo magnético. Apesar da elevada sensibilidade, as medidas indicaram não- linearidade e baixa imunidade a campos uniformes. Contudo, independentemente das melhorias que possam ser feitas e que já foram identificadas, o transdutor desenvolvido já tem aplicações bastante promissoras, destacando-se por seu reduzido custo de fabricação e operação. / [en] In this dissertation, it is proposed the design of a magnetic field to voltage transducer based on the Giant Magnetoimpedance phenomenon (GMI), characterized by an innovative geometric configuration. In order to attain the best near-field sensibility and far-field immunity, the transducer`s sensitive element and electronic circuit were planned and implemented. By thoroughly characterizing them it was possible to obtain an estimate of the transducer`s sensibility, which is approximately 12 V/Oe. This value is comparable to those observed in two of the most important existing magnetic sensors: the fluxgate and the Hall effect sensor. The main application of the developed transducer is the localization of magnetic foreign bodies in humans, based on a previously developed and tested SQUID sensor technique. In order to provide a better interpretation of the experimental results, a theoretical model of the magnetic field associated with a needle and of the signal it generates in the transducer was created. Measurements with a needle were performed to analyze the behavior of the prototype, which has a high sensitivity, as expected, but presents strong hysteresis, lack of linearity and low immunity to uniform fields. However, despite the improvements that can still be done and have already been identified, the developed transducer has many promising applications, and has the advantage of reduced fabrication and operation costs.

[pt] Elementos sensores baseados no efeito GMI são uma nova família de sensores magnéticos que apresentam grande quando submetidos a campos magnéticos externos. Estes sensores têm sido utilizados no desenvolvimento de magnetômetros de alta sensibilidade, destinados à medição de campos ultra fracos. Por sua vez, a sensibilidade de um magnetômetro está diretamente associada à sensibilidade de seus elementos sensores. No caso de amostras GMI, esta sensibilidade é otimizada buscando-se a maximização da variação do módulo ou da fase da impedância em função do campo magnético ao qual a amostra é submetida. Estudos recentes mostram que transdutores GMI baseados na variação de fase podem exibir sensibilidades até 100 vezes superiores às apresentadas por transdutores baseados na leitura do módulo do elemento sensor, o que fez com que os trabalhos conduzidos nesta dissertação focassem na maximização da sensibilidade de fase, a qual é majoritariamente dependente de quatro fatores: o comprimento da amostra, o campo magnético externo, o nível DC e a frequência da corrente de excitação. Contudo, a busca do conjunto de parâmetros que otimiza a sensibilidade das amostras é geralmente empírica e muito demorada. Esta dissertação propõe uma nova técnica de otimização da sensibilidade, baseada no uso de algoritmos genéticos evoluindo em hardware, a fim de se definir qual o conjunto de parâmetros responsável pela maximização da sensibilidade das amostras. Ressalta-se que, além dos parâmetros de otimização anteriormente explicitados, também foram realizados testes considerando a amplitude da corrente de excitação como uma variável livre, sendo que os resultados obtidos são apresentados e discutidos. Foi implementada uma bancada de testes e desenvolvida uma interface gráfica em LabVIEW, para monitorar e medir o comportamento da impedância de amostras GMI em função de variações nos parâmetros de interesse. Por sua vez, implementou-se um módulo de otimização em Matlab, baseado em algoritmos genéticos, responsável por encontrar a combinação de parâmetros que maximiza a sensibilidade dos sensores GMI avaliados (ponto ótimo de operação). / [en] GMI sensors are a new family of magnetic sensors that exhibit a huge variation of their impedance when subjected to external magnetic fields. These sensors have been used in the development of high sensitivity magnetometers, aimed at measuring ultra-weak magnetic fields. In turn, the sensitivity of a magnetometer is directly associated with the sensitivity of their sensor elements. In the case of GMI samples, this sensitivity is optimized by maximizing the variation of the impedance magnitude or phase as a function of the magnetic field applied to the sample. Recent studies show that GMI transducers based on phase variation can exhibit sensitivities up to 100 times higher than those presented by transducers based on impedance magnitude readings. The results obtained in these previous studies made the current work focusing on the maximization of phase sensitivity, which is mostly dependent on four factors: sample length, external magnetic field, DC level and frequency of the excitation current. However, the search for the set of parameters that optimizes the sensitivity of the samples is usually empirical and very time consuming. Thus, this dissertation proposes a new optimization technique, based on the use of genetic algorithms evolving on hardware, in order to define which set of parameters is responsible for maximizing the sensitivity of the samples. It should be noted that in addition to the optimization parameters previously described, this work also carried out tests considering the amplitude of the excitation current as a free variable, and the results obtained are presented and discussed. A test bench was implemented and a graphical interface was developed in LabVIEW to monitor and measure the impedance behavior of GMI samples due to variations in the parameters of interest. In turn, a Matlab optimization module based on genetic algorithms was implemented, in order to find the combination of parameters that maximizes the impedance phase sensitivity of the evaluated GMI sensors (optimum operating point).