В работе был проведен комплекс исследований состава, структуры, магнитных свойств и гигантского магнитного импеданса (ГМИ) многослойных пленочных структур, необходимый для их использования как чувствительных элементов датчиков слабых магнитных полей. Структуры получались методом ионно-плазменного распыления. Исследовались и пленочные структуры в стандартной геометрии, и элементы в виде полосок в геометрии ГМИ элементов. ГМИ конфигурация представляет собой трехслойную пленку типа магнитный слой - проводящий немагнитный слой - магнитный слой при равной толщине каждого из слоев. Магнитный слой может быть заменен многослойной структурой. Для анализа особенностей структуры использовали электронную микроскопию и рентгено-фазовый анализ. Показано, что образцы имеют нанокристаллическую структуру, разделение слоев пермаллоя немагнитными прослойками влияет на особенности его тек-стуры и размер зерна. Точный состав пленок Fe19Ni81 был определен с помощью приставки энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии и рентгенофлуоресцентного анализа. Магнитные свойства были исследованы с помощью магнито-оптического эффекта Керра и вибрационной магнитометрии. Несмотря на присутствие специально прикладываемого во время напыления технологического магнитного поля, формируемая магнитная анизотро-пия имела сложный характер. Так, ось магнитной анизотропии поверхностного слоя у большинства образцов располагалась перпендикулярно длинной стороне прямоугольного элемента (соосно с ориентацией технологического поля), а ось эффективной магнитной анизотропии ориентировалась вдоль длиной стороны элемента. Исследование ГМИ в диапазоне частот 1 - 400 МГц позволило отобрать элементы для тестирования прототипа биодатчика для определения положения магнитной вставки в виде феррогеля/эпоксидной смолы с магнитными наночастицами. Показана возможность детектирования полей рассеяния магнитных частиц с помощью используемого элемента и проведены оценки погрешности ГМИ откликов прототипа биодатчика. Созданы и опробованы в ряде биологических экспериментов не имеющие коммерческих аналогов магнитные матрицы на основе постоянных магнитов. Исследовано распределение магнитного поля магнитных систем: катушек Гельмгольца, коммерческого электромагнита, 24 и 48 луночных магнитных матриц. / In this work, composition, structural and magnetic properties, giant magneto impedance (GMI) of thin film multilayered structures for sensors of weak magnetic fields were investigated. Multilayered films were fabricated by magnetron sputtering technique. They were investigated both in the standard thin film geometry and in the GMI-stripe geometry. Magnetoimpedance stripe geometry is a three-layered film that consists of magnetic layer - conductive non-magnetic layer - magnetic layer with an equal thickness of each one of three layers. Magnetic layers can be substituted by the multilayered structures. Structure of multilayered films was studied by electronic microscopy and XRD analysis. All samples have a nanocrystalline structure, separation of permalloy layers by non-magnetic spacers influences the permalloy structure and grain size. Composition of permalloy in films Fe19Ni81 was checked by energy-dispersive x-ray spectroscopy and x-ray fluorescence spectros-copy. Magnetic properties were investigated by magneto-optical Kerr effect and vibrating sample magnetometer. Despite the presence of a certain magnetic field applied during the sputtering deposition, the formed magnetic anisotropy was quite complex. The magnetic anisotropy axis of surface layers most of the samples was perpendicular to the long side of the GMI-stripe ele-ments. However, the effective magnetic anisotropy axis of the whole structure was along to the long side of elements. Investigation of GMI in the frequency range 1 - 400 MHz allowed to select the GMI-stripe elements for biosensor prototype testing for detection of the magnetic test-samples such as ferrogels or epoxy composites with magnetic micro- or nanoparticles. The possibility of detection of the stray fields of magnetic micro- and nanoparticles by selected GMI element was confirmed, and the experimental errors were carefully analyzed. Unique magnetic matrices based on permanent magnets were designed, fabricated and tested in biological experiments. Magnetic field distribution in space was measured for Helmholtz coils, commercial elec-tromagnet, 24 and 48 well magnetic matrices.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:urfu.ru/oai:elar.urfu.ru:10995/92803 |
| Date | January 2020 |
| Creators | Мельников, Г. Ю., Melnikov, G. Yu. |
| Contributors | Курляндская, Г. В., Kurlyandskaya, G. V., Институт естественных наук и математики, Кафедра магнетизма и магнитных наноматериалов |
| Publisher | б. и. |
| Source Sets | Ural Federal University |
| Language | Russian |
| Detected Language | Russian |
| Type | Master's thesis, info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Rights | Предоставлено автором на условиях простой неисключительной лицензии, http://elar.urfu.ru/handle/10995/31613 |
Page generated in 0.0111 seconds