Codul proiectului: ID_1610

Titlul proiectului:

Studiul teoretic si experimental al peretelui interdomenic din microfire feromagnetice amorfe

Durata proiectului:

36 luni (2009 - 2012)

Autoritatea contractanta:

CNCSIS – UEFISCSU (Unitatea Executiva pentru Finantarea Invatamantului Superior si a Cercetarii Stiintifice Universitare)

Contractor:

Institutul National de Cercetare-Dezvoltare pentru Fizica Tehnica – IFT Iasi

Director de proiect:

Dr. Tibor-Adrian Ovari

INCDFT-IFT Iasi

Tel: 0232-430680 / Fax: 0232-231132 / E-mail: taovari@phys-iasi.ro

Rezumatul proiectului:

Microfirele magnetice amorfe sunt materiale compozite (metal + sticla), obtinute direct prin racire rapida din topitura, si care prezinta excelente proprietati de materiale magnetic moi, utile pentru aplicatii in senzori magnetici. Aceste proprietati sunt o consecina a starii amorfe si a simetriei cilindrice. Microfirele amorfe prezinta o structura magnetica de tip core-shell, ale carei componente de baza, miezul interior si invelisul exterior, au fost pe larg studiate.

In acest proiect ne propunem, pentru prima data in lume, studiul peretelui interdomenic ce separa componentele de baza ale acestei structuri de tip core-shell. Proiectul imbina metodele teoretice, referitoare la calculul pozitiei si largimii peretelui interdomenic in microfire amorfe cu diferite compozitii si dimensiuni, cu cele experimentale, referitoare la aplicarea unor metode moderne pentru investigarea regiunilor din microfire in care ar trebui sa se manifeste cel mai puternic efectele prezentei peretelui interdomenic.

Prin studiul peretelui interdomenic dorim sa descoperim intregul tablou al structurii magnetice a acestor materiale si sa contribuim la dezvoltarea cunoasterii in privinta aspectelor fundamentale ale magnetismului acestora, si totodata la dezvoltarea unor noi metode pentru controlul proprietatilor lor magnetice prin intermediul modificarilor aduse parametrilor peretelui, in vederea optimizarii raspunsului senzorilor magnetici in care astfel de materiale pot fi aplicate. Anticipam ca, prin intermediul publicatiilor stiintifice care vor aparea, rezultatele obtinute vor avea un impact major pe plan mondial in domeniul magnetismului materialelor magnetice amorfe. In planul aplicatiilor practice, rezultatele proiectului vor deschide calea pentru aparitia de noi metode de optimizare si control a proprietatilor magnetice a microfirelor pentru a imbunatati raspunsul senzorilor ce functioneaza pe baza lor, si totodata vor conduce la aparitia unor noi familii de senzori magnetici.

Valoare totala: 900.000 RON

Obiectivele proiectului:

Obiectivul principal al proiectului il constituie investigarea peretelui interdomenic care separa elementele principale ale structurii de domenii magnetice de tip core-shell din microfire magnetice amorfe, in vederea determinarii intregii lor structuri magnetice si pentru a explica toate aspectele proceselor de magnetizare statice si dinamice si ale efectelor conexe acestora ce au loc in aceste materiale, efecte ce prezinta un grad ridicat de aplicabilitate ca principii de functionare pentru senzori magnetici de dimensiuni reduse.

Investigarea peretelui interdomenic vizeaza atat o analiza teoretica detaliata a largimii si pozitiei acestuia, in functie de caracteristicile dimensionale ale microfirelor (diametru microfir, grosime sticla) si totodata in functie de semnul si marimea constantei de magnetostrictiune, cat si studii experimentale aprofundate care sa demonstreze efectele produse de peretele interdomenic asupra proceselor de magnetizare la frecvente joase si ridicate si asupra fenomenelor conexe proceselor de magnetizare, studii ale caror rezultate le vom corela cu cele teoretice, pentru verificarea si validarea celor din urma.

Obiectivul asociat il constituie utilizarea cunostintelor rezultate din investigarea teoretica si experimentala a peretelui interdomenic pentru a demonstra deschiderea practica creata de subiectul propus in ceea ce priveste optimizarea controlata a proprietatile microfirelor amorfe in vederea cresterii sensibilitatii acestora in ceea ce priveste raspunsul lor la efectul magneto-impedantei gigant, efect cu aplicatii in senzori magnetici utilizabili intr-o plaja larga de domenii, de la medicina pana la industria automobilistica si protectia mediului.

Tinand cont de obiectivul principal si de cel asociat, pentru realizarea acestora ne-am propus urmatoarele obiective specifice:

(1) Calculul distributiilor tensiunilor mecanice induse in timpul prepararii in microfire amorfe avand diferite compozitii si dimensiuni, in vederea determinarii valorilor constantelor lor de anizotropie si a directiilor de anizotropie.

(2) Calculul pozitiei si a largimii peretelui interdomenic in microfire amorfe in functie de dimensiuni (diametrul microfirului, grosimea stratului de sticla) si de semnul si marimea constantei de magnetostrictiune.

(3) Prepararea unor seturi de esantioane cu dimensiuni selectate sub forma de microfire amorfe acoperite cu sticla din aliaje cu magnetostrictiune pozitiva (pe baza de Fe), negativa (pe baza de Co) si aproape nula (pe baza de Co cu adaosuri de Fe) prin racire rapida din topitura. Analiza compozitionala si caracterizarea structurala a esantioanelor pentru verificarea compozitiei si a amorficitatii.

(4) Caracterizarea magnetica a seturilor de microfire cu dimensiuni selectate prin trasarea ciclurilor de histerezis axiale si circumferentiale in regim de frecvente joase, precum si a ciclurilor de histerezis de suprafata prin tehnica efectului Kerr magneto-optic (MOKE). Interpretarea rezultatelor experimentale corelat cu rezultatele calculelor privind pozitia si largimea peretelui interdomenic.

(5) Investigarea experimentala a regiunii de suprafata a microfirelor cu compozitii si dimensiuni selectate pentru determinarea gradului de imprastiere a anizotropiilor magnetice locale utilizand tehnica rezonantei feromagnetice (FMR). Interpretarea rezultatelor experimentale corelat cu rezultatele calculelor privind largimea si pozitia peretelui interdomenic.

(6) Investigarea experimentala a regiunii de suprafata a microfirelor cu compozitii si dimensiuni selectate prin masuratori de efect al magneto-impedanta gigant (GMI) la frecvente ultrainalte, de ordinul microundelor. Interpretarea rezultatelor de magneto-impedanta corelat cu cele obtinute prin rezonanta feromagnetica si cu cele obtinute din calculele privind largimea si pozitia peretelui interdomenic.

(7) Utilizarea rezultatelor experimentale si teoretice obtinute in studiul peretelui interdomenic pentru explicarea aspectelor contradictorii privind dependenta efectului magneto-impedantei gigant in microfire cu diametrul microfirului metalic propriu-zis mai mic de 10 microni de caracteristicile dimensionale ale microfirelor si pentru explicarea aspectelor contradictorii privind distributia anizotropiei magnetice in regiunea de suprafata a microfirelor cu sticla foarte putina sau cu sticla indepartata prin metode chimice.

(8) Utilizarea rezultatelor obtinute in studiul peretelui interdomenic din microfire la optimizarea controlata a proprietatilor magnetice ale acestora in vederea dezvoltarii de senzori ce functioneaza pe baza efectului magneto-impedantei gigant avand performante imbunatatite.

Pe baza rezultatelor obtinute in anul 2009 la acest proiect a fost publicata lucrarea stiintifica intitulata “Near-Surface Magnetic Structure and GMI Response in Amorphous Microwires” in revista IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 45, nr. 10, pag. 4282-4285, Oct. 2009.

Rezultatele calculelor tensiunilor interne (obiectivul specific nr. 1) au fost utilizate si pentru interpretarea datelor experimentale in lucrarile stiintifice intitulate “Magnetic Behavior of Rapidly Quenched Submicron Amorphous Wires” si respectiv “Magnetoresistance Effect in Soft Magnetic Amorphous Microwires”, care vor fi prezentate in perioada 18 – 22 ianuarie 2010 la conferinta internationala de magnetism si materiale magnetice 11th Joint MMM-Intermag Conference, Washington, DC, Statele Unite ale Americii. Ambele lucrari au fost trimise spre publicare in revista Journal of Applied Physics.