a) Vật liệu dây từ cấu trúc 2 lớp dạng MF *) Cấu trúc của vật liệu dây từ 2 lớp:
- Lớp lõi M (inner core) là các kim loại dẫn điện rất tốt như: Cu, Ag, Au,... với đường kắnh khoảng 50-100 ộm.
Luận văn thạc sĩ Nguyễn Thị Thu Huyền
31
- Lớp vỏ F (shell region ) dày cỡ trên 1ộm là một trong các kim loại hoặc hợp kim của các kim loại chuyển tiếp (Fe, Co, Ni...) và các á kim (P, B, Si, C, Ge...) là những vật liệu chứa các nguyên tử từ với lớp điện tử 3d chưa được điền đầy và hằng số trao đổi giữa các spin là dương. Đây là điều kiện để tạo ra trạng thái sắt từ
của vật liệu.
Hình 1.12. Cấu trúc của vật liệu dây từ 2 lớp dạng MF; với F =NiCoP và M= Cu
*) Tắnh chất của vật liệu dây từ hai lớp:
Lực kháng từ HC thấp: Các dây từ 2 lớp có lực kháng từ rất thấp nên tắnh chất từ mềm rất tốt. Dây từ hai lớp Ni44Fe56/Cu đạt giá trị nhỏ nhất của lực kháng từ
là 1,69 Oe, giá trị của lực kháng từ Hc phụ thuộc mạnh vào kắch thước hạt (hình 1.13).
Độ từ thẩm cao, có những vật liệu có độ từ thẩm lên tới hàng vài trăm nghìn vắ dụ như hợp kim Permalloy là hợp kim của Ni và Fe với tỷ lệ Ni75Fe25 có lực kháng từ rất nhỏ và độ từ thẩm rất cao, độ từ thẩm ban đầu lên tới 100000 [31].
Hiệu ứng GMI lớn: Nhóm nghiên cứu của Buznikov et al và các cộng sự
[1,2] đã chứng minh rằng hiệu ứng GMI và độ nhạy trong các vật liệu dây có cấu
trúc hai lớp như CoP/Cu, NiFe/Cu, FeCoNi/CuBe...là rất cao, đặc biệt hiệu ứng
GMI trong các vật liệu đã được nâng cao khi độ dẫn điện của lớp lõi cao hơn nhiều so với lớp vỏ. Điều này đạt được khi có thể tạo ra sự khác biệt lớn về điện trở giữa hai lớp vì khi đó phân bố dòng điện sẽ được tập trung phân bố chủ yếu trên lớp vỏ.
Đối với dây hai lớp CoP/Cu [18] khi mật độ dòng là j=639 mA/cm2 thì hiệu ứng
GMI và độ nhạy của nó đạt giá trị 534% và 21%/Oe(hình 1.13a).Khảo sát với mẫu dây FeNi/Cu [24] chỉ ra rằng hiệu ứng GMI biến đổi mạnh với chiều dày lớp mạ
FeNi, đạt giá trị khoảng ~120% ởđộ dày t= 27.4 ộm (hình 1.13.b).Ngoài ra đường
Luận văn thạc sĩ Nguyễn Thị Thu Huyền
32
cong GMI của mẫu NiFe/Cu xuất hiện peak đôi do tắnh dị hướng từ (hình 1.13.b). Với các đặc tắnh thể hiện các vật liệu dây từ cấu trúc 2 lớp rất thắch hợp trong chế
tạo sensor từ mới đáp ứng các yêu cầu kĩ thuật cao, do ưu điểm về điều khiển các thông số công nghệ của dây như điều khiển thành phần của lớp F (điều khiển mật
độ dòng mạ) hoặc điều khiển bề dày lớp F (điều khiển thời gian mạ).
Hình 1.13. Sự phụ thuộc của ∆Z / Z vào từ trường ngoài của (hình a) dây CoP/Cu
và (hình b) của dây FeNi/Cu [18,24]
b) Vật liệu màng mỏng có cấu trúc đa lớp
Trên nguyên tắc, màng mỏng có hiệu ứng GMI khi thỏa mãn 2 điều kiện: (i) Vật liệu màng là vật liệu từ mềm có độ từ thẩm lớn và
(ii) Màng kết tủa trên nền không dẫn.
Các phương pháp chế tạo bao gồm bốc bay (PVD- Physical Vapour
Deposition) và điện kết tủa (electrodeposition), mạ hóa học (electroless). Vật liệu dạng màng mỏng hiệu ứng GMI trên nền phẳng cho đến nay vẫn chưa được nghiên cứu nhiều do chưa tìm được ứng dụng và hiệu ứng đạt được chỉ khoảng 5-10% (màng Permalloy điện kết tủa) [9,12]. Tuy nhiên, do dạng màng mỏng rất dễ tắch hợp trên các mạch chế tạo sensor, dạng vật liệu này được xác định là có tiềm năng
ứng dụng trong tương lai.
(a)
(b)
Luận văn thạc sĩ Nguyễn Thị Thu Huyền
33