Sondagem de respostas magnéticas múltiplas em indutores magnéticos usando microscopia de força atômica
Scientific Reports volume 6, Número do artigo: 20794 (2016) Citar este artigo
1811 Acessos
3 Citações
Detalhes das métricas
Embora a análise em nanoescala de propriedades magnéticas seja de interesse significativo, os métodos de sondagem são relativamente menos desenvolvidos em comparação com a importância da técnica, que tem múltiplas aplicações potenciais. Aqui, demonstramos uma abordagem para sondar várias propriedades magnéticas associadas a correntes parasitas, correntes de bobina e domínios magnéticos em indutores magnéticos usando microscopia de força magnética multidimensional (MMFM). As imagens MMFM fornecem respostas magnéticas combinadas das três origens diferentes, no entanto, cada contribuição para a resposta MMFM pode ser diferenciada por meio de análise baseada na dependência de viés da resposta. Em particular, as imagens MMFM dependentes de polarização mostram comportamento de corrente parasita localmente diferente com valores dependentes do tipo de materiais que compõem o MI. Esta abordagem para sondar respostas magnéticas pode ser estendida para a análise de características físicas locais.
Os materiais magnéticos têm sido amplamente explorados para múltiplas aplicações, incluindo indutores, transformadores, motores elétricos e geradores1,2,3. Além disso, materiais multiferróicos, que possuem mais de um parâmetro de ordem ferroica, por exemplo, propriedades magnéticas, são de grande interesse devido às suas interessantes propriedades físicas e potenciais aplicações4,5,6. Muitas dessas aplicações são sustentadas pela existência de correntes parasitas. A corrente parasita é uma corrente elétrica circular induzida dentro de condutores por mudanças no campo magnético devido à lei de indução de Faraday e a direção da corrente parasita é oposta à da corrente da bobina que gera um campo magnético dinâmico7. Assim, uma vez que a corrente parasita reduz a magnitude do campo magnético original, a corrente parasita pode ser uma fonte de perda de energia em aplicações magnéticas1,2,3. Portanto, investigar a perda de energia magnética é um primeiro passo fundamental para uma melhoria significativa do desempenho. Assim, para entender completamente o comportamento magnético nessas aplicações práticas, é necessário explorar o comportamento magnético fundamental de várias propriedades magnéticas em nanoescala, bem como entender os mecanismos operacionais em estruturas de dispositivos reais.
Abordagens baseadas em microscópio de força atômica (AFM) sugeridas anteriormente, como microscopia de corrente parasita (ECM)8,9,10 e microscopia de força magnética (MFM)11,12, fornecem apenas informações sobre propriedades magnéticas individuais, como correntes parasitas e domínios magnéticos para ECM e MFM, respectivamente. Além disso, houve um relatório recente sobre microscopia de força piezomagnética, que fornece tensão magnetostrictiva induzida por uma corrente de bobina13. No entanto, essas abordagens são limitadas para explorar simultaneamente vários tipos de propriedades magnéticas em nanoescala.
Se vários tipos de propriedades de materiais puderem ser monitorados simultaneamente por meio da análise da dinâmica do cantilever, informações suficientes podem ser obtidas para entender completamente o comportamento magnético fundamental dos materiais, bem como os mecanismos operacionais de estruturas de dispositivos reais12,14,15,16.
Aqui, demonstramos a sondagem das múltiplas respostas magnéticas associadas à corrente parasita, corrente de bobina e domínios magnéticos em amostras de indutor magnético modelo (MI) usando microscopia de força magnética multidimensional (MMFM). Escolhemos dispositivos reais comercialmente disponíveis, ou seja, MIs, como sistemas modelo porque são ideais para mostrar a viabilidade de MMFM, pois suas propriedades básicas de material são bem conhecidas. Além disso, uma vez que a perda de correntes parasitas é de grande importância em amostras de MI, a sondagem das múltiplas respostas magnéticas é significativa para melhorias práticas adicionais desses dispositivos reais.
A Figura 1 mostra um diagrama esquemático de uma configuração MMFM para explorar a resposta magnética associada à corrente parasita, corrente de bobina e domínios magnéticos. De acordo com a lei dos circuitos de Ampère, um campo magnético dinâmico pode ser gerado pela aplicação de tensão CA à bobina à medida que induz o fluxo de corrente (consulte a Figura complementar S2). Ao mesmo tempo, o campo magnético dinâmico gera corrente circular, ou seja, corrente parasita, dentro do MI devido a mudanças periódicas no campo magnético9. Consequentemente, a corrente parasita, com direção oposta à do fluxo de corrente através da bobina, induz um campo magnético adicional de acordo com a lei de Lenz. Por outro lado, como as partículas magnéticas moles estão incluídas nos MIs, os domínios magnéticos também podem contribuir para a resposta magnética. Vale a pena notar que a interação entre o domínio magnético estático e a ponta magnetizada é tipicamente medida pela detecção de mudanças na amplitude ou fase da oscilação do cantilever. Isso indica que os domínios magnéticos estáticos podem contribuir para a resposta magnética dinâmica. Assim, a resposta magnética dinâmica pode ser basicamente induzida por três origens diferentes, ou seja, o domínio magnético estático e os campos magnéticos dinâmicos induzidos pela bobina e correntes parasitas.