~次世代の低損失磁性材料の設計指針となる有用な知見~|東京理科大学">

Tin tức & Sự kiện Tin tức & Sự kiện

20250905 FRI UP

Quan sát trực tiếp động lực thư giãn tường do tiếng ồn từ tính của Barkhausen
~ Kiến thức hữu ích để hướng dẫn thiết kế vật liệu từ tính thấp thế hệ tiếp theo ~

Tóm tắt nghiên cứu và điểm

  • Chúng tôi đã phát triển một hệ thống đo lường từ tính rộng và có độ nhạy cao (MBN, *1), và đã thành công trong việc quan sát trực tiếp hành vi thư giãn của các bức tường miền riêng lẻ ( *2) trong vật liệu kim loại ở một mức xung duy nhất
  • Phân tích thống kê tập trung vào quá trình suy giảm của xung MBN cho thấy hằng số thời gian thư giãn trung bình (*3) là 3,8 μs và đánh giá định lượng ảnh hưởng của cấu trúc và các vị trí ghim trong vật liệu đối với năng lượng
  • Từ cả thử nghiệm và lý thuyết, chúng tôi đã phát hiện ra rằng điện trở nhớt (*5) do dòng chảy xoáy chiếm ưu thế thay vì độ nhớt của chính thành miền, xác nhận rằng giảm xóc xoáy (*7) là nguyên nhân chính của sự mất mát hiện tại bất thường (*6)

Tóm tắt nghiên cứu

Một nhóm nghiên cứu chung bao gồm Trợ lý Giáo sư Takahiro Yamazaki của Viện Khuyến mãi, Đại học tỷ lệ kèo nhà cái 88 học Tokyo, Giáo sư Masato của tỷ lệ kèo nhà cái 88 CREATION CREARIT Sử dụng một hệ thống đo nhiễu từ tính rộng, rất nhạy cảm (MBN) (Hình 1) được phát triển trong nhà cho các ruy băng hợp kim vô định hình/tinh thể nano Fe-Si-B-P-Cu-Cu (Nanomet®) Hơn nữa, bằng cách phân tích quá trình giảm xóc, chúng tôi đã thực nghiệm chứng minh mối quan hệ trực tiếp giữa sự di chuyển của tường miền và mất năng lượng

Nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng mặc dù một số tổn thất năng lượng trong các vật liệu từ tính mềm đã được dự đoán về mặt lý thuyết, không có công nghệ để phát hiện chính xác các xung MBN riêng lẻ và mối quan hệ nhân quả trực tiếp giữa hiện tượng thư giãn tường và mất Mặt khác, để cải thiện hiệu quả của thiết bị điện tử năng lượng, các hướng dẫn thiết kế vật liệu hiểu chính xác cơ chế mất là rất cần thiết và nhóm nghiên cứu này đã giải quyết vấn đề này bằng cách phát triển các công nghệ đo lường mới

Do kết quả của phân tích, các xung cho thấy sự gia tăng dốc và suy giảm nhẹ nhàng đã được quan sát thấy đối với các vật liệu vô định hình, và chuyển động của tường miền được phản ánh trong thời gian thực Nó cũng được xác nhận rằng xử lý nhiệt làm giảm đáng kể kích thước xung và sự di chuyển của các bức tường miền trở nên mượt mà hơn do sự kiểm soát cấu trúc tốt của vật liệu

Hơn nữa, phân tích thống kê các sự kiện thư giãn cho thấy hằng số thời gian thư giãn trung bình là khoảng 3,8 μs, và phân tích mô hình vật lý cho thấy sự kháng thuốc do dòng chảy xoáy liên quan đến chuyển động là nguồn tiêu tán năng lượng chính, thay vì các tính chất nội tại của thành miền Điều này cho thấy nguồn gốc vật lý của sự mất dòng điện xoáy dị thường có liên quan chặt chẽ đến phản ứng điện từ cục bộ xảy ra với chuyển động không ổn định của bức tường miền và trình bày kiến ​​thức cơ bản quan trọng cho các thiết kế vật liệu trong tương lai nhằm kiểm soát tổn thất

Kết quả nghiên cứu này đã được công bố vào ngày 7 tháng 8 năm 2025Được xuất bản trực tuyến trên "Access Access"đã được thực hiện

Phát triển các thiết bị synap quang điện tử thế hệ tiếp theo xác định màu sắc bắt chước mắt và não-để nhận ra một hệ thống thị giác máy thế hệ tiếp theo đang tiết kiệm năng lượng và tự hỗ trợ-
Hình 1 (dọc) Sơ đồ khối của hệ thống đo MBN được phát triển (dưới cùng) Ảnh của jig thực tế

Bối cảnh nghiên cứu

Là những tiến bộ trong công nghệ điện tử năng lượng thế hệ tiếp theo, nhu cầu về vật liệu từ tính mềm mất thấp đối với cuộn cảm và lõi máy biến áp đang tăng lên nhanh chóng Hiệu quả hoạt động của các vật liệu này bị hạn chế do mất sắt (*8) và mất dòng điện xoáy bất thường do chuyển động tường miền đặc biệt chiếm ưu thế trong phạm vi tần số cao, khiến nó quan trọng để hiểu và giảm cơ chế

Tiếng ồn Barkhausen từ tính (MBN) là một tín hiệu xung được tạo ra khi tường miền được giải phóng khỏi vị trí ghim và là một phương tiện hữu ích để quan sát động lực học tường miền Những thay đổi đột ngột trong vận tốc tường miền gây ra dòng chảy xoáy cục bộ, gây ra sự tiêu tán năng lượng bổ sung, ảnh hưởng lớn đến mất sắt Các nghiên cứu trước đây đã dự đoán về mặt lý thuyết rằng sự phân tán năng lượng cục bộ liên quan đến chuyển động tường miền góp phần vào tổn thất, nhưng không có phương pháp nào tồn tại để phát hiện chính xác các xung MBN riêng lẻ được tạo ra trong vật liệu kim loại và đánh giá thống kê hành vi thư giãn của chúng Hơn nữa, mặc dù những tiến bộ gần đây trong công nghệ đo MBN đã cải thiện độ phân giải thời gian và tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm (tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm), rất khó để đạt được cả đặc điểm băng rộng và độ nhạy cao đủ để tách các xung MBN riêng lẻ trong các vật liệu từ tính và cơ chế gây ra hiện tại

Vì vậy, nhóm nghiên cứu tin rằng việc lấp đầy các khoảng trống công nghệ này bằng cách phát triển các công nghệ đo lường mới sẽ là một chìa khóa quan trọng để kiểm soát mất năng lượng trong vật liệu từ tính mềm Dựa trên ý tưởng này, chúng tôi đã phát triển một hệ thống đo MBN băng rộng, rất nhạy cảm và đã cố gắng chứng minh sự thư giãn tường miền bằng cách áp dụng nó cho các dải băng hợp kim vô định hình/tinh thể nano Fe-Si-B-P-C-Cu (Nanomet®)

Chi tiết kết quả nghiên cứu

Các xung MBN rời rạc lớn trong khoảng từ 20 đến 60 mV đã được quan sát thấy ở trạng thái vô định hình của Nanomet® (Hình 2) Mỗi xung thể hiện sự gia tăng mạnh mẽ và một cú ngã nhẹ nhàng, được cho là phản ánh sự tăng tốc đột ngột và sự phân rã quá mức của thành miền Quan sát rõ ràng về tăng dốc xác nhận rằng giảm không phải do các đặc điểm của hệ thống đo lường, mà là một đặc điểm thiết yếu của động lực học tường miền Tính năng xung MBN đặc biệt này được cho là phản ánh hiệu ứng ghim tường miền mạnh do các khiếm khuyết cấu trúc Mặt khác, trong Nanomet® nanocrystalline sau khi xử lý nhiệt, biên độ của xung MBN đã giảm đáng kể xuống còn vài mV hoặc ít hơn và nó giảm xuống dưới ngưỡng phân tích 20 mV, khiến phân tích thống kê chi tiết trở nên khó khăn Sự giảm đáng kể về biên độ này được cho là do sự hình thành các tinh thể nano gây ra bởi xử lý nhiệt, làm giảm các vị trí ghim, ngăn chặn hiệu ứng ghim của các bức tường miền và làm mịn chuyển động của các bức tường miền Những kết quả này cho thấy những thay đổi cấu trúc tốt trong vật liệu có tác động đáng kể đến hành vi MBN và đến lượt nó, mất năng lượng

114232_114298
Hình 2 Chi tiết về tín hiệu nhiễu và dạng sóng từ tính thu được từ các phép đo MBN

Để phân tích hành vi động của các bức tường miền một cách chi tiết, phân tích thống kê được thực hiện trên các xung MBN với cường độ tín hiệu lớn hơn 20 mV Tổng cộng có 888 xung riêng lẻ được trích xuất từ ​​100 chu kỳ từ hóa và đánh giá định lượng đã được thực hiện Phân tích cho thấy rằng khi chiều cao đỉnh MBN thấp, thời gian thư giãn không đổiτđược phân phối rộng rãi trong phạm vi phân tích, nhưng khi chiều cao cực đại tăngτcho thấy một xu hướng hội tụ Phân tích thống kê của tất cả các xung riêng lẻ cho thấy hằng số thời gian thư giãn trung bình là khoảng 3,8 μs và độ lệch chuẩn là khoảng 1,8 μs Kết quả này cho thấy rằng trong các hiện tượng thư giãn tường ở quy mô nhỏ, địa phương, sự khác biệt trong các trường ứng suất bên trong do cường độ ghim cục bộ, hình dạng tường miền và tính không đồng nhất của cấu trúc vi mô tạo ra nhiều phản ứng thư giãn Mặt khác, trong các hiện tượng thư giãn tường quy mô lớn, một cơ chế thư giãn duy nhất bị chi phối và ảnh hưởng của sự khác biệt về cấu trúc vi mô địa phương tương đối giảm,τNó đã được xác nhận rằng phân phối hẹp hơn

Phát triển các thiết bị synap quang điện tử thế hệ tiếp theo xác định màu sắc bắt chước mắt và não-để nhận ra một hệ thống thị giác máy thế hệ tiếp theo là tiết kiệm năng lượng và tự hỗ trợ-
Hình 3 Tương quan giữa cường độ cực đại và hằng số thời gian của xung MBN

Trợ lý Giáo sư Yamazaki, người đã lãnh đạo nghiên cứu này, nhận xét, "Công nghệ đo lường MBN có độ chính xác cao và phân tích hành vi thư giãn tường miền được thiết lập trong nghiên cứu này có thể được áp dụng rộng rãi như một hướng dẫn thiết kế cho các vật liệu phân phối thấp, trong cơ sở Được cải thiện bằng cách ngăn chặn mất sắt quá mức và hiện thực hóa một xã hội trung lập carbon "

*Nghiên cứu này được thực hiện với sự hỗ trợ từ Bộ Giáo dục, Văn hóa, Thể thao, tỷ lệ kèo nhà cái 88 học và Công nghệ "Dự án nghiên cứu và phát triển công nghệ sáng tạo năng lượng năng lượng sáng tạo" (JP23K13636)

Thuật ngữ

*1

Tiếng ồn từ tính Barkhausen (MBN)
Một từ trường bên ngoài được áp dụng cho một vật liệu từ tính và tường miền, là ranh giới của các miền từ tính bên trong vật liệu, di chuyển Vật liệu lý tưởng di chuyển liên tục, nhưng trong các vật liệu thực tế, nó di chuyển không liên tục do ảnh hưởng của khiếm khuyết, tạp chất, ứng suất bên trong, vv Khi thành miền di chuyển nhanh, thay đổi từ trường cục bộ xảy ra tại thời điểm đó, gây ra các xung điện từ nhỏ Đây được gọi là tiếng ồn số lượng lớn

*2

tường lớn
lớp ranh giới của các miền từ tính liền kề (khu vực từ hóa)

*3

Hằng số thời gian thư giãn
Một tham số mô tả thời gian hệ thống phản ứng với các thay đổi

*4

Trang web ghim
Khiếm khuyết cấu trúc nhỏ hoặc các bộ phận không đồng nhất trong một vật liệu ức chế chuyển động của các bức tường miền Cụ thể, nó bao gồm ranh giới hạt, chỗ trống, điểm trật khớp, tạp chất và các bộ phận mà căng thẳng tập trung

*5

Kháng nhớt
Điện trở gây ra bởi độ nhớt của chất lỏng khi một vật di chuyển qua chất lỏng Các ví dụ phổ biến bao gồm khả năng chống nước xảy ra khi bơi dưới nước và như thế nào khi trộn mứt với thìa

*6

Mất hiện tại dị thường
Mất do dòng xoáy nhỏ gây ra cục bộ xung quanh thành miền do chuyển động không liên tục của thành miền Thông lượng cục bộ thay đổi khi tường miền được giải phóng nhanh chóng từ vị trí ghim và trong các mô hình cổ điển truyền thống, nó thể hiện sự phụ thuộc đặc biệt tỷ lệ thuận với công suất khoảng 1,5 của tần số kích thích

*7

Giảm chấn hiện tại
Hiệu ứng phanh gây ra bởi dòng điện xoáy được tạo ra xung quanh tường khi tường miền di chuyển

*8

Mất sắt
Mất điện do các lõi sắt như động cơ, máy biến áp và cuộn cảm Có nhiều loại khác nhau như mất trễ, mất dòng xoáy cổ điển và mất dòng điện xoáy bất thường

Thông tin giấy

Tên tạp chí

Access IEEE

Tiêu đề giấy

Phân tích nhiễu từ tính từ tính để tiết lộ động lực học tường trong ruy băng vô định hình/nanocrystalline

tác giả

Takahiro Yamazaki, Shingo Tamaru và Masato Kotsugi

doi

101109/Access20253593507