Как в тонких плёнках возникает эффект гигантского магнитного импеданса

16:46, 13 декабря 2016

Определены приоритетные направления работы центра превосходства «Магнетизм и магнитные наноструктуры»

Многослойные тонкоплёночные магнитные структуры — одно из направлений исследований Анны Членовой, лаборанта-исследователя отдела магнетизма твердых тел НИИ ФПМ ИЕНиМ УрФУ. Фото: Александра Хлопотова

В отделе магнетизма твердых тел научно-исследовательского института физики и прикладной математики Института естественных наук и математики УрФУ лаборант-исследователь Анна Членова изучает эффект гигантского магнитного импеданса (ГМИ) в многослойных тонкопленочных структурах, толщины которых составляют порядка полутора микрон. Пленка в двести раз тоньше человеческого волоса представляет собой ферромагнитный проводник. Если по ней пропустить переменный ток высокой частоты и поместить пленку в магнитное поле, то полное её сопротивление изменится на определенную величину. Этот эффект и носит название гигантского магнитного импеданса. 

В многослойной пленке толщиной 1,5 микрона из чередующихся меди и железо-никелевого сплава под воздействием магнитного поля сотрудники отдела магнетизма твердых тел НИИ ФПМ наблюдают значительное изменение эффекта гигантского магнитного импеданса. Используемый Анной метод измерения, включающий установку импедансной спектроскопии и сам чувствительный элемент в виде тонкой пленки, позволяет работать с единицами измерения в два раза меньшими, чем напряженность магнитного поля Земли. Предсказанная же чувствительность метода в 500 раз меньше магнитного поля Земли.

Применение эффекта гигантского магнитного импеданса Анна видит в магнитном детектировании и дефектоскопии магнитных материалов.

«Металлическая лента идет на конвейере, под которым лежит датчик. И если в ленте есть пробой, датчик фиксирует изменение магнитного поля ленты по изменению сопротивления», — Анна приводит пример использования магнитного пленочного элемента как дефектоскопа.

Кроме того, эффект гигантского магнитного импеданса позволяет вычислить количество частиц магнитного вещества, например, в феррогеле, изготавливаемом здесь же в Институте естественных наук на кафедре высокомолекулярных соединений. Это полимер, заполненный наночастицами железа. Феррогель — перспективный материал, ему предсказывают функции искусственных мускулов, активных элементов микроманипуляторов и целевой доставки лекарств.

«В отношении измерения гигантского магнитного импеданса феррогель представляет собой отличный прототип биологического объекта», — считает Анна.

Разработка материалов на основе пленочных магнитных наноструктур станет одним из основных направлений работы нового центра превосходства «Магнетизм и магнитные наноструктуры», который создают на Урале. Вывести фундаментальную науку на практическое применение ученые рассчитывают, соединив усилия и достижения вузовской науки в УрФУ, академической науки в Уральском отделении РАН и материальное оснащение Федерального агентства научных организаций.

Создание центра превосходства вошло в «дорожную карту» развития магнетизма в России, обсуждаемую на форсайт-сессии «Магнетизм XXI века: физика, материалы, технологии» 9-10 декабря.