Ученые из БФУ имени Иммануила Канта выяснили, как дефекты в ферромагнитных (способных в определенных условиях намагничиваться) микропроводах и магнитные поля на их концах влияют на скорость движения доменных стенок — границ между областями с разным направлением магнитных моментов. Исследование показало, что в областях провода, где есть механические дефекты, скорость движения стенки может увеличиваться кратно количеству дефектов, при этом поля рассеяния от концевых доменов также ускоряют это движение. Полученные данные будут полезны при создании более быстрых и точных устройств для медицины, электроники и систем безопасности. Результаты исследования опубликованы в журнале Intermetallics.
Ферромагнитные микропровода — это тонкие провода диаметром несколько микрометров, которые изготавливают из различных металлов, таких как железо, никель, медь, а также из их сплавов. Они производятся методом Улитовского-Тейлора — его суть заключается в ультрабыстром охлаждении металлического расплава, который покрывается стеклом. Стеклянная оболочка обеспечивает защиту металлического центра от коррозии (химического разрушения) и делает материал биосовместимым, благодаря чему такие микропровода можно использовать для устройств биомедицины.
Магнитные микропровода являются магнитномягкими — они способны быстро перемагничиваться под действием магнитного поля малой величины. При этом материал может быстро переключаться между двумя устойчивыми состояниями намагниченности: когда магнитные моменты выстроены в одном определенном направлении или в противоположных. Процесс намагничивания происходит из-за очень быстрого движения доменной стенки — границы между магнитными доменами (зонами) с различным направлением намагниченности. При этом от скорости движения доменной стенки зависит, насколько быстрым будет отклик устройства. Однако управление движением доменных стенок остается сложной задачей, потому что на него влияет много разных факторов.
Ученые из Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта (Калининград) совместно с коллегами из Университета Страны Басков (Испания) исследовали, как неоднородности в материале и дополнительные магнитные поля влияют на скорость движения доменной стенки в микропроводах на основе железа. Для этого авторы использовали индукционный метод, который позволяет точно измерять скорость и ускорение доменных стенок.
Исследователи впервые выявили три режима движения доменных стенок: замедленное — когда скорость доменной стенки уменьшается по мере ее продвижения вдоль микропровода; равномерное — когда скорость остается постоянной; и ускоренное, при котором скорость доменной стенки увеличивается. Эти режимы ученые обнаружили в различных участках одного и того же микропровода, что указывает на сильное влияние неоднородных участков и дефектов на движение доменных стенок.
В своей работе ученые исследовали микропровода с различным соотношением диаметров металлического центра и стеклянной оболочки. Оказалось, что дефекты — такие как механические повреждения стеклянной оболочки или локальные внутренние неоднородности металлической жилы — существенно изменяют скорость движения доменной стенки. В частности, в областях с дефектами она увеличивается в 1,5 раза.
Кроме того, ученые определили, что поля, которые образуются на концах микропровода, также меняют скорость доменных стенок на десятки метров в секунду, что важно учитывать при проектировании устройств с высокой точностью управления, например датчиков магнитных полей.
Результаты исследования важны для разработки новых сенсорных устройств, основанных на механизме движения доменных стенок. Понимание того, как на него влияют дефекты и паразитные поля, позволит создавать более быстрые и надежные датчики для применения в медицине, электронике и системах безопасности.
«Наши результаты открывают новые возможности для управления движением доменных стенок в магнитных микропроводах. Эта информация поможет создавать устройства с уменьшенным временем отклика и повышенной чувствительностью», — рассказывает Валерий Савин, младший научный сотрудник НОЦ «Умные материалы и биомедицинские приложения» Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта.
«В нашем проекте, основываясь на базовых экспериментальных исследованиях в области магнетизма ферромагнитных микропроводов, мы впервые выявили три типа движения доменной стенки в одном объекте — ускоренное, замедленное и равномерное, — а также представили обобщенную модель настройки скорости доменных стенок в микропроводах с учетом влияния механических дефектов. Данное исследование может привести к уменьшению времени отклика чувствительных устройств, основанных на механизме движения магнитной доменной стенки», — подводит итог Валерия Колесникова, младший научный сотрудник лаборатории нано- и микромагнетизма НОЦ «Умные материалы и биомедицинские приложения» Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
