Ферромагнетизм

Как размагнитить сэндвич?

Любимый объект исследования современных физиков, работающих в области ферромагнетизма, напоминает слоёное тесто. Получают его так: на тончайшую плёнку из ферромагнетика со строго заданным направлением вектора намагниченности накладывается столь же тонкая плёнка из немагнитного металла, а сверху – ещё одна плёнка из ферромагнетика. Такой сэндвич толщиной в несколько нанометров обладает удивительным свойством: при определённой толщине разделительного слоя верхний слой ферромагнетика намагничивается в том же направлении, что и нижний. Но если промежуточный слой чуть толще или тоньше, вектор намагниченности поворачивается на 180 градусов. Весь сэндвич становится как бы немагнитным, поскольку магнитные поля верхнего и нижнего слоя ферромагнетиков нейтрализуют друг друга. Образуется так называемый искусственный антиферромагнетик.

Но почему учёные уделяют подобным системам повышенное внимание? Руководитель группы исследователей Технического университета в Дармштадте профессор Хорст Хан (Horst Hahn) поясняет:

- От взаимной ориентации этих двух соседних магнитных моментов зависит электрическое сопротивление всей системы. Конкретно это означает вот что: при антипараллельной направленности моментов – такое состояние называется антиферромагнитной связью – электрическое сопротивление сэндвича очень велико, если же векторы намагниченности направлены в одну сторону, то оно крайне мало. И это свойство системы можно использовать на практике.

Например, посредством приложения внешнего магнитного поля. Оно способно переводить сэндвич из антиферромагнитного состояния в ферромагнитное и наоборот. Иными словами, меняя напряжённость внешнего поля, мы получаем, например, возможность на короткое время превратить диэлектрик в прекрасный проводник. Такое свойство системы позволяет применять её в самых разных технических устройствах. Скажем, уже сегодня существуют компьютерные жёсткие диски, в которых считывание информации производится такими искусственными антиферромагнетиками.

Ферромагнитные и другие начинки

Однако перед исследователями ещё немало нерешённых проблем. Для того, чтобы создавать сэндвичи со строго заданными параметрами – а иначе всё это не имеет смысла, – необходимо изучить множество сочетаний разных материалов. Профессор Хорст Хан говорит:

- Мы можем использовать самые различные ферромагнитные материалы, мы можем использовать всевозможные немагнитные металлы в качестве промежуточного слоя. Кроме того, можно ведь изготовлять промежуточный слой из полупроводниковых материалов, скажем, из кремния. Такая система будет иметь совершенно особые электрические свойства. И наконец, в качестве материала для промежуточного слоя можно использовать окислы металлов, то есть диэлектрики.

Загадочными остаются для исследователей и свойства граничных поверхностей между магнитным и немагнитным слоями внутри сэндвича. Так, одной из групп исследователей удалось недавно показать, что значение полного магнитного момента одного и того же атома на стыке двух материалов меняется в широких пределах, порой достигая больших величин, порой обращаясь в нуль. Если учёные научатся контролировать подобные эффекты и управлять ими, то это позволит конструировать для промышленного применения магнитные системы со строго заданными параметрами.

Преодолевая силу тяжести

Особая тема исследований – так называемые магнитные жидкости. Они представляют собой высокоустойчивые коллоидные растворы твёрдых магнитных материалов в различных жидкостях-носителях и обладают весьма интересными свойствами. "Посредством внешнего магнитного поля ими можно управлять, - рассказывает профессор Хан, - например, можно заставить такую жидкость течь вверх по вертикальной стене, преодолевая силу тяжести."

Кроме того, можно заставить магнитную жидкость двигаться в потоке против течения – скажем, внутри кровеносного сосуда. Исследователи уже думают над тем, чтобы использовать магнитные жидкости для прицельной доставки лекарственного препарата к любому органу человеческого тела, например, поражённому опухолью. Кроме того, там можно было бы использовать и непосредственно магнитные свойства взвешенных в жидкости однодоменных частиц. Одна из возможных сфер применения такого рода – так называемая локальная гипертермия, цель которой – тепловым воздействием разрушить новообразование. Использование магнитных жидкостей позволит сделать такую процедуру более прицельной и, как следствие, более щадящей. И хотя пока всё это – дело будущего, перспективы и здесь открываются весьма заманчивые. А потому научные исследования идут полным ходом.