Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рис. 1: Схема устройства
Рис. 2: Взаимосвязь между Холловским сопротивлением и магнитным полем при разных температурах для устройств с разной толщиной слоя платины.
Рис. 3: Зависимость Холловского сопротивления в нулевом поле от температуры при разном управляющем напряжении для устройств с разной толщиной слоя платины.
Рис. 4: Зависимости температуры Кюри кобальта при разном управляющем напряжении для устройств с разной толщиной слоя платины, измеренные двумя вышеописанными методами.

Как сделать парамагнетик ферромагнетиком, не охлаждая?

Ключевые слова:  гетероструктура, магнитные материалы, тонкие пленки

Опубликовал(а):  Чепиков Всеволод Николаевич

06 ноября 2011

Возможность изменять магнитные свойства материалов за счет приложения внешнего электрического поля выглядит весьма заманчиво. Физики уже научились менять коэрцитивную силу или магнитную анизотропию в металлах наложением внешнего электрического поля.

Еще более интересно менять опять же электрическим полем температуру Кюри материала, причем вблизи комнатной. Тогда станет возможным осуществлять электрически контролируемый переход между ферромагнитным и парамагнитным состоянием при нормальных условиях. Это позволило бы создать включаемые / выключаемые магниты, которые не требуют постоянного подвода энергии на преодоление сопротивления, в отличие от традиционных электромагнитов, и охлаждения, в отличие от сверхпроводящих.

Группа японских ученых создала прототип устройства, в котором пленка кобальта переходит между пара- и ферромагнитным состоянием за счет приложения внешнего перпендикулярного пленке электрического поля (Рис. 1). Для этого была получена слоистая структура из монослоя кобальта и нескольких монослоев платины на поверхности плохо проводящего арсенида галлия. Сверху был нанесен изолирующий слой и слой металла, работающий электродом для создания этого самого внешнего электрического поля. Также подводились контакты для измерения Холловского сопротивления (отношения возникающего перпендикулярного току и магнитной индукции напряжения к току).

Температура Кюри определялась косвенно по довольно сложной методике. Исследовалась зависимость Холловского сопротивления (как характеристики намагниченности) от внешнего магнитного поля для разных температур. Определялась температура, ниже которой, Холловское сопротивление при малых магнитных полях меняет знак (ферромагнитное состояние), а выше – не меняет (парамагнитное состояние) (Рис. 2). Эта температура и считалась температурой Кюри. Эти результаты подтверждались измерениями методом Кюри-Вейса – определением зависимости спонтанной намагниченности, точнее Холловского сопротивления в нулевом магнитном поле, от температуры (Рис. 3). Температура обнуления Холловского сопротивления считалась температурой Кюри.

Все измерения температуры Кюри проводились как без наложения внешнего электрического поля, так и в нем. Они были проведены для двух устройств, отличающихся разной толщиной слоя платины: 1,04 и 1,10 нм (Рис. 4). Никто ее, разумеется, с точностью, превышающей размер монослоя, не получал и не измерял, а эти цифры получены из скорости и времени напыления платины.

Оказалось, что при помощи электрического поля можно менять магнитные свойства материала при температурах, близких к комнатной. Вряд ли из этих монослоев кобальта удастся получить силовой магнит, но элемент электрических схем для компьютеров или измерительных приборов – вполне возможно.


Источник: Nature Materials



Комментарии
Ферромагнитное состояние - понятно более - менее, но можно ли философски противопоставлять ферромагнетик и парамагнетик, так сказать, в одном лице, но в разных состояниях?
На мой взгляд - да.
В ферромагнитном состоянии (ниже Т Кюри), в отличие от парамагнитного, есть магнитные домены и проявляется спонтанная намагниченность. В некоторых случаях это позволяет создавать постоянные магниты. А здесь проявляется как наличие спонтанного Холловского сопротивления (то есть эффекта Холла в нулевом магнитном поле). В парамагнитном состоянии ни то, ни то невозможно.
Лет пятнадцать назад я проводил эксперименты на достаточно мощном (~10Мвт)эрозионном плазмотроне с медными электродами.
Во время эксперимента эти медные электроды находились в "сильных" электромагнитных полях, оплавлялись а после эксперимента мы находили оплавленные"медные ошметки" размером до ~1см2. Случайно обнаружили что эти "ошметки" притягиваются магнитом, т.е. обладают ферромагнитными свойствами. Я и мои коллеги не являемся специалистами в области физики твердого тела, но помним из учебников, что медь является диамагнетиком (химический состав мы, конечно, проверили и даже нашли "несколько" атомов железа). Когда я демонстрировал этот "фокус" никто не верил, что образец является медным.Такие магнитные свойства сохранялись в течении многих лет. Я раздавал эти образцы налево и направо, чтобы тот кто что-нибудь понимает в этом разобрался ... Только в одном научном учреждении провели исследование и сообщили мне, что полученный образец обладает доменной структурой! Кстати, такой эксперимент можно повторить, но руки пока не доходят. Да и тематика эта не моя.
Соколов Петр Сергеевич, 09 ноября 2011 00:23 
История про медь с доменной структурой действительно интересная, что же вы это не опубликовали нигде просто как казус? Но по закону подлости, воспроизвести специально такие экстремальные эксперименты обычно не просто, только случайно.
Оборудование редкое. А так, думаю, воспроизвести несложно.

Из подобной мощности оборудования немного работал на магнито-плазменных компрессорах.
10 МВт в пучке. Мишень (практически любого состава) плавилась за милую душу. Иногда закипала

Правда, ошмётков электродов там не летело.
Я послал статью с описанием условий эксперимента и полученных неожиданных результатов в ЖТФ, но статью не приняли, повидимому, в виду ее "оригинальности" ...Помню, я сильно расстроился, т.к. было со мной впервые при опубликованных до этого случая около 100 статей по другой тематике.
Но публикация все-таки есть(на всякий случай!) в Докладах конференции ОИВТ РАН по плазменной аэродинамике где-то в "нулевых годах", т.е. при желании можно найти. Помню доклад вызвал бурное обсуждение...
Но такой эксперимент(уж поверьте мне на слово) провести не просто (и по энергетике, и по масштабам устройства)...
Владимир Владимирович, 10 ноября 2011 08:50 
~10000-11000 К в У-13ВЧП - круто!!
А мы около 30 лет работаем на такой установке и ничего... Смотрите http://new.t....php?id=306
Палии Наталия Алексеевна, 09 ноября 2011 16:02 
в ЖТФ, но статью не приняли, а жаль , правда, в комментариях на НАНОМЕТРе уже писали, что не физикам почти невозможно опубликовать статьи в ЖТФ.
10 МВт! Даже трудно представить, каким образом ионизировали?
Трусов Л. А., 09 ноября 2011 12:02 
магнитные свойства меди

1. http://www.y...E97CYWlALEs 2. http://www.y...f43fXde2S78
Это не то.
Кстати, точно так же себя ведёт алюминий.
Трусов Л. А., 09 ноября 2011 14:01 
ну, мы же не знаем, что есть то. скорее всего, примесь.
Палии Наталия Алексеевна, 09 ноября 2011 15:57 
Al, Lenz's Law там же.
Наверное, можно поэкспериментировать с серебром
Похоже, аналогичный результат получается на обычной кухне с помощью индукционной плитки, интересно?!
Пишите, еще проще наблюдается доменная структура в воде.
И ничего необычного в этом нет, если учесть последнии работы Курдюмова С. П. по синергетике о диссипативных вихревых трехмерных структурах в термодинамически неравновесных жидкостях.

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Многослойный мир
Многослойный мир

Установочные семинары по проведению Международной Олимпиады по Нанотехнологиям
В рамках подготовки к Международной Нанотехнологической Олимпиаде для студентов для обсуждения вопросов участия российской команды было проведено два установочных вебинара с победителями конкурса National Student Team Contest (2019 и 2020).

Начата активная фаза подготовки к Международной НаноОлимпиаде для студентов
Начата активная фаза подготовки к Международной Нанотехнологической Олимпиаде для студентов. В условиях всеобщих ограничений формируется стратегия ее реализации в 2021 году. Предлагаем краткий обзор рабочего сайта International Nanotechnology Olympiad.

Самые интересные моменты лектория Нанограда 2020
Небольшой традиционный фоторепортаж о самых интересных лекционных моментах виртуального Цифрового Нанограда 2020 со всеми правильными ссылками.

Летние лектории для школьников
ФНМ
Сотрудники Факультета наук о материалах и химического факультета Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова участвуют в лекториях двух летних школ, организованных Фондом Инфраструктурных и Образовательных Программ (группа РОСНАНО) - Нанограде и летней школе МФТИ.

Академия - университетам
Е.А.Гудилин, Ю.Г.Горбунова, С.Н.Калмыков
Российская Академия Наук и Московский университет во время пандемии реализовали пилотную часть проекта "Академия – университетам: химия и науки о материалах в эпоху пандемии". За летний период планируется провести работу по подключению к проекту новых ВУЗов, институтов РАН, профессоров РАН, а также по взаимодействию с новыми уникальными лекторами для развития структурированного сетевого образовательного проекта "Академия - университетам".

Материалы к защитам выпускных квалификационных работ бакалавров ФНМ МГУ 2020
Коллектив авторов
Защиты выпускных квалификационных работ (квалификация – бакалавр материаловедения) по направлению 04.03.02 - «химия, физика и механика материалов» на Факультете наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова состоятся 16, 17, 18 и 19 июня 2020 г.

Технопредпринимательство в эпоху COVID-19

Небольшой опрос о том, как изменились подходы современного предпринимательства в контексте новых и возникающих форм ведения бизнеса, онлайн образования, дистанционных форм взаимодействия и коворкинга в эпоху пандемии COVID - 19.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.