Техника - молодёжи 2009-03, страница 9
Рис. 3. Использование магнетизма в современном автомобиле ных наночастицах. Пусть никого не смутит термин «малая наночастица», он подразумевает, что частица настолько мала, что является одно-доменной, то есть магнитные моменты всех атомов, из которых она состоит, ориентированы в одном направлении. Явление суперпарамагнетизма качественно схоже с таким явлением, как парамагнетизм. Но если последний описывает определённый аспект состояния отдельного атома, то суперпарамагнетизм - поведение сотен атомов, из которых состоит наночастица. Отсюда - приставка «супер». Все магнитные вещества, в том числе и ферромагнетики (железо, кобальт и пр.) характеризуются так называемой намагниченностью. Это векторная сумма магнитных моментов отдельных атомов, составляющих кристалл, поделённая на объём кристалла. Понятно, что намагниченность не обращается в ноль, если хотя бы часть магнитных моментов направлена в одном направлении. Величина намагниченности зависит от магнитных свойств отдельных атомов, из которых состоит кристалл, но не зависит от размера кристалла. По аналогии с нашим рассуждением о плотности, при выборе бруска меньшего объёма число атомов, из которых он состоит, тоже уменьшается, и соответственно уменьшается их суммарный магнитный момент. Направление намагниченности в отсутствие внешнего магнитного поля обусловливается магнитной анизотропией (существуют определённые направления в кристалле, вдоль которых магнитные моменты атомов «предпочитают» быть направленными). Намагниченность сохраняет своё значение и направление вплоть то критической температуры, называемой температурой Кюри (иногда говорят - точка Кюри). Для железа она равна 1043 К, при более высокой температуре железо теряет свои магнитные свойства, так как магнитные моменты атомов становятся ориентированными случайным образом. У кристаллов большого размера способность «удерживать» направление намагниченности зависит от величины магнитной анизотропии и практически не зависит от объёма самого кристалла. Но. как только размер образца становится несколько нанометров, критическая температура становится гораздо меньше, вплоть до нескольких десятков Кельвинов. Главную роль здесь играет именно размер: грубо говоря, чем больше частица, тем проще ей «удерживать» намагниченность в заданном направлении1. Это объясняется снижением энергетического барьера, который противостоит энергии тепловых колебаний, - он связан линейной зависимостью с геометрическим размером образца. Проиллюстрируем сказанное мысленным экспериментом. Начнём нагревать эту частицу с нуля Кельвинов. До определённой температуры ТБ направление намагниченности частицы меняться не будет, однако после того, как температура поднимется выше этого критического значения, атомы частицы станут хаотично менять направления своих магнитных моментов, потому что энергия тепло- 1 Эксперименты показали, что в наноструктурах от размера зависит и магнитная анизотропия. однако мы здесь для простоты опус каем этот факт. вого движения, растущая вместе с ростом температуры, становится сопоставима с энергией, обусловленной анизотропией и объёмом. Температура Тв называется температурой блокировки; как правило, для малых частиц она гораздо ниже комнатной. Таким образом, ниже температуры блокировки направление намагниченности фиксировано, а выше неё намагниченность меняет своё направление хаотично. Подчеркнём: температура блокировки является важнейшей характеристикой магнитных наночастиц (МНЧ). Она не используется для описания поведения макротел. Для них аналогичное значение имеют понятия температуры Кюри (для ферромагнетиков) и температуры Нееля2 (для антп-ферромагнетиков). 2 Температура, или точка. Нее.тя - температура, выше которой исчезает спонтанная намагниченность антиферромагнетиков. -(Прим. ред.) моторы для злектро-усилителя руля сенсоры (наклона, позиции) катушка зажигания жёсткий диск, система BPS двигатель и электрический генератор компрессор для кондиционера сенсоры ремней безопасности датчики для выпрямителя датчик для внутренних сенсоров стартер-генератор моторы для эл. насосов тормоза |
