Ученые бросили вызов давней загадке магнитного заряда

Российские ученые в тандеме с ирландскими коллегами разработали теоретический подход, делающий возможным предсказывать характер взаимодействий магнитных наночастиц и микрочастиц с переменными полями сверхвысокой частоты. Расчеты и отслеженные закономерности позволят создать новое поколение запоминающих устройств, томографов и сенсоров.  

Как сообщают специалисты Центра научной коммуникации МФТИ, они фактически заглянули внутрь спиновых процессов, происходящих быстрее, чем мигание глаза. Для разработки быстродействующих устройств на базе магнитных материалов необходимо глубокое понимание того, как эти вещества взаимодействуют с высокочастотными переменными магнитными полями. Поскольку перемены в свойствах магнитных материалов в процессах приложения к ним внешних полей происходят не мгновенно, и особенности этих сдвигов зависят от текущего состояния объекта.

Эти перемены часто носят нелинейный характер, что делает непростым их прогнозирование и учет в функционале систем памяти, сенсоров и других приборов, где могут применяться высокочастотные магнитные поля. В новом исследовании удалось разработать математическую модель на базе модифицированного уравнения Ландау-Лифшица-Гильберта, позволяя максимально чётко просчитывать взаимодействия ферромагнитных наночастиц с переменными полями сверхвысокой частоты.

Данный подход помог экспертам глубоко понять поведение намагниченности ферромагнитной наночастицы и «препарировать» ее колебания на отдельные гармонические составляющие. Что позволило раскрыть несколько ранее неизвестных особенностей реакций магнитных наноструктур на быстрые перемены в свойствах внешних магнитных полей, а также точнее описать процессы перемагничивания на самых высоких частотах, выяснить мощность тепловых потерь за цикл перемагничивания.

Ученые также выяснили, что механизм влияния предыдущих состояний магнитных наночастиц на изменения в их свойствах может заметно меняться в зависимости от самых мелких изменений условий эксперимента. Это похоже на сложную игру света и тени в калейдоскопах, где малейшие движения руки полностью меняют картину.