Magnetische ‘microflowers’ verbeteren lokale magnetische velden

Een bloemvormige structuur slechts enkele micrometer in grootte gemaakt van een nikkel-ijzerlegering kan zich concentreren en lokaal de magnetische velden verbeteren. De grootte van het effect kan worden geregeld door de geometrie en het aantal “bloemblaadjes” te variëren.

Dit magnetische metamateriaal, ontwikkeld door de groep van Dr. Anna Palau bij het Institut de Ciencia de Materials de Barcelona (ICMAB) in samenwerking met haar partners van het Chist-tijdperk Metamagic Project, is nu onderzocht aan Bessy II in samenwerking met Dr. Sergio Valencia.

Een dergelijk apparaat kan worden gebruikt om de gevoeligheid van magnetische sensoren te vergroten, om de energie te verminderen die nodig is voor het creëren van lokale magnetische velden, maar ook, op het PEEM -experimentele station, om monsters onder veel hogere magnetische velden te bestuderen dan momenteel mogelijk.

Dr. Palau heeft een speciaal metamateriaal ontwikkeld dat eruit ziet als kleine bloemen onder de scanning elektronenmicroscoop. De bloemblaadjes bestaan ​​uit strips van een ferromagnetische nikkel-ijzerlegering.

De microflowers kunnen in verschillende geometrieën worden geproduceerd, niet alleen met verschillende binnen- en buitenste radii, maar ook met variabele getallen en breedtes van bloemblaadjes. Deze bloemvormige geometrie zorgt ervoor dat de veldlijnen van een extern magnetisch veld zich in het midden van het apparaat concentreren, wat resulteert in een sterk geïntensiveerd magnetisch veld.

De studie is gepubliceerd in het dagboek ACS nano.

Magnetische metamaterialen

“Metamaterialen zijn kunstmatig geproduceerde materialen met microstructuren waarvan de afmetingen kleiner zijn dan de elektromagnetische of thermische golven die ze zijn ontworpen om te manipuleren”, legt Palau uit.

De fysicus werkt aan magnetische microstructuren die kunnen worden gebruikt bij gegevensopslag, informatieverwerking, biomedicine, katalyse en magnetische sensortechnologie. Door deze metamaterialen te gebruiken, kan de gevoeligheid van magnetische sensoren sterk worden verhoogd, omdat het te detecteren magnetische veld in het midden van deze systemen zou worden versterkt.

Magnetische domeinen in kaart brengen bij Bessy II

Palau, haar student Aleix Barrera en Sergio Valencia hebben dit nu onderzocht op het Xpeem Experimental Station in Bessy II. Ze plaatsten een kobaltstang in het midden van verschillende microflowers als een sensor voor het magnetische veld en brachten de magnetische domeinen in de kobaltstang in kaart.

“Door de geometrische parameters zoals vorm, grootte en aantal bloemblaadjes aan te passen, kan het magnetische gedrag worden geschakeld en geregeld”, zegt Valencia. Als gevolg hiervan zou de gevoeligheid van een magnetoresistieve sensor met meer dan twee orden van grootte kunnen worden verhoogd.

Nieuwe opties, ook voor experimenten bij Xpeem

Deze innovatie opent nieuwe technologische opties voor het verbeteren van de prestaties van kleine magnetische sensoren en voor het ontwikkelen van multifunctionele magnetische componenten. In de toekomst kunnen dergelijke microstructuren worden gebruikt om lokaal veel hogere magnetische velden te genereren, wat ook interessant is voor het experimentele XPeem -station in Bessy II.

“Ons experimentele systeem is een foto -emissie -elektronenmicroscoop, dus magnetische velden buigen de elektronen af ​​en maken de experimenten moeilijk”, zegt Valencia. “Het maximale magnetische veld dat we normaal gesproken kunnen aanbrengen voor beeldvorming is ongeveer 25 millitesla (MT). Met de magnetische veldconcentrator, waar het veld slechts lokaal wordt verbeterd, kunnen we gemakkelijk velden vijf keer hoger bereiken.”

Dit is heel opwindend omdat het de mogelijkheid opent om een ​​reeks magnetische systemen te bestuderen onder omstandigheden die niet eerder mogelijk waren.