Реферат: Гл редактор: проф. А. М. Тишин

Гл. редактор: проф. А.М. Тишин


ТОМ 10 Сентябрь 2009 г. № 3 №322222221223333332





Настоящий номер Бюллетеня приурочен к открытию XVII Международной Конференции по постоянным магнитам, которая проходит в Суздале 21-25 сентября 2009 года.

Редакция поздравляет всех российских ученых-магнитологов и промышленников, внедряющих достижения науки в практику, с этим знаменательным событием! Желаем успешной работы и новых идей!


В номере помещена статья А.П. Пятакова и А.В. Хвальковского о последнем международном конгрессе по магнетизму (ICM-2009), который состоялся в июле в Германии, и об эффекте переноса спина и магнитной памяти будущего. О работе Летней школы «Исследователь» в 2009 году повествует А.П. Пятаков. Обзор российских журналов по магнитной тематике подготовил к.т.н. М.М. Надеев. Сделана подборка сообщений по магнитной тематике со страниц зарубежных сайтов и журналов, а также представлена обновленная информация о новых Российских и Международных конференциях.


ПОЗДРАВЛЯЕМ!


Башкирскому Государственному Университету – 100 лет


В октябре этого года ведущему вузу Республики Башкортостан Башкирскому Государственному Университету исполняется сто лет. Это старейший вуз республики, ведущий свое начало с указа министра просвещения Российской Империи от 1909 года о создании в Уфе Учительского института. Теперь преподавательский состав университета насчитывает около двух тысяч человек, обучающих больше двадцати тысяч студентов.




Магнитному сообществу уфимские ученые известны, прежде всего, своими теоретическими работами по нелинейной динамике доменных границ и топологических магнитных солитонов.

Работы группы под руководством заслуженного деятеля науки БАССР Миркашира Минигалеевича Фарзтдинова (1921-1991) заложили основы научного направления по изучению доменной структуры и спиновых волн в антиферромагнетиках. М.М. Фарзтдинову наряду с А. Малоземовым и Яном Слончевским принадлежит идея о зарождении антиферромагнитных вихрей на движущейся доменной границе.

В настоящее время уже шесть докторов наук и их ученики занимаются изучением научных проблем магнетизма и его приложений в БашГУ. Мы от всей души поздравляем наших коллег с юбилеем Alma Mater и желаем им дальнейших успехов!


Магнитинформ


Эффект переноса спина и магнитная память будущего


На последнем международном конгрессе по магнетизму (International Conference on Magnetism), проходившем в городе Карлсруэ (Германия) с 26 по 31 июля, доминировали доклады, посвященные различным аспектам спиновой электроники. Достаточно сказать, что два из трех пленарных докладов читали нобелевские лауреаты 2007 года Альберт Ферт и Питер Грюнберг, открывшие эффект гигантского магнитного сопротивления. Это физическое явление лежит в основе работы всех современных устройств считывания информации в магнитной памяти (о чем ранее рассказывалось в Бюллетене [1]).




Рис. 1 Лекция Стюарта Паркина на международной конференции по магнетизму ICM-2009. Карлсруэ, Германия.


Тематика пленарного доклада, сделанного Стюартом Паркиным, открывавшим конференцию, была посвящена эффекту перемагничивания спиновым током. Предполагается, что это явление позволит решить проблему магнитной записи информации и сыграет не меньшую роль в эволюции устройств магнитной памяти, чем эффект гигантского магнитного сопротивления.


^ Переключение током


До недавнего времени считалось, что единственным способом переключения магнитной структуры является воздействие магнитного поля. Соответственно, под переключением с помощью тока понималась только одна ситуация, в которой от текущего по проводникам тока возникает вихревое магнитное поле, воздействующее на магнитный элемент. Однако как было предсказано в работах [2,3], и затем подтверждено экспериментами [4-6], между током и намагниченностью существует прямое локальное взаимодействие, которое также способно привести к процессам перемагничивания.

Джон Слончевский в 1996 году при описании воздействия поляризованного тока на намагниченность представил модель так называемого переноса спина (spin transfer) [2]. Рассматривая структуру N1/F1/N/F2/N2 (F – ферромагнитные, N – немагнитные слои, рис. 2), он показал, что поляризованный по спину ток может перевернуть намагниченность одного из ферромагнитных слоев.

Обозначим за M1 и M2 полные намагниченности слоев F1 и F2, угол между ними – . Известно, что ток в ферромагнитных веществах поляризован по спину, т.е. существует направление, вдоль которого ориентирована большая часть спинов электронов. Так, например, поляризация тока в слое F1 достаточно далеко от границы со слоем N направлена вдоль M1; на выходе из слоя F2 спин электронов будет направлен вдоль M2. В слое N поляризация тока направлена в промежуточном относительно M1 и M2 направлении. Следовательно, ток, инжектируемый в слой F2, имеет поперечную относительно M2 компоненту. Оказывается, что эта поперечная компонента очень быстро, на расстояниях порядка 1-2 нм от границы N/F2, релаксирует. Поскольку обменное взаимодействие сохраняет спин, а вероятность релаксации полного спина системы (например, благодаря спин-орбитальному взаимодействию) на таких расстояниях очень мала, эта потерянная током поперечная компонента практически полностью передается намагниченности M2. Последнее эквивалентно тому, что на намагниченность M2 действует вращающий момент, стремится выстроить M2 в направлении M1.



Рис. 2. Иллюстрация механизма переноса спина, ответственного за перемагничивание многослойных магнитных элементов.


Особо следует отметить, что этот эффект наблюдается при силах тока выше критических значений, составляющих 106-107 A/cm2.


^ Унесенные спиновым ветром


В дальнейшем было обнаружено, что ток достаточно большой плотности может увлекать за собой доменные стенки [7-9], причем критическое значение плотности тока для перемещения доменной границы может быть в несколько раз меньше той, что требуется для перемагничивания магнитных слоев.

Действительно, у электрона при движении через доменную стенку, как было сказано выше, спин не будет успевать адаптироваться к локальному направлению намагниченности. В результате, поляризация носителей будет составлять некоторый угол с направлением намагниченности локализованных моментов (рис. 3). Таким образом, в каждой точке доменной стенки спин электронов будет обладать небольшой поперечной компонентой относительно локального направления намагниченности. Согласно сказанному ранее, данная поперечная компонента будет передаваться магнитным моментам (см. рис. 3); это приведет к движению доменной стенки в направлении движения электронов.




Рис. 3. Иллюстрация индуцированного током движения доменной стенки, обусловленного механизмом переноса спина. Неравновесная поперечная компонента поляризации носителей (белые стрелки) передается магнитным моментам внутри доменной стенки (черные стрелки); это приводит к движению последней.


Интересно, что в отличие от действия магнитного поля, приводящего к расширению доменов, намагниченных параллельно полю, и сужению противоположных, действие тока сводится к сдвигу всех границ и доменов в одном и том же направлении без изменения относительного расположения, их словно «сдувает ветром».


^ Память на беговой дорожке


Именно на явлении перемещения доменных границ с помощью спинового тока основана идея новой архитектуры магнитной памяти, предложенная Стюартом Паркиным [10] (race track memory – дословно, память на беговой дорожке). Ее отличительной особенностью является 3-мерная организация, что позволит повысить емкость записывающих устройств. Она представляет собой массив из ферромагнитных нанопроволок (рис. 4).



Рис. 4 Концепция 3D-памяти Стюарта Паркина. Отдельно показан элемент памяти – нанопроволока с перемещающимися вдоль нее магнитными доменами [10]


Вдоль каждой нанопроволоки под действием токовых импульсов перемещаются магнитные домены, они проходят мимо неподвижной считывающей головки (рис. 4 справа внизу). Это схема сильно напоминает уже начавшую забываться магнитофонную запись, не правда ли? Но в отличие от магнитофонной записи здесь нет механического движения ленты, а принцип действия считывающей головки основан не на электромагнитной индукции, а на гигантском магнитном сопротивлении.

Любопытно, что электрическое поле в магнитоэлектрических веществах оказывает схожее воздействие на доменные границы [11], что позволяет говорить также о перспективе использования полевого воздействия, не требующего инжекции носителей заряда.

Заключение

В заключение, хотелось бы еще раз отметить цикличность научно-технического прогресса, которую можно проследить на примере развития магнитной записи (рис.5) – от стальной проволоки, вдоль которой проносилась тележка c записывающим устройствам (устройство Поулсена 1898 г.) – к магнитофонной записи, в которой двигалась уже магнитная лента мимо неподвижной головки – и, далее, к магнитной памяти будущего, вовсе избавленной от движущихся деталей, и связанных с ними проблем износа и механической инерционности.




а) б) в)

Рис. 5 Эволюция магнитной записи: а) установка Поулсена (1898 г.) для записи звука на металлической струне [12], б) кассетные устройства на магнитных лентах в) магнитная память С. Паркина


^ Список литературы

1. А.В. Хвальковский, А.П. Пятаков,  Гигантское магнитосопротивление: от открытия до Нобелевской премии, Бюллетень МАГО, т. 8, № 4 (2007) http://amtc.ru/news/bulluten.php

2. J. Slonczewski. J. Magn. Magn. Mater., 159 (1996) L1.

3. L. Berger. Phys. Rev. B, 54 (1996) 9353.

4. M. Tsoi, A. G. M. Jansen, J. Bass, et al. Phys. Rev. Lett., 80 (1998) 4281.

5. E. B. Myers, D.C. Ralph, J. A. Katine, et al. Science, 285 (1999) 867.

6. A. Katine, F. J. Albert, R. A. Buhrman, et al. Phys. Rev. Lett., 84 (2000) 3149.

7. J. Grollier, P. Boulenc, V. Cros, et al. Appl. Phys. Lett., 83 (2003) 509.

8. E. Saitoh, H. Miyajima, T. Yamaoka et al. Nature (London), 432 (2004) 203.

9. S. Zhang, Z. Li. Phys. Rev. Lett., 93 (2004) 127204.

10. S.S.S. Parkin, US patents 6834005, 6898132, 6920062

11. Электрическое поле управляет магнитными структурами, ТОМ 9, № 2 (2008) http://amtc.ru/news/bulluten.php

12. А.М. Тишин, Память современных компьютеров, СОЖ 2001 n.11, c.116

член редколлегии Бюллетеня

к.ф.-м.н. А.П. Пятаков,

к.ф.-м.н. А.В. Хвальковский.

Летняя школа “Исследователь"


При поддержке МООСМ «Магнитное Общество» и проекта «Малая Академия МГУ» с 22 июля по 17 августа 2009 работало физическое отделение Летней Школы “Исследователь”. Летняя Школа проводилась года в селе Рождество Фировского района Тверской области. Помимо физического отделения она включала в себя медицинское отделение, а также отделение социальных наук и журналистики (общая численность около 100 человек).



В работе физического отделения приняло участие 35 человек: 19 школьников и 16 преподавателей. Нами было проведено семь исследовательских и конструкторских проектов, реализованы учебные программы: «Общая физика» и «Масштабы в физике» и другие.

Магнитная тематика была представлена серией лекций по наномагнетизму в рамках курса «Масштабы в физике», а также в проектах «Магнитооптический датчик магнитного поля».

Более подробную информацию о Летней Школе (исследовательская и учебная деятельность, условия набора школьников и др.), можно найти на наших ресурсах в сети Интернет http://issl.ru


Ответственный за молодежную ячейку МАГО

^ А.П. Пятаков


Обзор российских журналов по магнитной тематике


Новости магнитотерапии


В журнале «Биомедицинская электроника», 2009 г., №7 опубликованы несколько статей сотрудников Рязанского государственного радиотехнического университета по вопросам магнитотерапии:

1. «Комплексная хрономагнитотерапия». Гуржин С.Г. и др.

2. «Измерение и корректировка величины магнитной индукции в магнитотерапевтических аппаратах». Гуржин С.Г. и др.

3. «Формирование магнитотерапевтической решетки». Прошин Е.М. и др.

4. «Устройство для локальной магнитотерапии на основе трехкоординатной ячейки излучения». Харламова Н.С.

5. «Особенности выбора диагностических датчиков для оценки состояния пациента, применяемых в магнитотерапевтической практике». Кирьяков О.В., Никитин С.В.

6. «Применение магнитных взаимодействий в медицине и биологии». Гуркин С.Г., Никитин С.В.

Приводим краткий обзор этих работ, которые выполнял общий коллектив авторов и применил в магнитотерапевтической установке «Мультимаг». Акценты и выводы авторов статей обозреватель сохранил без комментариев.

1. Анализ распространенных отечественных и зарубежных методов и технических средств магнитотерапии показал, что в большинстве случаев они оказываются малоэффективными, либо могут привести к обострению заболеваний. Основные проблемы в магнитотерапии, связанные с поиском эффективных методик воздействия и синтезом оптимальной конфигурации магнитного поля, решались в координатах «доза-эффект» без учета других важных соотношений и свойств магнитного поля и состояния организма человека. Авторы впервые в мировой практике разработали научные основы принципиально новых направлений в оценке состояния организма, его хронобиологического взаимодействия со слабым магнитным полем, в построении правил формирования многомерного вектора параметров магнитного воздействия, синхронизированного с биоритмами пациента.

Процедура магнитотерапевтического лечения состоит из нескольких этапов:

- Определяется чувствительность пациента к магнитному полю путем воздействия несколькими «резкими» импульсами и перебором откликов на них, и максимально эффективный тип воздействия.

- С учетом возраста пациента (хроно!), его заболеваний определяется оптимальная конфигурация магнитного поля, вид, изменение от процедуры к процедуре.

- Проводится лечение магнитным полем заданного вида. При этом система комплексной магнитотерапии снабжена дисплейным оборудованием типа виртуального шлема-дисплея и специальным программным обеспечением. Во время сеанса пациент наблюдает за динамикой видеоизображения и сравнивает их с собственными ощущениями. Пациент во время сеанса изменяет параметры магнитного поля, стремясь к наиболее комфортным ощущениям. Этим обеспечивается обратная связь в магнитотерапии.

- Оценка результатов лечения

Изложенный подход реализован в магнитотерапевтической установке «Мультимаг».

2. Для достижения максимального магнитотерапевтического эффекта при лечении конкретных заболеваний необходимо задать определенную конфигурацию магнитного поля, воздействующего на пациента. При лечении пациент практически целиком помещается в секционированный соленоид. Величину поля в каждой секции можно изменять независимо, тем самым изменяя топографию и уровень поля в рабочей области с пациентом. Для измерения магнитного поля использованы датчики на основе гигантского магнитного сопротивления (GMR) с высокой чувствительностью.

3-4. Для эффективности лечения часто требуется создать магнитное поле сложной конфигурации с разными уровнем и направлением поля в разных частях тела пациента при одновременном воздействии. Для этого создана сложная система индукторов на основе трехкоординатной ячейки ортогональных обмоток, позволяющая локально, по зонам пациента, изменять величину и направление вектора магнитной индукции и частоту воздействия.

5. Для оценки состояния пациента во время магнитотерапевтической процедуры применяются критерии, основанные на анализе сердечных сокращений. Это обеспечивает высокую помехоустойчивость и оперативность за счет высокой скорости реакции сердечных сокращений на воздействие магнитным полем.

Для регистрации сердечных сокращений использован вихретоковый индукционный датчик пульса. Его работа основана на взаимодействии электромагнитного поля возбуждающей катушки с полем вихревых токов, наводимых в проводящих тканях организма. Из-за изменения кровенаполнения сосудов происходит вариация проводимости тканей организма и, как следствие, изменяется полное электрическое сопротивления вихретокового датчика. Такой датчик сочетает высокую чувствительность, скорость работы и помехоустойчивость.

Это удалось сделать в магнитотерапевтической установке «Мультимаг». В настоящее время хрономагнитотерапевтическая система «Мультимаг» используется во многих ведущих клиниках Москвы и Подмосковья, а также более чем в 30 региональных клиниках.

6. Рассмотрены некоторые применения магнитных явлений в медико-биологической практике.

- Контроль физической активности пациентов. Для оценки состояния здоровья людей с ограниченной подвижностью важна информация об их физической активности. Прибор контроля активности закрепляется на пациенте. Определение движения производится магниточувствительным трехкоординатным датчиком на GMR, измеряющим индукцию магнитного поля Земли. Сигналы с датчика по беспроводному каналу передаются на удаленный центр сбора информации. По взаимному изменению составляющих вектора геомагнитной индукции можно определить положение пациента (стоит, сидит или лежит), передвижение, падение. Использование такой системы позволяет своевременно оказать помощь пациенту в случае его падения.

- Регистрация нервных импульсов. Основным распространенным методом физического контроля активности мозга сейчас является электроэнцефалограмма (ЭЭГ). Потенциалы ЭЭГ слабо отражают электрические процессы в мозге, т.к. мозг окружен тремя слоями тканей – спинномозговой жидкостью, костью черепа и кожей скальпа. Использование датчиков на GMR позволило создать недорогой портативный магнитоэнцефалограф. В перспективе можно будет регистрировать магнитокардиограммы, магнитомиограммы, магнитоокулограммы, характеризующие работу сердца, скелетных мышц и глаз.

- Гипертермия злокачественных образований. При температуре свыше 42 °C в течение часа опухолевые клетки человека погибают, а здоровые нет. Этот метод широко применяется в СВЧ гипертермии. Для этого в опухоль вводят взвесь ферромагнитных частиц и воздействуют на нее СВЧ излучением. За счет потерь в ферромагнетике частицы нагреваются. При этом нагрев происходит неравномерно по объему и не обеспечивается прогрев до требуемых 42 °C всего объема опухоли. Устранить недостатки можно, если вводить ферромагнитные частицы с температурой Кюри ~ 42 °C (сплав Fe и Ni). При этом отпадает необходимость контролировать температуру различных участков нагреваемой области, так как температура автоматически установится на уровне температуры Кюри. Если какой-нибудь участок уже нагрелся до точки Кюри, то он «выключится» из процесса нагрева, тогда как другие менее нагретые участки будут эффективно поглощать энергию.


материалы подготовил технический директор

ООО «Полимагнит», к. т. н. М.М. Надеев


Зарубежные сайты и журналы!


Магнитные суператомы


Designer magnetic superatoms. J. Ulises Reveles et al. Nature Chemistry 1, 310 - 315 (2009), Published online: 14 June 2009.

Американские ученые (Virginia Commonwealth University) создали «магнитный суператом» - устойчивый кластер атомов, который может играть роль разных элементов периодической системы.

Кластер состоит из ванадия и восьми атомов цезия, которые действуют как крошечный магнит, имитирующий магнитные свойства атома марганца. Профессор Шив Ханна (Shiv N. Khanna, VCU Department of Physics) с американскими и индийскими коллегами исследовал электронные и магнитные свойства кластеров с одним атомом ванадия и несколькими атомами цезия. Кластер приобретает невероятную стабильность при использовании восьми атомов цезия благодаря заполненной внешней электронной оболочке. Ханна уже несколько лет занимается разработкой кластеров из различных элементов, имеющих электронную структуру и химические свойства как у элементов периодической системы, например, галогенов или щелочноземельных металлов.

Ученый отмечает, что новый кластер имеет магнитный момент пять магнетонов Бора, что более чем в два раза превышает магнитный момент атома железа в объемном состоянии. Величина магнитного момента и строение кластера напоминает таковые у атома марганца, поэтому может имитировать его магнитные свойства. Цезий — хороший проводник электричества и, следовательно, суператом объединяет преимущества магнитных характеристик и проводимости. Созданная комбинация может привести к значительному развитию в области «молекулярной электроники». Такие молекулярные приборы помогут создать энергонезависимую память, компактные высокоскоростные процессоры, объясняет Ханна. Комбинируя золото и марганец, можно получить другие атомы, которые, например, имеют магнитный момент, но не проводят электричества. Такие суператомы можно использовать в биомедицине, например, для доставки лекарства в нужное место в организме.

http://www.news.vcu.edu/news.aspx?v=detail&nid=2959


Магнитное поле меняет цвет полимера


Magnetochromatic Microspheres: Rotating Photonic Crystals. Jianping Ge et al. J. Am. Chem. Soc., Article ASAP, DOI: 10.1021/ja903626h, June 15, 2009.

Ученые из Калифорнийского университета в Риверсайде (США) и Сеульского государственного университета (Южная Корея) изготовили полимерные шарики, которые мгновенно и обратимо изменяют цвет под влиянием магнитного поля. Эти «магнитохроматические микросферы» обладают хорошей структурной устойчивостью. С помощью магнитного поля ими можно управлять в разных дисперсных средах, они совместимы с алкоголем, водой, гексаном и даже полимерными растворами.  

При мгновенном изменении цвета у микросфер не изменяется ни структура, ни внутренние свойства. Изменяется только магнитное поле, которое влияет на ориентацию таких, по сути, коллоидных фотонных кристаллов. Впервые мы получили устойчивый, меняющий цвет фотонный материал, который можно изготавливать в промышленном масштабе, рассказывает руководитель исследований Ядон Инь (Yadong Yin), который давно работает с фотонными кристаллами, изменяющими цвет в магнитное поле.  

Чтобы получить микросферы, ученые смешали суперпарамагнитные частицы оксида железа Fe3O4 с жидким полимером, который застывает под влиянием ультрафиолета. В минеральном масле смесь превращается в микросферы, которые под влиянием магнитного поля можно выстроить в нужном порядке. При ультрафиолетовом освещении происходит полимеризация материала, и получаются твердые микросферы с устойчивым магнитным порядком.

Изменять цвет материала помогает внешнее магнитное поле, ученые назвали его «структурным цветом», так как он меняется за счет оптических свойств. Магнитное поле меняет ориентацию созданной из микросфер решетки, которая пропускает свет с определенной длиной волны, связанной с периодом структуры самой решетки. Такие цвета на крыльях бабочек и у птичьих перьев.

«Обычные методы создания перестраиваемого структурного цвета основаны на изменении периодичности порядка или показателя преломления материала. У нас цвет меняется при изменении относительной ориентации периодического порядка микросфер во внешнем магнитном поле», - говорит Инь. Область применения магнитных микросфер широка – дисплеи и постеры со сменными надписями, электронная бумага и ярлыки, цветные чернила для принтеров, пигменты для красок и косметики, а также другие активируемые магнитным полем структуры.

http://newsroom.ucr.edu/news_item.html?action=page&id=2124


Бактерии, берегитесь: магнитные наночастицы!


Ученые из Университета Брауна (США) создали наночастицы, которые могут проникать в пленку, создаваемую бактериями на имплантатах, и уничтожать их колонии. Это первое подобное исследование опубликовано в журнале «International Journal of Nanomedicine».

Staphylococcus epidermidis – бактерия-приспособленец, которая хорошо чувствует себя на коже человека, обычно не принося большого вреда. Но в больницах это главная причина инфекций. Попадая в организм человека, бактерия размножается на поверхности имплантата и образует пленку для защиты колонии от антибиотиков. Согласно исследованиям журнала «Clinical Infectious Diseases», до 2.5 процентов имплантатов в суставах ног в США инфицированы. Но эффективного противоядия пока нет. Чтобы избавиться от бактерий, приходится извлекать имплантаты. Томас Уэбстер (Thomas Webster), биохимик из Брауновского университета вместе с коллегами создал «охотников» за бактериями наноразмера, которые находят имплантат, проникают сквозь защитную пленку s. epidermidis’s и убивают бактерий.

Это суперпарамагнитные наночастицы с диаметром около восьми нанометров из оксида железа, движением которых можно управлять с помощью магнитного поля, а следить за ними - с помощью изображений магнитного резонанса (MRI). Прежние эксперименты показали, что железо, вероятно, даже приводит к гибели s. epidermidis, хотя ученые еще не знают, почему. (По мнению Уэбстера, в клетках бактерий оказывается избыток железа.) Как только наночастицы прибывают к имплантату, они пробивают защитный экран бактерий. Ученые подозревают, что из-за воздействия магнетизма. Авторы помещали магнит под имплантатом с сильным магнитным полем, чтобы наночастицы могли проникнуть сквозь бактериальную пленку. Частицы просачиваются благодаря маленькому размеру в бактериальные клетки. Частицы микронного размера – в тысячу раз больше наночастиц – не смогут проникнуть сквозь стенки клеток бактерий.

Уэбстер показал, что за 48 часов после инъекции 10 микрограммов наночастиц на имплантате уничтожают до 28 процентов бактерий, а повторные инъекции (три раза за шесть дней) приводят к полному уничтожению пленки и бактерий.  

Есть еще одно преимущество использования магнитных наночастиц – они способствуют росту клеток кости на поверхности имплантата, хотя эти наблюдения нуждаются в дальнейшей проверке.

Авторы планируют проверить наночастицы оксида железа на других бактериях и оценить результаты лечения зараженных имплантатов на животных.

http://news.brown.edu/pressreleases/2009/06/biotechnology

Уплотнить магнитную память в тысячу раз?


"Co dimers on hexagonal carbon rings proposed as subnanometer magnetic storage bits", Ruijuan Xiao et al. (http://arxiv.org/abs/0906.4645v1)

Немецкие ученые из Института Лейбница твердого тела в Дрездене предлагают новый способ увеличения емкости магнитной памяти, уменьшения ее размеров и продления работу. Они предлагают использовать материалы с высоким значением энергии магнитной анизотропии (MAE) - одной из наиболее важных свойств магнита. Значение MAE определяет расположение атомных спинов, то есть, и все основные магнитные характеристики материала. Чем больше значение MAE, тем более стабилен магнит.
Жуйцзюань Сяо (Ruijuan Xiao) с коллегами показали, что в системах из переходных металлов и углерода плотность магнитной записи может превышать на три порядка емкость современных жестких дисков. С помощью сложных вычислений они показали, что для этого подходят системы из кобальтовых димеров (две простые связанные молекулы кобальта), соединенные с бензолом диаметром 0.5 нанометра. (Величина МАЕ у такой системы около 0.1 эВ на молекулу, этого достаточно, чтобы надолго сохранить один бит информации при температуре значительно больше, чем 4 K.) Похожие результаты получаются, если димеры кобальта осадить на графене или на графите. При этом размеры магнитных зерен кобальта, которые поддерживают плотно упакованную гексагональную структуру,  можно уменьшить - от 50 тысяч атомов до 15 тысяч атомов. Такие субнанометровые биты информации можно записывать, одновременно используя небольшое магнитное и сильное электрическое поле.

Уменьшение кобальтовых зерен (до 0.5 нанометров) по сравнению с современными (8 нанометров) позволит увеличить плотность записи и уменьшить размеры магнитной памяти. Пока работу немецких исследователей можно увидеть только на бумаге. Создание прототипов новой памяти откроет невероятные возможности для современных компьютеров.  

http://www.physorg.com/news166180590.html
http://www.technologyreview.com/blog/arxiv/23773/


Магнитный клапан


Кристиан Баль (Christian Bahl) и Дэн Эриксен (Dan Eriksen) из Дании (Risø DTU) разработали клапан с тремя выходами, который управляет потоком жидкости. Кристиан Баль – специалист по магнитному охлаждению, эффективному способу охлаждения, использующему магнитные свойства материала, который позволяет существенно сократить потребление электричества. При температуре Кюри происходит фазовый переход второго рода, когда меняются магнитные свойства материалов. Это вдохновило ученых на создание клапана, управляемого магнитными силами.  

У себя дома вы можете использовать такие клапаны, связанные с горячей водой в батареях. Он сможет в нужное время прогонять по батареям воду, повышая их температуру, объясняет Дэн Эриксен.

Клапан работает по следующему принципу. Жидкость течет в материале с определенной температурой Кюри. При температуре жидкости ниже этой температуры материал притягивается внешним магнитом. Если температура поднимается, то материал меньше притягивается магнитом и скачком возвращается в прежнее состояние. Это движение активирует клапана. В клапане ученых один вход для жидкости и два выхода. Внутренний механизм закрывает один выход или другой при изменении температуры жидкости, текущей по клапану.
Если в клапане использовать несколько материалов с различными температурами Кюри, то он сможет работать при разных температурах. Новое устройство изготовлено из антикоррозионных материалов и не потребляет энергии. Хотя клапан переключается при определенной температуре, его дизайн можно изменить так, что он будет работать в некотором интервале температур. Ученые ищут партнера для продвижения изделия на рынок.

http://www.risoe.dk/News_archives/News/2009/0724_magnetisk_curie_ventil.aspx


Портативный диагност с магнитными метками


Нанолаб (NanoLab) - миниатюрный прибор, который определяет несколько заболеваний одновременно без участия медицинских работников.

«Мы разработали технологию, которую можно использовать всюду», - говорят авторы. НаноЛаб получил первый приз на конкурсе в США (the IEEE Presidents’ Change the World Competition) как диагностическое средство для развивающихся стран, хотя он пригодится в любой стране. Размером с небольшую книгу, НаноЛаб состоит из электронной схемы и небольшого углубления. Первый шаг – выпустить несколько капель образца крови, слюны или мочи в это углубление. Затем тестер добавляет магнитные метки, чтобы отметить вирус с белком, чтобы их «почувствовал» наносенсор. Каждый крошечный магнитный сенсор похож на считывающую головку в компьютерном жестком диске, который определяет нули и единицы, объясняет Гастер. НаноЛаб использует ту же технологию, только для обнаружения биологической информации. В окончательном растворе содержится белковый раствор с антителами болезни.

Начинается тест, и через 10-15 минут зажигаются крошечные зеленые, оранжевые и красные лампочки, показывающие, какой белок болезни обнаружен и в какой концентрации. Единственное ограничение диагностического прибора в доступности антител, которые использует наша иммунная система, чтобы определять и бороться с вирусом.

Для изготовления НаноЛаб большой стокилограммовый магнит превратили в небольшой сенсор, а настольный лабораторный компьютер в крошечные провода, которые помещаются на ладони. Преимущества прибора не только в малых размерах и в относительной дешевизне, он может сразу определять несколько разных болезней. Диагностические приборы в развивающихся странах обычно определяют один белок – это тесты на беременность. Мы можем исследовать большее количество белков и в меньшей концентрации, объясняет Гастер.

Использование НаноЛаб не требует особенной подготовки, поэтому портативный прибор можно продавать как домашнее диагностическое средство.

http://news.stanford.edu/news/2009/july22/nanolab-diagnostic-tool-072309.html


Расшифрован геном магнитосом


Whole genome sequence of Desulfovibrio magneticus strain RS-1 revealed common gene clusters in magnetotactic bacteria Tadashi Matsunaga, Genome Research, DOI: 10.1101/gr.088906.108.

Японские ученые смогли расшифровать генетический код наноразмерных биологических магнитов, так называемых магнитосом. Их создают бактерии, аккумулируя ионы железа из водного окружения, чтобы ориентировать по магнитному полю Земли в поисках областей в океане, бедных кислородом. Такие гены можно пересаживать в другие организмы, чтобы выращивать магнитные частицы нужного размера.

Тадаши Мацунага (Tadashi Matsunaga) из Токийского университета Сельского хозяйства и технологий в Японии вместе с коллегами открыл основные гены крошечных «магнитных компасов», сравнивая гены известных магнитных бактерий с генами их дальнего сородича Desulfovibrio magneticus штамма RS-1. Недавние молекулярные исследования, в том числе, в протеомике, транскриптомике и геномике значительно улучшили наши представления о механизме образования магнитосом, говорит ученый. Он определил три группы генов, которые, видимо, играют важную роль для создания магнитосом. Основной кластер, под названием «остров магнитосом» содержит девять генов, участвующих в построении магнитных структур. Бактерии изготавливают магнитосомы, заполняя жировые везикулы железом. Затем  железо окисляется, образуя магнетит с ярко выраженными магнитными свойствами. Наконец, из магнетита складываются кристаллы, которые выстраиваются в линию. Из бактерий ученые выделяют магнитные частицы и подсаживают мышам, чтобы улучшить изображения опухолей на MRI-изображениях. Или, например, используют в качестве наномагнитов для проверки биологических молекул, таких как гормон инсулин.

http://www.newscientist.com/article/dn17585-bacteria-make-nanomagnets-for-navigating-the-oceans.html


Лангусты и магнитные карты для роботов


Global indoor self-localization based on the ambient magnetic field. Janne Haverinen and Anssi Kemppainen. Robotics and Autonomous Systems, Article in Press. (DOI: 10.1016/j.robot.2009.07.018).

Способность лангустов ориентироваться по магнитному полю Земли натолкнула ученых на создание робота с уникальным чувством ориентации. Как и лангусты, они будут использовать карты локальных изменений магнитного поля Земли, чтобы находить дорогу. Этот метод даст роботам недорогие навигационные способн