Ruski naučnici stvaraju skenirajući magnetni mikroskop na osnovu Magnetoimpedance senzora

Istraživači sa Nacionalnog univerziteta za nauku i tehnologiju MISIS kreirali su laboratorijski model skenirajućeg magnetnog mikroskopa zasnovanog na novom magnetnom senzoru. Prema autorima studije, uređaj će pomoći da se vide slike magnetnih polja proučavanih objekata.

Rezultati studije objavljeni su u časopisu Magnetizam i magnetni materijali.

Prvi magnetni sistemi za skeniranje nastali su prije više od 30 godina. Ovi uređaji se koriste u nerazornom magnetnom ispitivanju za otkrivanje oštećenja materijala i konstrukcija, kao i u biomedicinskim aplikacijama za mjerenje slabih magnetnih polja bioloških objekata.

Skenirajući magnetni sistemi mogu se podijeliti u dvije vrste: skenirajući magnetometri, koji pomažu razlikovati karakteristike “reljefa” magnetnih polja od centimetra do nekoliko milimetara i skenirajući magnetni mikroskopi, koji omogućavaju razlikovanje magnetnih karakteristika manjih od milimetra do nekoliko mikrometara.

Osjetljivost magnetnog polja i prostorna magnetna rezolucija u ovim uređajima mjere se magnetnim senzorom. Obični skenirajući magnetni sistemi koriste Hallove senzore koji mjere magnetna polja do jednog mikroTesla (10-6 T) ili SQUID, superprovodljivi senzori kvantne interferencije koji mjere veoma slaba magnetna polja do nekoliko femtoTesla (10-15 T). Novi veoma osjetljivi magnet-otpor (magnetoimpedance) senzori pojavili su se nedavno.

“Magnetoimpedance senzor je mali dio(~ 4 mm) amorfne feromagnetne mikrotalasne mikro žice prečnika 10-20 mikrona (novi magnetni materijal sa jedinstvenim mekim magnetnim i mehaničkim svojstvima) sa minijaturnom zavojnicom na sebi. Rad senzora je zasnovan na gigantskom efektu magnetnog otpora (GMI efekat), koji uključuje promjenu otpora mikrotalasa na visokoj frekvenciji kada je izložen spoljnom magnetnom polju. Pošto je vrh feromagnetnog mikrotalasnog mikrona mikronski, takav senzor omogućava mjerenje magnetnih karakteristika sa prostornim rezolucija desetine mikrometra sa osjetljivošću na magnetno polje čak nekoliko nanoTesla (10-9 T)”, rekao je Sergej Gudošnikov, vodeći istraživač NUST MISIS.

Kod skenirajućeg magnetnog mikroskopa razvijenog u NUST MISIS, dizajn mehaničkog dijela je sličan dizajnu standardnog 3D štampača, ali on koristi novi magnetni GMI senzor umjesto ekstrudera. Kada mjeri, GMI senzor se kreće po površini objekta u određenim intervalima, mjereći lokalne parametre vertikalne komponente magnetnog polja.

Zatim se pomoću računara stvara magnetno polje proučavanog objekta pomoću ovih podataka. Što je manja veličina senzora koji se koristi i što je bliže površini objekta, to će više magnetnih karakteristika biti na magnetnoj slici, objasnio je Gudošnikov.

Prema istraživačima, prostorna rezolucija razvijenog skenirajućeg mikroskopa je dostigla 200 mikrona, a osjetljivost magnetnog polja 10 nanoTesla.

Pomoću ovog mikroskopa naučnici su uspjeli da dobiju slike magnetnih polja elektrodinamičkih struktura, segmenata magnetnih mikrožica i objekata koji sadrže magnetne nanočestice.

Stručnjaci su istakli da će magnetni mikroskop privući pažnju potencijalnih korisnika u Rusiji i u inostranstvu zbog njegovih novih kvaliteta: neinvazivnost (mali efekat na proučavani predmet), velika prostorna rezolucija u kombinaciji sa dobrom magnetnom osjetljivošću, jednostavnost dizajna, i mogućnost izgradnje mjernih sistema za višekanalno skeniranje.

U budućnosti, istraživači planiraju da povećaju prostornu rezoluciju skenirajućeg magnetnog mikroskopa na 20 mikrometara, što će omogućiti sprovođenje detaljnih studija slabih magnetnih polja tankoslojnih magnetnih mikrostruktura, sastava magnetnih nanočestica i bioloških objekata.