Российский фонд
фундаментальных
исследований

Физический факультет
МГУ им. М.В.Ломоносова
 

06.16 Магнитоакустический эффект, осцилляции и резонанс

 

Крохмаль А.А., Сапожников О.А., Кудан Е.В., Цысарь С.А., Хесуани Ю.Д., Парфенов В.А. «Сборка кольцеобразного конструкта из тканевых сфероидов в магнитноакустическом поле» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 51-52 (2019). 106 с.

Нехватка донорских органов является важной проблемой в современной медицине. Перспективным решением является изготовление тканей и органов человека с использованием трехмерной биопечати. В большинстве существующих методов биотехнологии используются каркасы, изготовленные из биоматериалов или наноматериалов. Недавно был предложен инновационный метод биофабрикации, в котором трехмерные тканевые конструкции были изготовлены методом магнитной левитации без различных каркасов в нетоксичной парамагнитной жидкости. В качестве строительных блоков при конструировании тканевых конструктов используются тканевые сфероиды – плотно упакованные сферические агрегаты живых клеток диаметром 0,2 мм. Собранные вместе в магнитную ловушку, тканевые сфероиды контактируют друг с другом и, таким образом, сливаются, образуя трехмерную тканевую конструкцию. Однако магнитная левитация позволяет изготавливать структуры простой формы, тогда как реальные органы содержат полые внутри кровеносные сосуды. Следовательно, желательно формировать тканевые конструкции с некоторыми внутренними каналами. В качестве первого шага в решении этой проблемы в данной работе представлен метод магнитоакустической биофабрикации. Чтобы создать правильную ловушку, мы объединили магнитные и акустические поля. Магнитная система состояла из двух противоположно ориентированных магнитов с пустым пространством между ними. В это пространство был помещен цилиндрический ультразвуковой преобразователь, а внутри пьезокерамического цилиндра был помещен пластиковый контейнер с тканевыми сфероидами. Конструкция была сформирована в области, где гравитация была компенсирована магнитными силами в вертикальном направлении, и из-за магнитного градиента в горизонтальной плоскости сфероиды ткани перемещались навстречу друг другу, поднимаясь над дном контейнера. Пьезоэлектрический преобразователь создавал стоячие цилиндрические ультразвуковые волны. Акустическая радиационная сила действовала от пучности к узлу, вызывая образование кольца из тканевых сфероидов. Удерживание сфероидов в такой ловушке в течение 18–20 часов привело к их слиянию в сплошную живую ткань в форме кольца. Изменение частоты и амплитуды ультразвуковой волны позволило регулировать размер и ширину результирующего тканевого кольца. Ключевые слова: акустическая радиационная сила, акустическая левитация, магнитная левитация, тканевые сфероиды

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 51-52 (2019). 106 с. | Рубрика: 06.16

 

Сарнацкий В.М., Судьенков Ю.В., Шилин В.Д. «Оптико-акустический эффект в магнитострикционных материалах» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 75 (2019). 106 с.

Выявлены особенности в полевой зависимости акустического отклика (амплитуды ультразвуковых колебаний и спектра) при лазерном возбуждении магнитострикционных образцов поликристаллического никеля, монокристаллических пленок железоиттриевого граната и пластин монокристаллов марганец-цинковой шпинели. Исследования проводились при комнатной температуре в внешнем магнитном поле 0–2000 эрстед с различной ориентацией относительно направления вектора напряженности переменного магнитного поля в световой волне с применением лазерного излучения длительностью 1 нс с длиной волны 0,53 мкм и 1,06 мкм. Обсуждаются механизмы обнаруженных эффектов. Ключевые слова: оптоакустика, магнитострикция, ультразвук , магнитное поле

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 75 (2019). 106 с. | Рубрики: 06.16 06.17

 

Ползикова Н.И., Алексеев С.Г., Лузанов В.А., Раевский А.О. «Магнитоупругие волны и спиновая накачка в композитных мультиферроидных структурах» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 90-91 (2019). 106 с.

В композитных структурах, содержащих пьезоэлектрические и ферро(ферри)магнитные слои, спиновые волны (ADSW – acoustically driven spin waves) могут возбуждаться с помощью переменного электрического поля за счет пьезоэффекта и магнитострикции в соответствующих слоях. Поскольку такое электроакустическое возбуждение спиновой динамики не требует приложения переменных магнитных полей и создающих их токов, то устройства на основе ADSW могут работать с низким энергетическим потреблением. В частности, ADSW перспективны для применения в области микроволновой спинтроники для создания акустической спиновой накачки (ASP) – преобразования спинового углового момента ADSW в постоянный спиновый ток на границе с немагнитным металлом. В докладе предполагается проанализировать новые направления, связанные с изучением ADSW в различных структурах и их применения в фононной и магнонной логике, стрейнтронике, микроволновой спинтронике и других областях. Основное внимание будет уделено работам авторов доклада последних лет, посвященным экспериментальным и теоретическим исследованиям ADSW и ASP в гиперзвуковом резонаторе объемных волн, со структурой ZnO-GGG-YIG/Pt. Будут представлены новые результаты по возбуждению и детектированию спиновых волн и спиновых токов, демонстрирующие хорошее соответствие теоретических и экспериментальных частотно-полевых зависимостей резонансных частот резонатора fn(f,H) и величины напряжения UISHE(f,H) обратного спинового эффекта Холла в Pt. Показано, что ADSW в условиях резонатора создает спиновою накачку, которая также носит резонансный характер. Объяснена существенная асимметрия частотной зависимости сигнала напряжения, детектируемого на пленке Pt, относительно частоты магнитоупругого резонанса. Исследовано влияние толщины магнитной пленки на эффективность возбуждения ADSW и величину ASP. Сравнение теоретических и экспериментальных магнитополевых зависимостей резонансных частот, а также теоретических и экспериментальных зависимостей UISHE(f,H) позволяет определить ряд параметров магнитных пленок, таких как эффективная намагниченность, обменная жесткость, константа магнитоупругой связи. Таким образом, резонатор со спинтронной структурой YIG/Pt представляет интерес не только как эффективный источник спинового тока, но и как инструмент исследования магнитных и упругих параметров магнитоупорядоченных пленок и магнитных структур. 1. AIP Advances. 2016. http://dx.doi.org/10.1063/1.4943765 2. AIP Advances. 2018. https://doi.org/10.1063/1.5007685 3. Phys. Solid State, 2018, DOI: 10.1134/S1063783418110252 4. Bull. RAS: Phys., 2017, https://link.springer.com/article/10.3103/S1062873817080251 Ключевые слова: пьезоэлектрик, ферромагнетик, магнитоупругость, акустический резонатор, акустическая спиновая накачка

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 90-91 (2019). 106 с. | Рубрика: 06.16

 

Полунин В.М., Ряполов П.А., Соколов Е.А. «Гидродинамика и акустика газовых включений в магнитной жидкости в поле кольцевого магнита» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 92-93 (2019). 106 с.

Магнитные, акустические и теплофизические явления в магнитожидкостных системах нашли применение при конструировании магнитожидкостных герметизаторах, амортизаторов, чувствительных трехосных акселерометров, плотномеров, ряда других прогрессивных устройств. Этим объясняется интерес к изучению данных эффектов. В последнее время в связи с бурным развитием микрофлюидики появляется все больше работ по динамике магнитных жидкостей в каналах различной формы, находящихся под различными воздействиями внешних физических полей. Однако свойства левитирующей газовой полости, а также магнитные, акустические и теплофизические явления, сопровождающие динамические перемещения газовых полостей и пузырей в МЖ изучены весьма поверхностно, хотя потенциально представляют большой научный и практический интерес. Для проведения экспериментов создана специальная установка с применением системы скоростной видеофиксации результатов эксперимента, а также с регистрацией электромагнитных и акустических возмущений с последующей обработкой. В работе исследована динамика захвата пузырьков магнитной жидкостью в области «магнитного вакуума» кольцевого магнита. Получены данные о влиянии концентрации магнитной жидкости на прочность магнитожидкостных перемычек при воздействии внешнего давления. Эти сведения могут быть полезны для разработки стенда для испытания магнитной жидкости, применяемой в герметизаторах, где жидкости испытывает подобные воздействия. Для детализации механизма образования воздушной полости в области «магнитного вакуума» кольцевого магнита поставлен эксперимент по видеофиксации раздела фаз «газ–магнитная жидкость», заполняющей плоский прозрачный канал. Рассмотрены этапы искривления поверхности МЖ под воздействием неоднородного поля магнита, образования первоначальной воздушной полости из микропузырьков газа. Детально рассмотрены моменты разрыва МЖ и прорыва пузырька в газовую полость внутри жидкости, а также отрыва газового пузырька при придавливании воздушной полости ко дну канала. Для серии образцов магнитной жидкости проведен эксперимент по прессингу воздушной полости, в результате которого отделялись газовые пузырьки. Осуществлялась регистрация электромагнитных и акустических возмущений, возникающих при всплытии немагнитного пузырька в МЖ. По известным выражениям на основе этих данных определены размеры пузырьков, построено распределение пузырьков по размерам. Полученные данные сравниваются с результатами видеофиксации. Сделаны выводы о влиянии физических параметров магнитной жидкости и конфигурации магнитного поля на диаметр получаемых пузырьков. Ключевые слова: магнитная жидкость, взаимодействие полей, многофазные системы, акустомагнитная индикация, неоднородное магнитное поле.

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 92-93 (2019). 106 с. | Рубрика: 06.16

 

Преображенский В.Л., Крутянский Л.М., Tiercelin N., Pernod P. «Магнитоэлектроакустическая динамика в стрейнтронной ячейке памяти с произвольным доступом» Письма в Журнал технической физики, 46, № 1, с. 43-46 (2020)

Стрейнтронный принцип энергонезависимой магнитоэлектрической памяти с произвольным доступом (MELRAM) привлекает к себе внимание благодаря перспективе достижения на его основе ультранизкого энергопотребления в запоминающих устройствах. Механизм переключения магнитных моментов импульсным деформированием упруго связанных магнитной и пьезоэлектрической подсистем сопряжен с возбуждением акустических колебаний в ячейках памяти. Период колебаний в наноразмерных ячейках сопоставим с временем переключения магнитных моментов, что может вносить искажения в процесс записи информации. Исследуется влияние акустических возбуждений на динамику магнитных переключений с помощью численного моделирования применительно к магнитострикционной ячейке размером 50×50×400 nm на пьезоэлектрической подложке PMN-PT <011>. Определены параметры управляющих электрических импульсов, обеспечивающие устойчивое бинарное переключение магнитных состояний системы. Ключевые слова: пьезоэлектрик-магнетик, импульсное деформирование, акустические колебания, переключения намагниченности.

Письма в Журнал технической физики, 46, № 1, с. 43-46 (2020) | Рубрика: 06.16

 

Бурдин Д.А., Чашин Д.В., Экономов Н.А., Фетисов Ю.К. «Параметрическое усиление магнитоакустических колебаний в структуре ферромагнетик-пьезоэлектрик» Письма в Журнал технической физики, 46, № 4, с. 52-54 (2020)

Обнаружено параметрическое усиление магнитоакустических колебаний в дисковом резонаторе, содержащем ферромагнитный слой FeBSiC и пьезоэлектрический слой цирконата-титаната свинца. Колебания с частотой 3.08 kHz возбуждались и регистрировались с помощью двух катушек с ортогональными осями. Накачка проводилась электрическим полем с удвоенной частотой, приложенным к пьезоэлектрическому слою. Усиление колебаний возникает за счет изменения жесткости структуры под действием электрического поля. Показано, что коэффициент усиления можно изменять с помощью постоянного магнитного поля, приложенного к структуре.

Письма в Журнал технической физики, 46, № 4, с. 52-54 (2020) | Рубрика: 06.16

 

Круковский А.Ю., Гасилов В.А., Повещенко Ю.А., Шарова Ю.С., Клочкова Л.В. «Реализация полностью консервативной лагранжево-эйлеровой схемы для двумерных задач магнитной газодинамики» Математическое моделирование, 32, № 1, с. 50-70 (2020)

Рассматривается алгоритм численного решения уравнений магнитной газодинамики (МГД), аппроксимированных полностью консервативной лагранжево-эйлеровой разностной схемой. Полная система уравнений динамики высокотемпературной среды решается с учетом кондуктивного (электронного, ионного) и лучистого переноса тепла. Этап расчета, относящийся к вычислениям на лагранжевой подвижной сетке, реализуется на основе неявных аппроксимаций. Соответствующие разностные уравнения решаются итерационным методом с последовательным учетом физических процессов. Получены оценки сходимости для различных комбинаций разностных уравнений, сгруппированных соответственно физическим процессам. Справедливость полученных оценок подтверждена в вычислительных экспериментах с модельными и прикладными задачами.

Математическое моделирование, 32, № 1, с. 50-70 (2020) | Рубрики: 04.01 06.16