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dominio:

1-10 µm(1012-1015

átomos)

dominios magnéticos en un ferromagneto; pequeñas partículas

partícula submicrométrica: (<1012 átomos)

monodominio

>10 µm

Alta relación superficie/volumen

Eje fácil

bulk Cristal >1015 átomos

ferromagneto

Existe una interacción de corto alcance, de origen cuántico, llamada interacción de intercambio, que induce el ordenamiento paralelo de spines y momentos magnéticos.

jiijex ssJE

rr ⋅−= 2

En presencia de un campo magnético externo HHHH cada momento interactúa con los vecinos vía intercambio y con el campo externo vía la interacción Zeeman.

Al spin atómico ssss le corresponde un momento magnético mmmm o µ µ µ µ :

Momento magnético

Bsg µµ rr −=

( ) ∑ ⋅−⋅−=j

jiii ssJHErrrr

20µµ

paramagnetoNo hay interacción entre los momentos magnéticos. En presencia de un campo magnético externo HHHH cada momento sólo experimenta la interacción Zeeman.

HBE iii

rrrr ⋅−=⋅−= µµµ 0

superparamagneto

( )HE pp

rr0µµ ⋅−=

∑=i

atip µµ rr

En el caso más simple: atip Nµµ rr =

A temperaturas altas, en presencia de un campo magnético externo HHHH sólo se observa la interacción Zeeman de la partícula con el campo.

Partículas magnéticas monodominio que no interactúan entre sí. La partícula tiene un momento total igual a la suma vectorial de sus momentos atómicos (supermomento). Poseen anisotropía (eje fácil).

K

µ0 = 4 πE-7 (unidades SI): permeabilidad del vacío

Efecto de la anisotropía y la temperatura en partículas pequeñas

Propiedades magnPropiedades magnééticas de partticas de partíículas culas pequepequeññasas, , monodominiomonodominio, ,

Efecto de la temperatura: régimen superparamagnético

τ = τ0 exp(KV/kT)

barrera de energía

Tiempo de relajación

M

H/T

Langevin

L(x)=coth(x)-1/x

x=µB/kTT > TB kT > KV → τ << τexp → régimen superparamagnetico

(Momento de la partícula)

K

θ

∆EK = KV sen2 θ

τ

θ

Eje fácil (K)

M

energía de

anisotropía (EK)

H

Ma

gn

etiz

aci

ón

Temperatura

M0

TC

Desorden térmico

paraferro

macro

Momento Atómico

MomentosOrdenados

MomentosDesordenados

BULK


ferro

Temperatura

Ma

gn

etiz

aci

ón

TB

Super-para

nanoMomento de Partícula : supermomento

para

bloqueado

Partícula pequeña

interaccionesde partículas

TC

MK

HK

-HK HK

-HK

Temperaturas bajas: régimen

bloqueado

T < TB kT < KV → τ >> τexp → regime bloqueado

τ = τ0 exp(KV/kT)


Magnetic or“magnetotactic”bacteria


Registro magnético

Registro Magnético en el Fondo Oceánico

Deriva continental

Fondo Oceánico

Gilbert Gauss

El fondo marino El fondo marino El fondo marino El fondo marino se separa, la roca se separa, la roca se separa, la roca se separa, la roca muestra franjas muestra franjas muestra franjas muestra franjas magnmagnmagnmagnééééticas ticas ticas ticas simsimsimsiméééétricas tricas tricas tricas alejalejalejalejáááándose de la ndose de la ndose de la ndose de la fallafallafallafalla

El campo magnEl campo magnEl campo magnEl campo magnéééético terrestre, aparentemente generado por el tico terrestre, aparentemente generado por el tico terrestre, aparentemente generado por el tico terrestre, aparentemente generado por el movimiento movimiento movimiento movimiento convectivoconvectivoconvectivoconvectivo del ndel ndel ndel núúúúcleo lcleo lcleo lcleo lííííquido del planeta, cambia de quido del planeta, cambia de quido del planeta, cambia de quido del planeta, cambia de polaridad capolaridad capolaridad capolaridad caóóóóticamente con un perticamente con un perticamente con un perticamente con un perííííodo medio de unos 100,000 aodo medio de unos 100,000 aodo medio de unos 100,000 aodo medio de unos 100,000 añññños. os. os. os.

Vista superior de un Vista superior de un Vista superior de un Vista superior de un patrpatrpatrpatróóóón magnn magnn magnn magnéééético tico tico tico del del del del áááárea de la falla. rea de la falla. rea de la falla. rea de la falla. La polaridad normal La polaridad normal La polaridad normal La polaridad normal estestestestáááá indicada en indicada en indicada en indicada en negro y la inversa negro y la inversa negro y la inversa negro y la inversa por los espacios por los espacios por los espacios por los espacios blancosblancosblancosblancos

Fondo Oceánico

1953 1953 1953 1953 ---- MIT MIT MIT MIT ---- WhirlwindWhirlwindWhirlwindWhirlwind ---- Memoria de NMemoria de NMemoria de NMemoria de Núúúúcleo Magncleo Magncleo Magncleo Magnééééticoticoticotico

Datos

NNNNúúúúcleos de memoria de cleos de memoria de cleos de memoria de cleos de memoria de WhirlwindWhirlwindWhirlwindWhirlwind

Datos

6.25 6.25 6.25 6.25 mmmmmmmm

Datos

CESPI: IBM 1620 16 kB, IBM 360 256 kB

Proyecto Proyecto Proyecto Proyecto WhirlwindWhirlwindWhirlwindWhirlwind1953195319531953----1970197019701970

http://www.sciam.com/2000/0500issue/0500toig.html

How does a Hard-disk work?¿Cómo trabaja un disco duro?

Datos

Registro magnético en disco

Material magnético granular (Co-Pt-Cr).B, Ta, etc. para minimizar la transición entre “dominios” a fin de alcanzar alta densidad de flujo magnético perpendicular a la superficie. El flujo magnético en la superficie del disco rotante es sensado por lacabeza lectora.

[Figura: J. Stöhr, IBM Research Center.]

1 Gb/in2

Cerca del

límite

superparamagnético !!

Datos

τ = τ0 exp(KV/kT)

Los bits de información se graban con la cabeza inductiva. El flujo magnético en la superficie del disco rotante essensado por la cabeza lectora magneto-resistiva.

Datos

http://www.hddtech.co.uk/resource/hard-disk-functionality.htm

Registro magnético en disco

Datos

Discos duros - evoluciónForm factor Width Largest capacity Platters (Max)

5.25″ FH 146 mm 47 GB[22] (1998) 14

5.25″ HH 146 mm 19.3 GB[23] (1998) 4[24]

3.5″ 102 mm 2 TB[25] (2009) 4

2.5″ 69.9 mm 500 GB[26] (2008) 3

1.8″ (CE-ATA/ZIF) 54 mm 250 GB[27] (2008) 3

1.3″ 43 mm 40 GB[28] (2007) 1

1″ (CFII/ZIF/IDE-Flex) 42 mm 20 GB (2006) 1

0.85″ 24 mm 8 GB[29] (2004) 1

As of December 2008 a single 3.5" platter was able to hold 500GB worth of data

httphttphttphttp://://://://en.wikipedia.orgen.wikipedia.orgen.wikipedia.orgen.wikipedia.org////wikiwikiwikiwiki////Hard_disk_drive#cite_noteHard_disk_drive#cite_noteHard_disk_drive#cite_noteHard_disk_drive#cite_note----20202020

http://www.solid-state.com/display_article/236129/5/none/none/DtStr/Hard-Disk-Drives:-Magnetic-head-processing-technology-for-small-form-factor-hard-drive

DatosDiseño nanoscópico de nuevos materiales

para almacenamiento de datos

Nanomagnetos fabricados por (a) electroplateado, (b) evaporación, (c) lift-off. Los objetos de la Fig 1a son nanomagnetos de Ni de 220 nm de alto y 90 nm diametro. Los nanomagnetos de Ni de la Fig. 1b, fueron formados por evaporación y despegue lift-off. La Fig. 1c muestra nanomagnetos elongados de Co con eje magnético fácil en el plano. http://nanoweb.mit.edu/annual-report00/10.html

Imagen topográfica (a) y magnética (b) de los objetos de Ni de la Fig 1a. Círculos oscuros: magnetization apuntando hacia ariba, círculos claros: magnetization hacia abajo. Magnetization “up”puede interpretarse como el binario '1' y Magnetization “down” como el binario ‘0’

http://nanoweb.mit.edu/annual-report00/10.html

Datos

Diseño nanoscópico de nuevos materialespara almacenamiento de datos

materiales magnmateriales magnééticos ticos blandosblandos

χ)(1µ/µ 0 +== HB

∫= HdBWH

vv.

materiales magnmateriales magnééticosticos ultraultra--blandosblandos

µ/µ0 ≥ 105

HC ≤ 1 A/m

MS ≥ 8x105 A/m

MR ≥ 4x105 A/m

TC ≥ 600 K propiedades intrínsecas

propiedades extrínsecas

WH

SM

RM

CH

Alta permeabilidad,

Baja coercitividad, HC = H(M = 0 or B = 0)

bajas pérdidas,

saturation y magnetización remanente altas, MS=M(H→∞); MR=M(H=0)

temperatura de orden alta, TC

alta resistividad, ρρρρ

Importancia de mejorar estas propiedades

ejemplo: transformador; efecto de µµµµ y MS

HBvv

µ=

∫=ΦS

SdBvv

.

dtdNfem /22 Φ−=

iNH 1α=

Φ máximo para µ y consecuentementeBS máximos

Una alta resistividad ρreduce las pérdidas por corrientes Eddy

10% de toda la electricidad

generada se pierde en el

proceso de transmisión y

distribución.

Aproximadamente 80% de

ello podría ahorrarse usando

materiales magnéticos ultra

blandos de nueva generación.

Sólo en USA se disipan

5x10 10 kWh cada año por

pérdidas de núcleo en

transformadores de

distribución


Evolución hacia materiales nanoestructurados y nanocompuestos

aleaciones ferromagnéticas amorfas


Ultra blando,Finemet,

Nanoperm, Hitperm

Transformadores, etc.

evidencias experimentales para el Modelo de Anisotropía Aleatoria



Atom

probe

analysis

Keff ≈≈≈≈ 10 J/m3

TEM

50 50 50 50 nmnmnmnm

LÁMINA PARA BLINDAJE

MAGNÉTICO

TRANSFORMADORES

APLICACIONESAPLICACIONES

ELECTROIMANES


Permeabilidad vs frecuencia

finemet


Permeabilidad vstiempo

finemet


pérdida de potencia vsfrecuencia

finemet


propiedades comparativas a f = 1 kHz

materiales convencionales

materiales amorfos y

nanocristalinos


Finale… e recomendazione…

Los superimanes no son para las heladeras…

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