Mīkstu magnētisko materiālu funkcionālo iespēju eksperimentālie pētījumi

A. Cēbers

Atskaites periodā tika turpināta eksperimentālās bāzes attīstīšana mīkstu magnētisku materiālu pētījumiem. Viens no uzdevumiem, kuru paredzēts veikt tuvākajā laikā periodā, ir izmērīt magnētiska mikrodzinēja attīstīto jaudu ar lāzerpincetes palīdzību. Šim nolūkam tika veikta lāzerpincetes kalibrēšana, izmantojot koloidālas daļiņas izkliedētās gaismas reģistrāciju ar kvadrantdiodes palīdzību. Kalibrēšanas metode balstās uz Brauna daļiņas fluktuāciju spektra mērījumiem. Izmantojot sakarību

 

               (1)

 

var novērtēt jūtību un lāzerpincetes stinguma koeficientu , ja daļiņas hidrodinamiskas pretestības koeficientu uzskatām par zināmu. Dotajā gadījumā tā aprēķināšanai tika izmantota Stoksa formula  1.9 µm lielai koloidālai daļiņai ūdenī. Aproksimējot iegūtos datus ar sakarību (1) lāzerpincetes jūtībai iegūts 2.4 V/µm un tās stinguma koeficientam 11 pN/µm. Šāda iekārtas jūtība liecina, ka ir reāli spēka mērījumi ar kārtu 10–15 pN. Tā kā šādas spēka vērtības, saskaņā ar agrāk izdarītajiem teorētiskajiem novērtējumiem, ir sagaidāmas magnētisko stīgu pašdzenošas kustības gadījumā, tad iegūtie rezultāti liecina, ka to mērījumi ar mūsu rīcībā esošās lāzerpincetes palīdzību ir reāli.

Atskaites periodā, izmantojot lielāka garuma DNS fragmentus un komerciāli pieejamās 4 µm lielas feromagnētiskas daļiņas, izdevās iegūt principiāli jauna tipa lokanas stīgas – elastīgas feromagnētiskas stīgas. Uzsākti šo stīgu pētījumi un eksperimentāli parādīti agrāk teorētiski paredzētie efekti – feromagnētiskas stīgas orientācija perpendikulāri mainīgam magnētiskam laukam, raksturīgās „U” un „S” veida konfigurācijas pie magnētiskā lauka inversijas. Par šiem rezultātiem tiks sagatavota publikācija.

Atskaites periodā tika turpināts darbs pie magnētisku daļiņu koloīdu ūdens vidēs iegūšanas. Iegūto koloīdu magnetizācijas līkne paradīta Zīm. 1, un saskaņā ar veikto granulometrisko analīzi atbilst maghemīta koloīdam ar vidējo daļiņu izmēru 5 nm. Par augstāk minētajiem rezultātiem tika ziņots 11 Starptautiskā magnētisko šķidrumu konferencē, FM&NT konferencē, kā arī ir sagatavots referāts 16. Vispasaules biofizikas kongresam. Iegūtie superparamagnētisku filamentu īpašību pētījumi apkopoti publikācijā.

 


Zīm.1

 

Līdztekus veiktajiem eksperimentāliem pētījumiem dotā projekta ietvaros tika turpināti uz perspektīvu vērsti teorētiski pētījumi. To rezultātā ir izveidots vērptas feromagnētiskas stīgas modelis un lineāras teorijas ietvaros uz tā bāzes iegūti ļoti interesanti rezultāti: parādīts, ka vērpta feromagnētiska stīga pie lielām vērpes vērtībām izveido struktūras, kuras analogas pērlīšu virknei.

Noskaidrots, ka gadījumā, kad magnētiskais lauks vērts antiparalēli stīgas magnētiskam momentam pie kritiskas magnētiskā lauka intensitātes vērtības, kura atkarīga no stīgas savērpuma, spoguļsimetrijas pazušanas rezultātā veidojas hirāli izomēri, kuri rotē pretējos virzienos. Faktiski ir teorētiski parādīts, ka vērptas feromagnētiskas stīgas var kalpot kā hirālas mikromašīnas. Par dotajiem jautājumiem sagatavota publikācija Phys. Rev. Lett. Lai arī dotās publikācijas liktenis pagaidām vēl nav skaidrs, var nešaubīgi apgalvot, ka ir iegūti ļoti interesanti rezultāti, kuri iezīmē plašu pētījumu panorāmu nākotnei. Atstājot pagaidām neapskatītus mehānismus, kuri nosaka hirālās simetrijas pazušanu dzīvajā dabā, un par kuriem dotajā brīdī principiālas skaidrības nav, iegūtie rezultāti rāda, ka nepieciešams izveidot skaitliskus modeļus, lai varētu noskaidrot atrasto efektu īpatnības nelineārā stadijā – stacionārās savērptu stīgu formas, rotējošu stīgu dinamiku u.c. Eksperimentāli doto parādību pētījumi ir tālākas perspektīvas jautājumus, jo tam nolūkam ir nepieciešams izveidot metodiku vērpes momenta radīšanai stīgas galos.