Материаловеды из НИТУ «МИСиС» под руководством профессора, доктора физико-математических наук Ларисы Паниной показали, что микропровода на основе магнитных аморфных металлов могут быть использованы для встраиваемых температурных сенсоров. Импеданс (комплексное сопротивление) таких материалов очень чувствителен к колебаниям температуры, причем его поведение на разных частотах может значительно отличаться. Исследование опубликовано в Journal of Magnetism and Magnetic Materials.
Аморфные металлы — сплавы, получаемые путем очень быстрого охлаждения расплавов металлов. Большая скорость охлаждения не позволяет атомам металла образовывать кристаллические зерна и упорядочиваться, из-за чего подобные материалы сильно отличаются по своим свойствам от обычных сплавов. К примеру, из-за отсутствия выраженной кристаллической структуры, в аморфных сплавах очень мала магнитокристаллическая анизотропия — эффект, который делает некоторые направления намагниченности более предпочтительными. Благодаря этому аморфные металлы — магнитомягкие материалы, легко меняющие направление намагниченности.
Один из материалов, созданных на базе аморфных металлов — металлические провода в стеклянной оболочке. Особенности магнитных свойств в таких микропроводах делают их очень чувствительными к магнитным полям. К примеру, в них возникает эффект гигантского магнитного импеданса — изменение комплексного сопротивления материала высокочастотным токам в присутствии внешних магнитных полей.
Помимо чувствительности к внешним магнитным полям, как показало новое исследование, аморфные микропровода также обладают значительным откликом на изменение температуры. В особенности это касается изменений температур вблизи температуры Кюри сплавов — это такая температура, при которой материал полностью теряет возможность сохранять намагниченность. Оказалось, что небольшие колебания температуры сильно сказываются на величине гигантского магнитного импеданса. Причем, если измерять его при низких частотах тока (до 10 мегагерц), то импеданс начинает расти с приближением к температуре Кюри, а на высоких частотах (300 мегагерц) — наоборот, падать.
Этот эффект был предсказан коллективом сначала теоретически, а затем проверен на практике — для микропровода из аморфного сплава кобальта, железа, никеля, бора и кремния. Измерения импеданса позволяют довольно точно определять температуру в диапазоне от 20 до 100 градусов Цельсия.
Физики предлагают использовать микропровода для встраивания в различные промышленные объекты в качестве датчика температуры. Это поможет диагностировать состояние конструкций и предупреждать аварии. Другим потенциальным применением разработки могут стать медицинские приложения – например, микропровод может служить для оперативной диагностики состояния имплантата.
