Stručná charakteristika magnetických mikrodrôtov

   Amorfné sklom potiahnuté magnetické mikrodrôty sú nové materiály, ktoré sa intenzívne začali študovať v poslednom desaťročí. Napriek tomu už našli uplatnenie pri výrobe senzorov a v ďalších aplikáciách, kde sa využívajú ich špecifické magnetické vlastnosti.

   Skladajú sa z kovového feromagnetického jadra priemeru 0,6-20 mikrometrov, ktoré je chránené sklom hrúbky 2-20 mikrometrov.Vyrábajú sa tzv. Taylorovou - Ulitovského metódou rýchleho ochladenia taveniny príslušnej kovovej zliatiny za súčasného ťahania. Uvedená metóda umožňuje získať amorfný materiál, ktorého magnetické vlastnosti budú určené predovšetkým magnetoelastickou interakciou (interakcia magnetických momentov feromagnetických atómov s distribúciou mechanických pnutí indukovaných počas výroby, resp. s distribúciou pnutí, ktoré vznikajú v dôsledku rôznej teplotnej rozťažnosti skla a kovového jadra) a tiež tvarovou anizotropiou. Ekonomické hľadisko výroby je vzhľadom na veľmi nízku spotrebu materiálu a jednoduchú technológiu nepodstatné.

   Mikrodrôty sa vyznačujú doménovou štruktúrou, ktorá sa navonok prejavuje bistabilným magnetickým správaním, t.j. perfektne pravouhlou hysteréznou slučkou. Magnetická bistabilita je výsledkom premagnetizačných procesov, ktoré prebiehajú jedným veľkým Barkhausenovým skokom jedinej uzatváracej axiálnej domény. Takýto premagnetizačný proces robí magnetické mikrodrôty ideálnymi materiálmi na štúdium dynamiky doménovej steny a na rad aplikácií najmä v oblasti spintroniky, senzoriky, informačných a pamäťových technológií, ktoré vyžadujú zvýšenie rýchlosti prenosu a kapacity informácií, zvýšenie citlivosti a zníženie energetických strát a geometrických rozmerov. Súčasný výskum hľadá nové možnosti aplikácií magnetických mikrodrôtov vhodného chemického zloženia optimalizáciou ich magnetických vlastností a efektov.

   Doteraz dosiahnuté výsledky v oblasti štúdia dynamiky doménovej steny ukazujú, že v súčasnosti prebiehajúci výskum by mohol značne posunúť hranicu poznatkov v tejto oblasti. Do roku 2003 bola najrýchlejšia doménová stena vo feromagnetikách (1 500 m/s) pozorovaná v magnetických sub-mikrodrôtoch typu Permaloy. Doménová stena v FeCoSiB mikrodrôtoch pozorovaná v roku 2006 dosahovala rýchlosť 1 800 m/s a to v oveľa slabších poliach. Najnovšie štúdie ukazujú, že doménová stena v amorfných sklom potiahnutých mikrodrôtoch môže dosahovať rýchlosti až okolo 20 000 m/s. Príčinou je jednak nízka kladná anizotropia amorfného feromagnetického materiálu, ako aj prítomnosť dvoch na seba kolmých anizotropií v jadre mikrodrôtov (axiálnej pochádzajúcej z pnutí indukovaných počas výroby a radiálnej, pochádzajúcej z rôznych teplotných koeficientov skla a kovového jadra mikrodrôtu). Radiálna doménová štruktúra nachádzajúca sa tesne pod povrchom (ako dôsledok radiálnych pnutí) bráni doménovej stene v interakcii s povrchovými defektmi. Pri teoretickom štúdiu pohybu doménovej steny v mikrodrôtoch a vytvorení jeho matematického modelu sa objavuje určitá univerzálnosť, ktorá môže napomôcť pri riešení problémov netýkajúcich sa len magnetizmu, ale napr. problematiky dynamiky tektonických platní počas zemetrasenia, dynamiky dislokácií pri ich pohybe v kryštáloch s defektmi, alebo cestnej premávky.

   Magnetické mikrodrôty s malou zápornou magnetostrikciou sa vyznačujú veľmi slabou cirkulárnou anizotropiou. Táto je dôležitá pre magnetoimpedančný efekt (Giant Magneto Impedance effect - GMI), čo je veľká zmena impedancie magnetického materiálu po zmene aplikovaného magnetického poľa. Jav GMI v magnetických mikrodrôtoch sa už s úspechom využíva v senzoroch magnetického poľa, senzorov pohybu a akcelerácie, elektrického prúdu, magnetického kódovanie osôb, tovaru a pod. V súčasnosti sa už inštalujú aj do mobilných telefónnych aparátov. Tieto senzory majú až 10-násobne vyššiu citlivosť ako senzory na báze GMR (Giant Magneto Resistance effect), ich rozmery sú však podstatne menšie (mikrometrová škála). Z teoretického hľadiska je jav GMI zaujímavý pri štúdiu vlastností magnetických materiálov metódou impedančnej spektroskopie.

   Tepelným spracovaním materiálu (žíhaním pri rôznych teplotách do 600°C) sa dosiahne uvoľnenie mechanických napätí indukovaných počas výroby mikrodrôtu. Žíhaním za súčasnej aplikácie mechanického napätia, resp. magnetického poľa sa môžu v materiáli indukovať rôzne anizotropie a optimalizovať alebo stabilizovať materiálové parametre určujúce magnetické vlastnosti mikrodrôtov. Merania závislostí kritického poľa od mechanického napätia, frekvencie, teploty a tepelného spracovania umožňujú určiť vplyv anizotropií na potenciál doménovej steny a stanoviť presné podmienky, za akých sa doménová stena odtrhne alebo zachytí na definovaných prirodzených, resp. umelo vytvorených defektoch. Získané výsledky sú priamo aplikovateľné pri príprave rôznych senzorov tlaku a teploty.