Ζουμ στο μικρόκοσμο - Φαινόμενα

Ας εξετάσουμε τον τρόπο με τον οποίο κινούνται τα τοιχώματα μαγνητικών περιοχών όταν εφαρμόζεται ένα πεδίο. Αυτή η κίνηση συχνά παρατηρείται ότι είναι αλματώδης και ασυνεχής, παρά ομαλή. Αυτό το φαινόμενο, γνωστό ως φαινόμενο Barkhausen, ανακαλύφθηκε το 1919. Ένα πηνίο ανίχνευσης τυλίγεται σε ένα δείγμα και συνδέεται μέσω ενός ενισχυτή σε ένα μεγάφωνο ή ακουστικά. Στη συνέχεια, το δείγμα υποβάλλεται σε ένα ομαλά αυξανόμενο πεδίο. Ανεξάρτητα από το πόσο ομαλά και συνεχώς αυξάνεται το πεδίο, ακούγεται ένας θόρυβος τριγμού από το ηχείο. Εάν το πηνίο ανίχνευσης είναι συνδεδεμένο με έναν παλμογράφο, αντί για ένα ηχείο, θα παρατηρηθούν ακανόνιστες αιχμές στην καμπύλη τάσης-χρόνου. Αυτές οι αιχμές τάσης είναι γνωστές ως θόρυβος Barkhausen. Η ΗΕΔ (emf) από επαγωγή emf που προκαλείται από το πηνίο ανίχνευσης είναι, ανάλογη με το ρυθμό μεταβολής της ροής μέσω αυτού, ή με το dB/dt. Αλλά ακόμα και όταν το dH/dt είναι σταθερό, και ακόμη και σε εκείνα τα τμήματα της καμπύλης B, H που είναι πρακτικά γραμμικά, η επαγόμενη τάση δεν είναι σταθερή με το χρόνο, αλλά εμφανίζει πολλές ασυνέχειες. Το φαινόμενο είναι ισχυρότερο στο πιο απότομο τμήμα της καμπύλης μαγνήτισης και αποτελεί ένδειξη για ξαφνικές, ασυνεχείς μεταβολές της μαγνήτισης.

Το φαινόμενο Barkhausen αρχικά θεωρήθηκε ότι οφείλεται σε απότομες περιστροφές του διανύσματος M_s από τον ένα προσανατολισμό στον άλλο σε διαφορετικές μικρές περιοχές του δείγματος. Είναι γνωστό ότι οφείλεται κυρίως σε τοιχώματα που κάνουν ξαφνικά άλματα από τη μία θέση στην άλλη. Σε κάθε περίπτωση, το φαινόμενο Barkhausen είναι απόδειξη για την ύπαρξη μαγνητικών περιοχών και ήταν η πρώτη απόδειξη που υποστήριξε την υπόθεση του Weiss 13 χρόνια νωρίτερα. Σε μια κλασική εργασία που δημοσιεύθηκε το 1949, οι H. J. Williams και W. Shockley ανέφεραν άμεσες οπτικές ενδείξεις απότομες κινήσεις τοιχωμάτων περιοχών. Έκαναν ένα μονοκρύσταλλο Fe + 3,8% Si με τη μορφή ενός κοίλου ορθογωνίου με κάθε πλευρά παράλληλη προς μια εύκολη κατεύθυνση της μορφής <100> και όλες τις έδρες παράλληλες με {100}.

Οι διαστάσεις ήταν 19 x 13 mm και κάθε πλευρά είχε πλάτος 1 mm και πάχος 0,7 mm. Εξετάστηκε ολόκληρη η επιφάνεια του κατεργασμένου κρυστάλλου με την τεχνική Bitter και βρέθηκε η ιδιαίτερα απλή διάταξη των μαγνητικών περιοχών. Αυτό δείχνει την κατάσταση απομαγνήτισης και ο κρύσταλλος περιέχει μόνο οκτώ περιοχές. Τα τοιχώματα του μαγνητικών περιοχών, που εμφανίζονται ως διακεκομμένες γραμμές, παρατηρήθηκαν στην άλλη πλευρά,  από την κάθετη στον κρύσταλλο στο επίπεδο της εικόνας. Μια περιέλιξη πηνίου τυλίχθηκε στο ένα σκέλος και ένα πηνίο μέτρησης ροής στο αντίθετο σκέλος του δείγματος, σημειωμένα στο σχήμα ως πηνία Η και Β, αντίστοιχα. Όταν το πεδίο H που εφαρμόστηκε ήταν δεξιόστροφο, το τοίχωμα μαγνητικής περιοχής σε κάθε σκέλος κινήθηκε προς τα έξω μέχρι να φτάσει στην άκρη του δείγματος στην κατάσταση κόρου, όπου κάθε σκέλος του κρυστάλλου ήταν μια μαγνητική περιοχή. Ενώ το τοίχωμα ΑΒ, για παράδειγμα, κινείται, μπορεί να παρατηρηθεί με ένα μικροσκόπιο εστιασμένο στο άνω σκέλος.

Πηγή κειμένου: Introduction to Magnetic Materials (2nd Edition),  B. D. Cullity, C. D. Graham, Wiley-IEEE Press, 2008.

Εκτός από ειδικές περιπτώσεις, η μαγνήτιση σε λεπτά υμένια βρίσκεται στο επίπεδο του υμενίου, επειδή ένα τεράστιο πεδίο απομαγνήτισης θα εμφανιζόταν κάθετα στο επίπεδο του υμενίου αν η  M_s στρέφονταν προς αυτή την κατεύθυνση. Οι μαγνητικές περιοχές στο υμένιο εκτείνονται πλήρως σε όλο το πάχος του και τα τοιχώματα μεταξύ των περιοχών είναι κυρίως του είδους 180^o, κατά προσέγγιση παράλληλα με τον άξονα εύκολης μαγνήτισης του υμενίου.

Ωστόσο, δύο νέα είδη τοιχωμάτων μαγνητικών περιοχών μπορούν να εμφανιστούν σε λεπτά υμένια. Το πρώτο είναι το τοίχωμα Néel, που προτάθηκε για πρώτη φορά για θεωρητικούς λόγους από τον Néel. Τα συνήθη τοιχώματα μαγνητικών περιοχών που εμφανίζονται στα συμπαγή υλικά, μπορούν επίσης να υπάρχουν και σε λεπτά υμένια. Καλούνται τοιχώματα Bloch για να διακρίνονται από τα τοιχώματα Néel.

Δεν είναι αναμενόμενο ένα πολυκρυσταλλικό δείγμα να είναι μιας μαγνητικής περιοχής σε μηδενικό πεδίο. Κανονικά διαιρείται  σε περιοχές ς διατεταγμένους σύμφωνα με την κατεύθυνση του εύκολου άξονα σε κάθε κόκκο. Ένα λεπτό υμένιο από 80 permalloy, ωστόσο, αν κορεστεί προς την εύκολη κατεύθυνση, μπορεί να παραμείνει ως μίας μαγνητικής περιοχής μετά την αφαίρεση του πεδίου κορεσμού. Ο λόγος είναι ότι το πεδίο απομαγνήτισης στο επίπεδο του υμενίου είναι σχεδόν μηδέν, επειδή το υμένιο είναι τόσο λεπτό. Επιπλέον, το μέγεθος των κόκκων είναι πολύ μικρό. Αν κάθε κόκκος γινόταν μαγνητική περιοχή, θα σχηματιζόταν μεγάλος αριθμός ελεύθερων πόλων στα όρια των κόκκων και η μαγνητοστατική ενέργεια θα ήταν υψηλή.

Πηγή κειμένου: Introduction to Magnetic Materials (2nd Edition),  B. D. Cullity, C. D. Graham, Wiley-IEEE Press, 2008.

Η θεωρία αγκύρωσης των τοιχωμάτων περιοχών προτάθηκε από τον Kersten. Υπέθεσε ότι τα τοιχώματα των μαγνητικών περιοχών σε δύο διαστάσεις στο εσωτερικό του στερεού και η ενέργεια των τοιχωμάτων μειώνεται όταν διαπερνούν από εγκλείσματα. Ως εγκλείσματα μπορεί να έχουν πολλές μορφές, όπως δευτερεύουσας φάσης αδιάλυτο υλικό, το οποίο εμφανίζεται εάν έχει ξεπεραστεί το όριο διαλυτότητας, μπορεί να είναι οξείδια ή καρβίδια ή μπορεί να είναι πόροι, κενά, ατέλειες ή άλλες μηχανικές ανομοιογένειες. Γνωστά παραδείγματα μαγνητικών εγκλεισμάτων είναι σωματίδια σεμεντίτη (Fe₃C) σε σίδηρο και χάλυβες. Ο Néel επέκρινε την υπόθεση της επίπεδης κίνησης του τοιχώματος και έδειξε περαιτέρω ότι η ερμηνεία του Kersten αγνόησε το γεγονός ότι οι μαγνητικοί ελεύθεροι πόλοι που σχετίζονται με ένα ελάττωμα όπως ένα κενό ή ατέλεια θα ήταν μια μεγαλύτερη πηγή ενέργειας.

Οι Hilzinger και Kronmuller έδειξαν ότι οι υψηλές τιμές συνεκτικού πεδίου μπορούν να επιτευχθούν με (α) αγκύρωση των τοιχωμάτων των μαγνητικών περιοχών σε ατέλειες και (β) εξάλειψη των τοιχωμάτων των μαγνητικών περιοχών με τη χρήση σωματιδίων μονοπεριοχής. Για τα υλικά πολλαπλών μαγνητικών περιοχών ο πρώτος μηχανισμός είναι ο πιο σημαντικός και είναι γνωστό ότι σε πολλά υλικά ο πιο σημαντικός μηχανισμός για την αγκύρωση είναι η αλληλεπίδραση μεταξύ ατελειών και τοιχωμάτων μαγνητικών περιοχών. Ωστόσο, στο SmCo_s οι σημειακές ατέλειες οι πιο σημαντικές θέσεις αγκύρωσης επειδή τα τοιχώματα μαγνητικών περιοχών σε αυτό το υλικό είναι τόσο λεπτοί, που συνήθως έχουν πλάτος 30 Å.

Πηγή κειμένου: Introduction to Magnetism and Magnetic Materials (1nd edition), David Jiles, Chapman & Hall/CRC, 1991.

Η μαγνητοακουστική εκπομπή, επίσης γνωστή μερικές φορές ως ακουστικό φαινόμενο Barkhausen, αποτελείται από παλμούς χαμηλού επιπέδου ακουστικής ενέργειας που παράγονται από ξαφνικές ασυνεχείς αλλαγές στη μαγνήτιση λόγω εντοπισμένων τάσεων ή μαγνητοσυστολής. Μπορούν να ανιχνευθούν από έναν υπερηχητικό αισθητήρα ευρείας ζώνης. Προκαλούνται από μικροσκοπικούς μαγνητοσυστικούς παλμούς καθώς τα τοιχώματα των μαγνητικών περιοχών κινούνται ενώ σε μη μαγνητοσυστολικά υλικά όπως το Fe-20% Ni είναι σχεδόν ανύπαρκτα. Επομένως, το φαινόμενο εξαρτάται τόσο από τις ξαφνικές ασυνεχείς διαδικασίες των μαγνητικών περιοχών όσο και από τη μαγνητοσυστολή.

Η μαγνητοακουστική εκπομπή παρατηρήθηκε για πρώτη φορά από τον Lord. Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκαν έρευνες από τους Ono, Shibata και άλλους. Επειδή το φαινόμενο εξαρτάται από τη μαγνητοσυστολή, δεν μπορεί να παραχθεί από κίνηση τοιχωμάτων μαγνητικών περιοχών κατά 180^ο ή περιστροφή τοιχωμάτων μαγνητικών περιοχών, καθώς αυτά δεν περιλαμβάνουν καμία μεταβολή στη μαγνητοσυστολή. Αυτά τα όρια μαγνητικών περιοχών 180^ο υπάρχουν μεταξύ γειτονικών μαγνητικών περιοχών στις οποίες τα διανύσματα μαγνήτισης δείχνουν σε ακριβώς αντίθετες κατευθύνσεις. Η σχετική πυκνότητα των τοιχωμάτων 180^ο και των όχι 180° επηρεάζεται από την εφαρμογή μονοαξονικής τάσης.

Ως εκ τούτου, η μέθοδος έχει προταθεί ως μέσο ανίχνευσης της τάσης σε σιδηρομαγνητικά υλικά.

Πηγή κειμένου: Introduction to Magnetism and Magnetic Materials (1nd edition), David Jiles, Chapman & Hall/CRC, 1991.

Οι αλλαγές στη μικροδομή, με τη μορφή πρόσθετων μαγνητικών προσμείξεων, όπως σωματίδια δεύτερης φάσης με διαφορετικές μαγνητικές ιδιότητες από εκείνες του υλικού μήτρας, προκαλούν αλλαγές στις ιδιότητες υστέρησης εισάγοντας περισσότερες θέσεις αγκύρωσης που εμποδίζουν την κίνηση των τοιχωμάτων μαγνητικών περιοχών οδηγώντας σε αυξημένο συνεκτικό πεδίο και απώλεια υστέρησης. Το ίδιο ισχύει και για τις δομικές ατέλειες όταν η πυκνότητα τους αυξάνεται με πλαστική παραμόρφωση, είτε σε τάση είτε σε συμπίεση.

Έτσι, για παράδειγμα, η προσθήκη άνθρακα με τη μορφή σωματιδίων καρβιδίου σιδήρου αυξάνει το συνεκτικό πεδίο και την απώλεια υστέρησης. Η ψυχρή κατεργασία του υλικού έχει ανάλογο αποτέλεσμα. Η επίδραση αυτών των θέσεων αγκύρωσης εκφράζεται μέσω του συντελεστή k στη θεωρία της σιδηρομαγνητικής υστέρησης. Σαφώς καθώς ο αριθμός τους αυξάνεται, ο k θα αυξηθεί αναλογικά και αυτό έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση του συνεκτικού πεδίου H_c. Στην προσέγγιση χαμηλού πεδίου το συνεκτικό πεδίο είναι H_c = k και κατά συνέπεια είναι ανάλογο με το γινόμενο του πληθυσμού και της μέσης ενέργειας αγκύρωσης ανά θέση.

Πηγή κειμένου: Introduction to Magnetism and Magnetic Materials (1nd edition), David Jiles, Chapman & Hall/CRC, 1991.

Σε μια σιδηρομαγνητική περιοχή, υπάρχει παράλληλη ευθυγράμμιση των ατομικών ροπών. Στις μαγνητικές περιοχές φερριτών, οι συνολικές μαγνητικές ροπές των αντισιδηρομαγνητικών αλληλεπιδράσεων είναι αυθόρμητα προσανατολισμένες παράλληλα μεταξύ τους (ακόμη και χωρίς εφαρμογή μαγνητικού πεδίου). Ο όρος, αυθόρμητη μαγνήτιση ή πόλωση χρησιμοποιείται συχνά για να περιγράψει αυτή την ιδιότητα.

Κάθε μαγνητική περιοχή γίνεται ένας μαγνήτης που αποτελείται από μικρότερους μαγνήτες (σιδηρομαγνητικές ροπές). Οι  μαγνητικές περιοχές περιέχουν περίπου 10¹² έως 10¹⁵ άτομα και οι διαστάσεις τους είναι της τάξης των μικρομέτρων (10^-4 μm). Το μέγεθος και η γεωμετρία τους ορίζονται με βάση ορισμένες εκτιμήσεις. Οι μαγνητικές περιοχές σχηματίζονται για να μειωθεί η μαγνητοστατική ενέργεια που είναι η μαγνητική δυναμική ενέργεια που εντοπίζεται στις γραμμές πεδίου (ή γραμμές ροής) που συνδέουν βόρειο και νότιο πόλο έξω από το υλικό. Το σχήμα (1) δείχνει τις γραμμές ροής σε ένα σωματίδιο μιας μαγνητικής περιοχής. Τα βέλη υποδεικνύουν την κατεύθυνση της μαγνήτισης και κατά συνέπεια την κατεύθυνση της ευθυγράμμισης σπιν στη μαγνητική περιοχή. Μπορούμε να μειώσουμε σημαντικά το μήκος της διαδρομής ροής μέσω του «δύσβατου» εναέριου χώρου χωρίζοντας αυτή τη μαγνητική περιοχή σε δύο ή περισσότερες μικρότερες περιοχές. Αυτό φαίνεται στο Σχήμα (2). Αυτή η διαδικασία διαίρεσης συνεχίζει να μειώνει την ενέργεια του συστήματος μέχρι το σημείο που απαιτείται περισσότερη ενέργεια για να σχηματιστεί το όριο της μαγνητικής περιοχής από τη μείωση της μαγνητοστατικής ενέργειας. Όταν μια μεγάλη μαγνητική περιοχή χωρίζεται σε n τομείς, η ενέργεια της νέας δομής είναι περίπου το 1 νιοστό  της δομής της μιας περιοχής. Στο Σχήμα (2), οι ροπές σε γειτονικές μαγνητικές τομείς προσανατολίζονται σε γωνία 180^o μεταξύ τους. Αυτός ο τύπος δομής τομέα είναι κοινός για υλικά που έχουν προτιμητέα κατεύθυνση μαγνήτισης.

Πηγή κειμένου: Handbook of modern ferromagnetic materials, A. Goldman, B.S., Springer Science+Business Media New York, Ferrite Technology Worldwide, (1st edition), 1999.

Η διαδικασία της πυρηνοποίησης του τοιχώματος μαγνητικών περιοχών και της κίνησης του βασίζεται στην περιστροφή της μαγνητικής ροπής, μερικών ατόμων στην επιφάνεια, αντίθετα από την κρυσταλλική ανισοτροπία, και αυτό απαιτεί ένα πεδίο ίσο με 2K/M_s. Το βασικό σημείο είναι ότι η διαδικασία της πυρηνοποίησης ενός τοιχώματος περιοχής σε έναν τέλειο κρύσταλλο είναι εξίσου δύσκολη με τη συγκροτημένη περιστροφή. Και οι δύο διαδικασίες απαιτούν περιστροφή των μαγνητικών ροπών αντίθετα από την ανισοτροπία.

Η υπόθεση είναι ότι ένας κορεσμένος κρύσταλλος μεγαλύτερος από D_s θα διασπαστεί σε περιοχές όταν το πεδίο κορεσμού μειωθεί στο μηδέν, προκειμένου να μειωθεί η μαγνητοστατική του ενέργεια. Σε έναν τέλειο κρύσταλλο αυτό μπορεί να μην ισχύει αυτό, επειδή η δυσκολία της πυρηνοποίησης τοιχώματος είναι ένα ενεργειακό φράγμα μεταξύ της κατάστασης μιας μαγνητικής περιοχής και της κατάστασης χαμηλότερης ενέργειας, πολλαπλών περιοχών.

Ως εκ τούτου, έχουν προταθεί διάφορες μέθοδοι για τη δημιουργία κέντρων πυρηνοποίησης για τοιχώματα μαγνητικών περιοχών: μηχανικές ή χημικές χαράξεις, έναρξη διάβρωσης και χάραξη με λέιζερ. Η καλύτερη και πιο πρακτική διαδικασία φαίνεται να είναι η χάραξη με λέιζερ για την παραγωγή μιας σειράς παράλληλων γραμμών που παρατάσσονται κάθετα προς την κατεύθυνση κύλισης του φύλλου, που απέχουν μεταξύ τους μερικά χιλιοστά.

Επομένως, η αναστροφή της μαγνήτισης  στους μαγνήτες φερρίτη πραγματοποιείται με πυρηνοποίηση τοιχωμάτων και κίνηση τοιχωμάτων. Το συνεκτικό πεδίο θα μπορούσε καταρχήν να αυξηθεί κάνοντας τα σωματίδια μικρότερα ή/και ομαλότερα και με λιγότερες κρυσταλλικές ατέλειες, προκειμένου να μειωθεί ο αριθμός των θέσεων για πυρηνοποίηση τοιχωμάτων.

Η αναγκαιότητα για μικρά σωματίδια αποδίδεται στον μειωμένο αριθμό θέσεων πυρήνωσης τομέα σε ένα μικρό σωματίδιο, καθώς και στο γεγονός ότι σε μαγνητικά απομονωμένα σωματίδια ένα ελεύθερα κινούμενο τοίχωμα τομέα μπορεί να αντιστρέψει την κατεύθυνση μαγνήτισης ενός μόνο σωματιδίου.

Πηγή κειμένου: Introduction to Magnetic Materials (2nd Edition),  B. D. Cullity, C. D. Graham, Wiley-IEEE Press, 2008.

Η πλαστική παραμόρφωση καθιστά τη μαγνήτιση πιο δύσκολη. Η καμπύλη M, H (ή B, H) είναι χαμηλότερη από εκείνη για την πλήρως ανοπτημένη περίπτωση. Ο βρόχος υστέρησης περιστρέφεται δεξιόστροφα, γίνεται ευρύτερος (μεγαλύτερο συνεκτικό πεδίο) και καταλαμβάνει μεγαλύτερο χώρο (μεγαλύτερη απώλεια υστέρησης) για την ίδια μέγιστη τιμή M (ή B). Η μηχανική αντοχή και η σκληρότητα αυξάνονται επίσης. Η ψυχρή κατεργασία είναι γενικά δυνατή μόνο για μέταλλα και κράματα. τα κεραμικά είναι εύθραυστα υλικά και θα σπάσουν αντί να παραμορφωθούν υπό πίεση.

Αυτές οι αλλαγές προκαλούνται από τον αυξημένο αριθμό δομικών ατελειών και άλλων πλεγματικών ατελειών. Στα πολυκρυσταλλικά υλικά, έντονες ψυχρές κατεργασίες πολλαπλασιάζει την πυκνότητα δομικών ατελειών με συντελεστή περίπου 10⁴. Οι προκύπτουσες μικροτάσεις εμποδίζουν τόσο την κίνηση των τοιχωμάτων των μαγνητικών περιοχών όσο και την περιστροφή τους, αυξάνοντας τη μαγνητική σκληρότητα. Εμποδίζει επίσης την κίνηση των ίδιων των δομικών ατελειών και τη δημιουργία νέων ατελειών, αυξάνοντας έτσι τη μηχανική σκληρότητα. Στην περιοχή χαμηλού πεδίου η επίδραση της ψυχρής κατεργασίας απεικονίζεται με το σχήμα, το οποίο ισχύει για τον ανοπτημένο σε ατμόσφαιρα υδρογόνου σίδηρο που αναφέρθηκε προηγουμένως.

Σημειώστε ότι το συνεκτικό πεδίο H_c είναι το ίδιο τόσο για τα ανοπτημένα όσο και για τα αρχικά δείγματα, κάτι που είναι ασυνήθιστο. Αυτό συμφωνεί με το γεγονός ότι ο λόγος m_i/ν βρέθηκε να είναι ανεξάρτητος από την καταπόνηση σε αυτό το υλικό. Οι εξισώσεις Rayleigh προβλέπουν ότι το H_c, για μια δεδομένη τιμή του H_m, εξαρτάται μόνο από τον λόγο m_i/ν και όχι από τις μεμονωμένες τιμές αυτών των σταθερών.

Πηγή κειμένου: Introduction to Magnetic Materials (2nd Edition),  B. D. Cullity, C. D. Graham, Wiley-IEEE Press, 2008.

Η δομή των λεπτών υμενίων είναι πολύπλοκη και δύσκολο να χαρακτηριστεί. Το μέγεθος των κόκκων των υμενίων είναι συνήθως μικρό, της τάξης των 1000Å ή λιγότερο, το οποίο είναι περίπου το 1/100^ο του μεγέθους των κόκκων των περισσότερων συμπαγών υλικών. Δεδομένου ότι το μέγεθος των κόκκων είναι συγκρίσιμο με το πάχος των τοιχωμάτων των μαγνητικών περιοχών, τα τοιχώματα μπορεί να εκτείνονται μέσω πολλών κόκκων και να χάνουν την κρυσταλλογραφική τους ταυτότητα. Ο προτιμώμενος προσανατολισμός (υφή) μπορεί να υπάρχει ή να μην υπάρχει, ανάλογα με τις συνθήκες εναπόθεσης και τη φύση του υποστρώματος. Εάν υπάρχει υφή, είναι μια υφή απλή ή πολλαπλή με άξονες όπως <100>, <111> κ.λπ., συνήθως κάθετα στο επίπεδο του υμενίου.

Μια τέτοια υφή δεν εισάγει κρυσταλλογραφική ανισοτροπία στο επίπεδο της υμενίου. Ακόμα κι αν συνέβαινε αυτό, θα εμφανιζόταν μικρή μαγνητική ανισοτροπία στην περίπτωση του 80 Permalloy στο οποίο η μαγνητοκρυσταλλική ανισοτροπία είναι κοντά στο μηδέν. Οι κατευθυνόμενες δομικές διατάξεις μπορούν να παραχθούν σε ένα υμένιο αν οι συνθήκες εναπόθεσης ρυθμιστούν ώστε η κατεύθυνση των οδηγούμενων ατόμων να σχηματίζει γωνία σε σχέση με το επίπεδο της υμενίου.

Αυτή η κατευθυντικότητα μπορεί να είναι το αποτέλεσμα της κρυσταλλογραφικής υφής σε υλικά με σημαντική κρυσταλλική ανισοτροπία ή των γεωμετρικών δομών που παράγονται στο υμένιο.

Πηγή κειμένου: Ordered magnetic nanostructures: fabrication and properties, J.I. Martiın, J. Noguesb, Kai Liu, J.L. Vicent, Ivan K. Schuller, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 256, 449–501, 2003.

Η ανάπτυξη νέων υλικών, όπως άμορφες ταινίες και σύρματα και πολυστρωματικά λεπτά υμένια, έχει ανοίξει νέες προοπτικές στον τομέα των μαγνητο-επαγωγικών αισθητήρων πεδίου. Βασικά, με αυτά τα υλικά μπορεί κανείς να αναπτύξει διατάξεις όπου η διαδικασία μαγνήτισης, που υπαγορεύεται από την παρουσία επαγόμενων μονοαξονικών ανισοτροπιών, οδηγείται από ένα AC πεδίο που παράγεται από ένα ρεύμα που διαρρέει το ίδιο το σιδηρομαγνητικό δείγμα και έχει χαρακτηριστικά που εξαρτώνται από την παρουσία ενός εξωτερικού DC πεδίου.

Ένα τέτοιο πεδίο μπορεί να επηρεάσει τη AC διαπερατότητα και επομένως μπορεί να παρατηρηθεί αν το δείγμα αποτελεί στοιχείο κυκλώματος και μετρώντας τη μεταβολή της πτώσης τάσης του. Αυτό το φαινόμενο είναι ιδιαίτερα σημαντικό στα άμορφα σύρματα με σχεδόν μηδενική αρνητική μαγνητοσυστολή (π.χ. Co₆₉Fe₄B₁₅Si₁₂), τα οποία εμφανίζουν μια διάταξη μαγνητικών περιοχών στην κατάσταση απομαγνήτισης όπως φαίνεται στο σχήμα (α).

Αυτή η διάταξη, η οποία καθορίζεται από τις ανισοτροπίες λόγω των τάσεων που παγιώνονται κατά τη διάρκεια της ταχείας στερεοποίησης και της συνθήκης αποφυγής των ελεύθερων πόλων στο υλικό, αποτελείται από μαγνητικές περιοχές στο εξωτερικό κέλυφος, όπου η μαγνήτιση κατευθύνεται περιφερειακά και αξονικά κατευθυνόμενες μαγνητικές περιοχές στον πυρήνα του σύρματος. Το κυκλικό πεδίο που παράγεται από ένα AC ρεύμα συχνότητας f που διαπερνά το σύρμα προκαλεί τις ταλαντώσεις των περιφερειακών τοιχωμάτων και την εμφάνιση του βρόχου υστέρησης (B_φ, H_φ), όπως φαίνεται στο παράδειγμα του σχήματος (b). Δεδομένης της μαγνητικά μαλακής συμπεριφοράς αυτών των τοιχωμάτων, που χαρακτηρίζεται από συνεκτικά πεδία 10-50 A/m, οι μέγιστες τιμές ρεύματος 10-50 mA επαρκούν για να ολοκληρώσουν το μεγαλύτερο μέρος της αντιστροφής (με τυπικές διαμέτρους σύρματος 30-130 μm).

Πηγή κειμένου: Measurement and Characterization of Magnetic Materials, F. Fiorillo, Istituto Elettrotecnico Nazionale Galileo Ferraris, Torino, ITALY, Elsevier Series in Electromagnetism, 2004.