Demagnetizácia magnetického plášťa pomocou supravodičov a feromagnetických materiálov

Magnetické tienenie je neoddeliteľnou súčasťou mnoho zariadení či už v technickej, medicínskej alebo vedeckej sfére. Bežne sa používa pasívne tienenie, ale kombináciou supravodiča a feromagnetika vieme dosiahnuť omnoho dôslednejšie tienenie. Takýto magnetický plášť bohužial treba chladiť na kryogénne teploty potrebné pre supravodivosť (v tomto prípade 90 K a menej), čo limituje jeho použitie.  Avšak, v podmienkach kde to neprekáža, nám magnetický plášť dokáže, bez ovplyvnenia vonkajšieho magnetického poľa, umožniť zostrojiť presnejšie meracie zariadenia alebo skúmať, ako sa bunky správajú pri nulovom magnetickom poli. Presne dosiahnutie nulového magnetického poľa bol cieľ Martina Kucharoviča a jeho kolegov, pričom sa zamerali na vytvorenie magnetického plášťa, ktorý by potlačil magnetické pole Zeme na nulu, simulujúc napríklad podmienky vo vesmíre. Supravodivá časť magnetického plášťa využíva ReBCO (Rare Earth Barium Copper Oxide) pásky a feromagnetická časť je z Li0.575Zn0.4Ti0.55Fe1.475O4 ferritového prášku zmiešaného s epoxidom pri koncentráciou 31.2%.  Pri meraní sa po ochladení supravodivých vrstiev može uväzniť nežiaduce magnetické pole., pričom tento jav predstavuje problém, pretože uväznené magnetické pole môže ovplyvniť výkon plášťov a narušiť ich schopnosť zabezpečiť odtienený priestor vo vnútri. Na odstránenie tohto problému sme použili proces demagnetizácie pomocou dynamickej magnetorezistencie.

Obrázok 1: Schéma demagnetizačného systému s vloženým magnetickým plášťom

Efekt dynamickej magnetorezistencie spočíva v aplikácii striedavého magnetického poľa na supravodič. Toto pole však musí byť orientované priečne na supravodič. Tento proces vedie k indukcii prúdov, ktoré pôsobia opačne voči uväznenému magnetickému poľu, čo postupne znižuje zvyškové magnetické pole v plášti. Okrem toho sme použili aj rotáciu plášťa o 180° okolo jeho pozdĺžnej osi, aby sme zabezpečili, že vonkajšie magnetické pole (v tomto prípade magnetické pole Zeme) a uväznené pole budú mať opačné smery, čo vedie k ďalšiemu zníženiu magnetizácie (Obr. 1). Výsledky experimentov ukazujú, že optimalizáciou parametrov, ako sú amplitúda demagnetizačného poľa, frekvencia a čas expozície, je možné dosiahnuť výrazné zníženie zvyškového magnetického poľa vo vnútri plášťa. Najnižšia dosiahnutá hodnota zostatkového magnetického poľa bola 0,14 µT, čo predstavuje výrazné zníženie oproti pôvodným hodnotám pred demagnetizáciou. V priemere sme zaznamenali pokles zachyteného magnetického poľa o 95 % (Obr. 2).

Obrázok 2: Proces demagnetizácie magnetického plášťa.

Autori: Martin Kucharovič, Fedor Gömöry a Mykola Solovyov

Odkaz: https://ieeexplore.ieee.org/document/10440546