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Llega un nuevo microscopio magnético de barrido con sensor GMI

CC0 / Unsplash / Un microscopio (imagen referencial)
Un microscopio (imagen referencial) - Sputnik Mundo
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Los científicos de la Universidad Nacional de Ciencia y Tecnología de Moscú (MISIS, por sus siglas en ruso) crearon una maqueta de laboratorio de un microscopio magnético de barrido, basado en un nuevo sensor magnético.

Según los autores, con la ayuda del dispositivo es posible ver imágenes de los campos magnéticos de los objetos en estudio. Los resultados se publicaron en el Journal of Magnetism and Magnetic Materials.

Los primeros sistemas magnéticos de escaneo se crearon hace más de 30 años. Los dispositivos de ese tipo se utilizan en las pruebas magnéticas no destructivas para detectar defectos en materiales y estructuras, así como en aplicaciones biomédicas para medir campos magnéticos débiles de los objetos biológicos.

Los sistemas magnéticos de barrido se pueden dividir convencionalmente en dos tipos:

  1. el primero lo forman los magnetómetros de barrido que permiten distinguir las características del relieve del campo magnético desde centímetros hasta unidades de milímetros;
  2. el segundo, los microscopios magnéticos de barrido que permiten reconoce características magnéticas de menos de un milímetro y hasta unos pocos micrómetros.

La sensibilidad del campo magnético y la resolución magnética espacial en tales aparatos está determinada por un sensor magnético. Habitualmente, en el escaneo de sistemas magnéticos, se utilizan sensores Hall —miden campos magnéticos hasta un microtesla (10-6 T)— o SQUID —sensores de interferencia cuánticos superconductores, que miden campos magnéticos muy débiles hasta unidades femtotesla (10-15 T)—. 

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"El sensor GMI es una pequeña sección [~ 4 mm] de un microalambre ferromagnético amorfo de 10-20 micrones de diámetro [un nuevo material magnético con propiedades mecánicas y magnéticas del tipo suave únicas] con una bobina minúscula enrollada en él. El principio de funcionamiento del sensor se basa en el efecto de impedancia magnética gigante [efecto GMI], que consiste en cambiar la impedancia de un microalambre en alta frecuencia, al exponerlo a un campo magnético externo. Como la punta de un microalambre ferromagnético tiene dimensiones de micrones, dicho sensor, en principio, permite medir características magnéticas con una resolución espacial de decenas de micrómetros. Y la sensibilidad en el campo magnético puede llegar hasta las unidades nanoTesla [10-9 T]", explicó Serguéi Gudóshnikov, investigador líder de la NUST MISIS.

En el microscopio magnético de barrido, desarrollado en la NUST MISIS, el diseño de la parte mecánica es similar al de una impresora 3D estándar, pero en lugar de una extrusora, se utiliza un nuevo sensor magnético GMI.

Durante las mediciones, el sensor GMI se mueve con un cierto paso cerca de la superficie del objeto en estudio y, en el proceso de su movimiento, mide los valores locales de la componente vertical del campo magnético. Luego, con estos datos, una computadora crea una imagen del campo magnético del objeto en estudio. Cuanto más pequeño es el sensor utilizado y más cerca está de la superficie de la muestra, más características magnéticas pueden aparecer en la imagen magnética, explicó Gudóshnikov.

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Según el científico, en el microscopio de barrido desarrollado, la resolución espacial alcanzó 200 micrones, y la sensibilidad del campo magnético llegó a 10 nanoTesla. Se utilizó para obtener imágenes de campos magnéticos de estructuras de corrientes, así como de los segmentos de microhilos magnéticos y objetos que contienen nanopartículas magnéticas. Como ejemplo, podemos ver en la figura de abajo una muestra del logotipo de NUST MISIS estampado en una impresora láser (izquierda) y su imagen magnética medida con un microscopio de barrido (derecha).

Los expertos señalaron que el microscopio magnético atraerá la atención de usuarios potenciales en Rusia y en el extranjero debido a sus cualidades:

  • no invasividad (poca influencia en el objeto en estudio);
  • alta resolución espacial combinada con buena sensibilidad magnética;
  • simplicidad de diseño;
  • la posibilidad de construir sistemas de medición de barrido multicanales.

En el futuro, está previsto aumentar la resolución espacial del microscopio magnético de barrido hasta 20 micrómetros, lo que permitirá realizar estudios detallados de campos magnéticos débiles de microestructuras magnéticas de película fina, conjuntos de nanopartículas magnéticas y objetos biológicos.

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