- Научные направления
- Решения для бизнеса
- Спецпроекты
- Ученые
- Мнения
- События
- Для ученых
- Потенциал
Рис. 1. Состояние однородного намагничивания в сферической наночастице кобальта диаметром D = 36 нм (слева) и неоднородное вихревое состояние в такой же наночастице диаметром D = 56 нм (справа), полученные с помощью трехмерного компьютерного моделирования.
Рис. 2. Схематическая энергетическая диаграмма устойчивых магнитных состояний наночастицы в зависимости от ее радиуса.
Рис. 3. Принцип сверх плотной магнитной записи информации на отдельные магнитные наночастицы с двумя магнитными состояниями (слева) и периодическая структура магнитных наночастиц FePt, полученная химическим методом самосборки.
Рис. 4. Магнитные наночастицы способны эффективно дистанционно поглощать энергию переменного внешнего магнитного поля, и тем самым нагревать окружающую среду. Однако эта способность существенно зависит от частоты воздействия, и ряда других физических параметров.
Рис. 5. Теоретический расчет [] удельного поглощения энергии переменного магнитного поля разреженными ансамблями наночастиц кобальта (f = 500 кГц, H = 200 Э) и магнетита (f = 400 кГц, H = 120 Э) в зависимости от диаметра частиц.
[1] Г. С. Кринчик, Физика магнитных явлений (Москва, МГУ, 1985).
[2] С.В. Вонсовский, Магнетизм (Москва, Наука, 1972).
[3] L. Landau and E. Lifshitz, Phys. Z. Sowjetunion 8, 153 (1935).
[4] W.F. Brown, Jr., Micromagnetics (Wiley-Interscience, New York — London, 1963)
[5] N.A. Usov and J.W. Tucker. Material Science Forum 373-376, 429 (2001).
[6] S. Sun, C. B. Murray, D. Weller, L. Folks, and A. Moser, Science 287, 1989 (2000).
[7] D. Weller and A. Moser, IEEE Trans. Magn. 35, 4423 (1999).
[8] Q.A. Pankhurst, N.K.T. Thanh, S.K. Jones, J. Dobson, J. Phys. D: Appl. Phys. 42, 224001 (2009).
[9] W.F. Brown, Jr., Phys. Rev. 130, 1677 (1963).
[10] N. A. Usov, J. Appl. Phys. 107, 123909 (2010).
[11] N.A. Usov, B.Ya. Liubimov, J. Appl. Phys. 112, 023901 (2012).
[12] S. A. Gudoshnikov, B. Ya. Liubimov, and N. A. Usov, AIP Advances 2, 012143 (2012)
[13] S.A. Gudoshnikov, B.Ya. Liubimov, A.V. Popova, N.A. Usov. J. Magn. Magn. Mater. 324, 3690 (2012)
Таким образом, как это отметил Николай Александрович, магнитные наночастицы - это очень перспективная междисциплинарная область, находящаяся в центре внимания.
Однако, несомненным остается тот факт, что ферромагнетики широко используются на практике. Гипертермия - одна из перспективнейших областей применения наноразмерных ферромагнетиков. По-мимо адресной доставки "активных наночастиц" в ткани-мишени, существует возможность использовать термоэффекты во внешних переменных магнитных полях. Однако на сегодняшний момент есть 3 наиболее проблемные задачи в гипертермии -
1. Стабилизация магнитных наночастиц (препятствие к их агрегации) - что может быть решено путем "одевания" магнетиков в органические оболочки;
2. - проведение исследовательских работ по оценке токсичности и неблагоприятному воздействию наноматериалов на клетки организма и
3. выведение наночастиц из организма.
В целом я очень впечатлен опубликованным материалом. Все четко и подробно изложено. Еще раз, огромное спасибо автору за эту статью.
Очень заинтересовала идея, связанная с хранением информации с помощью однодоменных магнитных наночастиц и их магнитного момента. Не смотря на то, что в статье описаны основные преграды, стоящие перед физической реализацией данного замысла, хотелось бы уточнить у Николая Александровича - проводятся ли в настоящие время какие-либо прикладные исследования, конкретно направленные на создание описанной системы, в рамках России и других стран?
Сложность магнитной записи связанная с возбуждением магнитного момента ограничивается как сложностью создания идентичных нано-ферромагнитных частиц, но также еще тем, что линии магнитного поля в пределах каждой частицы замкнуты и поле сильно локализовано в ней. Поэтому не понятно как воздействовать на отдельные частицы. Тем не менее есть ряд работ, в которых авторы демонстрируют такие композиты, но не уточняют способы работы с отдельными элементами памяти.
1. Ivan I. Naumov, L. Bellaiche & Huaxiang Fu, Unusual phase transitions in ferroelectric nanodisks and nanorods, Nature 432, 737-740 (2004)
2. M Kläui, C A F Vaz, L Lopez-Diaz and J A C Bland, Vortex formation in narrow ferromagnetic rings,
Journal of Physics: Condensed Matter, Volume 15, Number 21 (2003)
Хочу поблагодарить Николая Александровича за интереснейшую статью, и особенно приятно, что такого уровня ученые работают и трудятся в нашем Университете.
Меня очень заинтересовал описанный в данной статье метод магнитной гипертермии ввиду актуальной в настоящее время проблемы лечения онкозаболеваний. Поэтому хотелось бы попросить Николая Александровича оценить дальнейшие перспективы этого метода и его эффективность в лечении онкозаболеваний, а также узнать, перешел ли в настоящее время данный метод из экспериментальной стадии в клиническую? Спасибо!
Спасибо за положительные отзывы на мою лекцию. Магнетизм – это
действительно одно из самых интересных и сложных кооперативных явлений в
физике конденсированного состояния вещества. Как отмечалось в лекции,
это связано с дальнодействующим характером магнито- дипольного
взаимодействия и нелинейностью уравнений, которые описывают
распределение магнитного момента в ферромагнитном теле. Поэтому
детальное описание многих явлений в ферромагнетиках задержалось на
долгие десятилетия со времени создания квантовой механики в 20-х годах
прошлого столетия, и последующего осознания квантово-механической
природы магнетизма вообще, и ферромагнетизма в частности. Только с
развитием современных компьютеров, и разработкой высоко производительных
программ компьютерного моделирования, теоретическое описание явлений в
ансамблях ферромагнитных частиц существенно продвинулось вперед.
В настоящий момент многие важные проблемы решены. Например, построена
детальная теория вихревых состояний в не-однодоменных магнитных
наночастицах, достигнуто достаточно подробное описание разреженных
ансамблей суперпарамагнитных наночастиц, свойства которых определяются
тепловыми флуктуациями магнитных моментов частиц. Но еще достаточно
теоретических проблем, которые ждут исчерпывающего решения. Одна из
самых важных проблем – это влияние магнито- дипольного взаимодействия на
свойства плотных ансамблей наночастиц. Далее, это свойства наночастиц
комбинированного типа, которые состоят из ферромагнитного ядра и
антиферромагнитной оболочки. Такие частицы встречаются в природе
достаточно часто. Вообще, поверхность малой частицы, ферромагнитного
нанопровода, или тонкой ферромагнитной пленки часто оказывает
существенное влияние на свойства этих объектов. Влияние поверхности
описывается в ферромагнетизме поверхностной анизотропией, природа
которой слабо изучена. Это сложное явление требует развития специального
теоретического аппарата. Очень интересно и недостаточно понято поведение
ансамбля магнитных наночастиц в вязкой жидкости, в биосредах. Таким
образом, в области магнетизма есть важные задачи, которые еще ждут
своего исследователя. И тот, кто погрузится в этот увлекательный мир и
поймет, как интересно он устроен – не пожалеет о потраченных усилиях и
времени.
Я рассуждаю о теоретических исследованиях, потому что сейчас
теоретическое исследование доступно, в принципе, каждому студенту, у
которого есть приличный персональный компьютер. В умелых руках – это
мощная сила. Кроме того, перед нами лежит огромный мир научных статей и
обзоров, плохих и хороших, тривиальных и трудных для понимания, из
чтения которых видно, как много еще вокруг непонятного, противоречивого
и загадочного. Достаточно лишь войти в Интернет и погрузится в этот
бурный поток информации.
Коль скоро у нас есть компьютер и Интернет, то заниматься теоретической
наукой может каждый желающий. А вот экспериментальные исследования – это
дело дорогое. Нужны дорогостоящие приборы и специальное уникальное
научное оборудование. Про то, что в Российских лабораториях очень мало
современного оборудования, что финансирование научных исследований
крайне ограничено, уже знает каждый прохожий на улице. Поэтому на вопрос
о том, занимаются ли у нас, скажем, биомедицинскими применениями
магнитных наночастиц, ответ такой – занимаются, но совершенно
недостаточно. Возможно, недалеко то время, когда мы будем ездить в
Германию, чтобы (не дай бог!) лечить заболевания с помощью магнитной
гипертермии.