CC BY
54
Исследование пространственного мультиплицирования импульсного магнитного поля образцами метаматериалов
Исследованы свойства образцов № 114 (Ы'+Ре+Со); № 131 (Ре), на основе метаматериалов, представленных в виде опаловых матриц опала (решетчатая упаковка наносфер $02 с заполнением межсфери-ческих пустот). Композитные объемные (3й периодически упорядоченные) среды с пространственной в диапазоне50-300 нм модуляцией (дисперсией) магнитных, электрических свойств при размере активных областей (кластеров) в диапазоне 5-50 нм при облучении импульсным магнитным полем увеличивают в замкнутом пространстве значение напряженности магнитного поля. Разработан метод с использованием атомной силовой микроскопии оценки восприимчивости образцов композитных материалов при воздействии на них внешними импульсными магнитными полями. Приведены экспериментальные результаты мультипликации импульсных магнитных полей образцами, изготовленными из метаматериалов в равномерном электромагнитном поле, в полеобразующей системе устройства стирания информации.
Ключевые слова: Метаматериалы, мультипликация, композитные материалы, импульсное магнитное поле, нанокластеры, магнитный рельеф, тонкопленочный слой, полеобразующая система, стирающее устройство.
Хлопов Б.В.,
ФГУП "ЦНИРТИ им. академика А.И.Берга", hlopovu@yandex.iv
Самойлович М.И.,
ОАО "Центральный научно-исследовательский технологический институт 'Техномаш", samoylovich@technomash.iv
Митягин А.Ю.,
Институт Радиотехники и Электроники им ВА.Котельникова. РАН, alexandr-mityagin@yandex.ru
Введение
Объемные композитные метаматериалы с ЭР-решеткой магнитных нанокластеров [1, 2], при облучении импульсным магнитным полем с длительностью импульсов 1,5 мс в рабочей камере устройства стирания информации создают пространственную дисперсию, когда верхний край частотной полосы определяется пространственной периодичностью Юр ~ nc/na (где c/n — фазовая скорость электромагнитных волн в диэлектрике), а нижний край частотной полосы определяется частотой юь » i/VZc , где C — емкостная характеристика, L — индукционная, создавая электромагнитное поле мультипликации [2, Э]. В результате частотнофазовой мультипликации дисперсии (модуляции) этих частот, представляющих сумму переменных электромагнитных полей достигается увеличение значения напряженности электромагнитных полей в локальной области размещения мультипликатора в пространстве рабочей камеры полеобразующей системы стирающего устройства.
Равномерное электромагнитное поле в ограниченном объеме
В ограниченном объеме в рабочей камере полеобразующей системы, для исследования
пространственного мультиплицирования образцами метаматериалов, создано электромагнитное поле с равномерным распределением значений напряженности поля по осям (X, У, 7). Полеобразующая система с вектором напряженности магнитного поля направленным нормально и параллельно плоскости образца пластины метаматериала или образца диска магнитного носителя [5]. На рис. 1 приведен эскиз и габаритные размеры полеобразующей системы.
Полеобразующая система состоит из двух соленоидов: прямоугольный создает магнитное поле с вектором магнитной индукции направленным параллельно плоскости образца пластины метаматериала или образца диска магнитного носителя, круглый (цилиндрический) создает магнитное поле с вектором магнитной индукции, направленным нормально плоскости образца пластины метаматериала и плоскости магнитного носителя. Основным элементом полеобразующей системы является прямоугольный каркас ("пенал"), выполненный методом литья из материала ПК-4. В этот прямоугольный элемент помещаются образцы №114 (КІІ+Ре+Со); №131 (Ре) метаматериалов и образцы! материалов НЖМД. В каркасе полеобразующей системы установлен вкладыш для размещения образцов пластин метаматериалов: №114 (КІІ+Ре+Со) с габаритными размерами 19,3 х 11,6 х 2,8 мм; №131 (Ре) с габаритными размерами 19,0 х 11,3 х 2,6 мм. Вкладыш имеет упор, ограничивающий движение образцов. В каркас впрессованы металлические шпильки, обеспечивающие соединение всех элементов полеобразующей системы в единую конструкцию с возможностью одновременного крепления ее в устройстве уничтожения информации. Габаритные размеры данной полеобразующей системы показаны на рис. 1. На рис. 2 представлен общий вид полеобразующей системы.
На рис. 3 приведено графическое пространственное распределение значения напряженности магнитного поля внутри рабочей камеры [5], полеобразующей системы, например, по оси Т, по осям X, У равномерность распределения напряженности магнитного поля не превышает 5 кА/м по коротким сторонам рабочей камеры размером 37 и 123 мм (рис. 3).
Пространственное мультиплицирование импульсного магнитного поля образцами метаматериалов
Исследования равномерности импульсного магнитного поля в пространстве рабочей камеры полеобразующей системы и достаточности значения напряженности импульсного магнитного поля 700 кА/м с длительностью импульса 1,5 мс, для стирания информации с магнитного носителя и оценки магнитной восприимчивости метаматериалов на основе опало-вьх матриц (образцы №114 (КН+Ре); №131 (Ре), проверены с помощью метода магнитной силовой микроскопии (МСМ) [6]. На рис. 4 приведены фрагменты магнитной записи на образцах диска НЖМД фирмы Ри^и емкостью 30 Гб, после воздействия импульсным магнит-
48
T-Comm #1-2013
ным полем нормальным к плоскости образца носителя информации напряженностью 700 кА/м (а) и полем мультипликации с значением напряженности 825 кА/м (б).
На рис. 5 приведены точки измерения импульсного магнитного поля в объеме рабочей камеры полеобразующей системы.
Результаты измерений напряженности импульсного магнитного поля приведены в табл. 1. Измерения проводились в точках рабочего объема камеры полеобразующей системы при емкости накопителей энергии 1500 мкФ. Для уменьшения погрешности измерения зависимости вектора напряженности импульсного магнитного поля, направленного перпендикулярно и параллельно плоскости образцов магнитного носителя и образцов №131, 114 проводились 3 раза, в таблицу заносился средний результат.
а) Анализ экспериментальных результатов приведенных в табл. 1 показывает, что при размещении образцов №131, 114 в ограниченном пространстве рабочей камеры полеобразующей системы стирающего устройства [7] эффективная мультипликация методом воздействующих импульсных магнитных полей со значением 825 кА/м осуществляется в пространственном сферическом объеме рабочей камеры в пределах значений радиуса от 15 до 25 мм, при удалении на большее расстояние от размещения образцов, например, на 50 мм напряженность электромагнитного поля приобретает среднее значение 705 кА/м.
б) Конструктивное соединение двух образцов №131 с габаритными размерами
19,0 х 11,3 х 2,6 мм в пластину с габаритными размерами 38,0 х 11,3 х 2,6 мм обеспечило в ограниченном пространстве рабочей камеры полеобразующей системы стирающего устройства эффективное размножение методом мультипликации воздействующих импульсных магнитных полей со значением 885 кА/м на расстоянии 28 мм от точки В5, при удалении на большее расстояние от размещения образцов, например, на 60 мм напряженность электромагнитного поля приобретает среднее значение 705 кА/м.
в) Конструктивное соединение двух образцов: №114 (КН+Ре+Со) с габаритными размерами 19,3 х 11,6 х 2,8 мм в пластину с габаритными размерами 38,6 х 11,3 х 2,6 мм обеспечило в ограниченном пространстве рабочей камеры полеобразующей системы стирающего устройства эффективное размножение методом мультипликации воздействующих импульсных магнитных полей со значением 871 кА/м на расстоянии 25мм от точки В5, при удалении на большее расстояние от раз-
мещения образцов, например, на 55 мм напряженность электромагнитного поля приобретает среднее значение 705 кА/м.
г) Соединение двух образцов №131 с габаритными размерами 19,0 х 11,3 х 2,6 мм в пластину с габаритными размерами
38,0 х 11,3 х 5,2 мм обеспечило в ограниченном пространстве рабочей камеры полеобразующей системы стирающего устройства эффективное размножение методом мультипликации воздействующих импульсных магнитных полей со значением 875 кА/м на расстоянии 25 мм от точки В5 при удалении на большее расстояние от размещения образцов, например, на 55 мм напряженность электромагнитного поля приоб-
ретает среднее значение 705 кА/м.
д). Конструктивное соединение двух образцов: №114 (КП+Ре) с габаритными размерами 19,3 х 11,6 х 2,8 мм в пластину с габаритными размерами 19,3 х 11,3 х 5,2 мм обеспечило в ограниченном пространстве рабочей камеры полеобразующей системы стирающего устройства эффективное размножение методом мультипликации воздействующих импульсных магнитных полей со значением 845 кА/м на расстоянии 25 мм от точки В5 при удалении на большее расстояние от размещения образцов, например, на 50 мм напряженность электромагнитного поля приобретает среднее значение 705 кА/м.
■6 -4 -2 0 2 4 6
г, см
Рис. 3. Распределение значений напряженности импульсного магнитного поля в рабочей камере
Т-Сотт #1-2013
49
Таблица1
Пространственное распределение значения Н, (кА/м) в объеме рабочей камеры с образцами и без образцов при воздействии магнитным полем Н (кА/м), образца НЖМД, образцов №№ 131,114 н, кА/м, рабочей камеры
Напряженность магнитного поля в точках В4,В6 Н, кА/м Параллельно плоскости образцов 720 805 800 725
Перпендикулярно плоскости образцов 718 825 821 720
Напряженность магнитного поля в точках В1, В9, Н, к А/м Параллельно плоскости образцов 700 708 705 703
Перпенди кулярно плоскости образцов 702 710 708 705
Напряженность магнитного поля в точках Б5, Г5 Н, кА/м Параллельно плоскости образцов 700 768 760 705
Перпендикулярно плоскости образцов 705 776 771 709
Напряженность магнитного поля в точках А5, Д5 Н, кА/м Параллельно плоскости образцов 703 707 705 705
Перпендикулярно плоскости образцов 702 705 703 705
Напряженность магнитного поля в точке В5 Н, кА/м Параллельно плоскости образцов над образцом 703 782 780 722
Параллельно плоскости образцов под образцом 702 780 775 720
Рис. 4. Фрагменты магнитной записи на образце диска НЖМД фирмы Ри^Ихи 1мкостью 30 Гб, после воздействия импульсным магнитным полем и полем мультипликации
Заключение
1. Облучение образцов метаматериала, размещенных в равномерным магнитным поле в ограниченном пространстве рабочей камеры полеобразующей системы стирающего устройства в локальной области облучающего поля создается эффективная мультипликация с увеличением значения напряженности поля в пространственном объеме рабочей камеры в сферических пределах значений радиуса R (зависит от геометрических факторов метама-
териала), при удалении на большее расстояние от размещения образцов, напряженность электромагнитного поля приобретает среднее значение напряженности, создаваемое полеобразующей системой .
2. Частотная зависимость значений напряженности электромагнитного поля в метаматериалах предопределяет возможность использования их в устройствах управления электромагнитными полями и в устройствах стирания информации.
Рис. 5. Точки измерения значений импульсного магнитного поля
Литература
1. Самойлович М.И., Бовтун В., Ринкевич А.Б., Белянин А.Ф., Клещева СМ, Кемпа M., Нужный Д
Пространственно-неоднородные материалы на основе решетчатък упаковок наносфер SiO2 // Инженерная физика, 2010. — №6. — С. 29-38.
2. Самойлович М.И, Белянин А.Ф., Клещева СМ, Цветков МЮ. Особенности фазовьк превращений и кристаллизации в нанополостях решет-чспък упаковок наносфер SiO2 // Наука и технологии в промышленности, 2010. — №4. — С. 73-84.
3. Kong JA Electromagnetic wave interaction with stratified negative isotropic media // Progress In Electromagnetics Research, PIER. 2002. V 35. P 1 -52.
4. Хлопов Б.В. Оборудование для изменения магнитного состояния тонкопленочного слоя магнитного носителя информации // T-Gomm — Телекоммуникации и транспорт, 2012. — №3. — С. 56-60.
5. Митягин А. Ю., Хлопов Б.В. Магнитная силовая микроскопия для оценки качества уничтожения информации с магнитньк носителей // Научное обозрение, 2012. — №2. — С. 303-312.
6. Митяин А.Ю., Хлопов Б.В. Аппаратура для уничтожения информации с современных носителей. Разработка и создание // Palmarium Academic Publishing, 2012. —168 с.
SG
T-Comm #1-2013
