Фізичні основи феромагнітного гіроскопа з нанорозмірними чутливими елементами
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe69.6.395Ключові слова:
нанофiзика, наночастинка, феромагнiтна квантова точка, левiтацiя, гiроскоп, спiн, магнетон, момент iмпульсуАнотація
Розглянуто фiзичнi основи застосування сучасних нанотехнологiй для розробки нанорозмiрних та енергоефективних чутливих датчикiв для систем управлiння малогабаритних супутникiв. Практичний iнтерес викликає створення феромагнiтного гiроскопа, в ролi моделi якого пропонується використати перiодичну структуру (псевдокристал) з когерентних монодоменних феромагнiтних квантових точок (ФКТ), локалiзованих у сферичних наноконтейнерах, де вони будуть перебувати у станi квантової левiтацiї. Внаслiдок ефекту Ейнштейна–де Гааза, ФКТ будуть мати момент iмпульсу, що зберiгається у часi. Для контролю за орiєнтацiєю псевдокристала у просторi вiн крiпиться до рухомої платформи, розмiщеної у зовнiшньому двокомпонентному магнiтному полi (МП). Статична компонента МП є перпендикулярною до основи псевдокристала, а динамiчна – до його бiчної сторони. За рахунок аналiзу спектра поглинання динамiчного МП, залежного вiд орiєнтацiї псевдокристала у просторi, iснує можливiсть розрахувати кутовi координати його нового положення, якi визначаються взаємною орiєнтацiю фiксованого напрямку моменту iмпульсу ФКТ та вектора зовнiшнього статичного МП.
Посилання
O.W. Richardson. A mechanical effect accompanying magnetization. Phys. Rev. Ser. I 26, 248 (1908).
https://doi.org/10.1103/PhysRevSeriesI.26.248
A. Einstein, W.J. de Haas. Experimenteller Nachweis der Ampereschen Molekularstrome Deut. Physik. Gesellsch. Verhandl. 17, 152 (1915).
A. Einstein, W.J. de Haas. Experimental proof of the existence of Ampere's molecular currents. Koninkl. Akad. Wetensch. Amsterdam 18, 696 (1915).
L.A. Levin. On the possibility of creating a cryogenic ferromagnetic gyroscope. Zh. Tekhn. Fiz. 66, No. 4, 192 (1996) (in Russian).
P. Fadeev, Ch. Timberlake, Tao Wang, A. Vinante, Y.B. Band, D. Budker, A.O. Sushkov, H. Ulbricht, D.F. Jackson Kimba. Ferromagnetic gyroscopes for tests of fundamental physics. arXiv:2010.08731v1 [quant-ph].
S.J. Barnett. On magnetization by angular acceleration. Science 30, 413 (1908).
https://doi.org/10.1126/science.30.769.413
S.J. Barnett. Magnetization by rotation. Phys. Rev. 6, 239 (1915).
https://doi.org/10.1103/PhysRev.6.239
S.J. Barnett. Gyromagnetic and electron-inertia effects. Rev. Mod. Phys. 7, 129 (1935).
https://doi.org/10.1103/RevModPhys.7.129
L.D. Landau, E.M. Lifshits, Electrodynamics of Continuous Media (Pergamon Press, 1984).
https://doi.org/10.1016/B978-0-08-030275-1.50007-2
S.V. Vonsovsky. Magnetism (Wiley, 1974).
S.P. Gubin, Yu.A. Koksharov, G.B. Khomutov, G.Yu. Yurkov. Magnetic nanoparticles: Methods of preparation, structure and properties. Adv. Chem. 74, 6 (2005).
https://doi.org/10.1070/RC2005v074n06ABEH000897
S.V. Terekhov, V.N. Varyukhin. Physics of Nanoobjects (DonNU, 2013) (in Russian).
Yu.M. Poplavko, O.V. Borysov, I.P. Golubeva, Yu.V. Didenko. Magnets in Electronics (KPI, 2021) (in Ukrainian).
O.I. Tovstolytkin, M.O. Borovyi, V.V. Kurylyuk, Yu.A. Kunitskyi. Physical Foundations of Spintronics (ToV "Nilan-LTD", 2014) (in Ukrainian).
S.A. Sokolsky. The influence of interparticle interaction in an ensemble of stationary superparamagnetic ferroparticles on the statistical, magnetic and thermodynamic properties of the system. Comp. Cont. Mech. 14, 264 (2021) (in Ukrainian).
https://doi.org/10.7242/1999-6691/2021.14.3.22
C. Zhang, H. Yuan, Z. Tang, W. Quan, J.C. Fang. Inertial rotation measurement with atomic spins: From angular momentum conservation to quantum phase theory. Appl. Phys. Rev. 3, 041305 (2016).
https://doi.org/10.1063/1.4972187
J. Gieseler, A. Kabcenell, E. Rosenfeld, J.D. Schaefer, A. Sara, M.J.A. Schuetz, C. Gonzalez-Ballestero, C.C. Rusconi, O. Romero-Isart, M.D. Lukin. Single-spin magnetomechanics with levitated micromagnets. Phys. Rev. Lett. 124, 163604 (2020).
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.124.163604
A. Vinante, P. Falferi, G. Gasbarri, A. Setter, C. Timberlake, H. Ulbricht. Ultralow mechanical damping with Meissner-levitated ferromagnetic microparticles. Phys. Rev. Appl. 13, 064027 (2020).
https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.13.064027
P. Huillery, T. Delord, L. Nicolas, M. Van Den Bossche, M. Perdriat, G. Hetet. Spin mechanics with levitating ferromagnetic particles. Phys. Rev. B 101, 134415 (2020).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.101.134415
L.D. Landau, E.M. Lifshitz. Quantum Mechanics. NonRelativistic Theory (Pergamon Press, 1981).
A.G. Gurevich. Magnetic Resonance in Ferrites and Antiferromagnets (Nauka, 1973) (in Russian).
V.G. Shavrov, V.I. Shcheglov. Feromagnetic Resonance under Conditions of Orientational Transition (Nauka, 2018) (in Russian).
J. Smit, H.P.J. Wijn. Advances in Electronics and Electron Physics VI (Academic Press, 1954).
J. Smit, H.G. Beljers. Ferromagnetic resonance absorption in BaFe12O19, a highly anisotropic crystal. Philips Res. Rep. 10, 113 (1955).
H. Suhl. Ferromagnetic resonance in nickel ferrite between one and two kilomegacycles. Phys. Rev. 97, 555 (1955).
https://doi.org/10.1103/PhysRev.97.555.2
G.V. Skrotskii, T.V. Kurbatov. Phenomenological theory of ferromagnetic resonance. In Ferromagnetic Resonance. Edited by S.V. Vonsovskii (Nauka, 1961) (in Russian).
J. Campe de Ferrier, R. Campbell, G. Petiot, T. Vogel. Functions of Mathematical Physics: Reference Guide. Translation from French by N.Ya. Vilenkin (Fizmatgiz, 1963) (in Russian).
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
