Диодовые магниты: принцип работы, применение и перспективы использования

Что такое диодовые магниты. Как работают магнитные диоды. Каковы преимущества диодовых магнитов перед обычными. Где применяются диодовые магниты. Какие перспективы у этой технологии в будущем.

Что такое диодовые магниты и как они работают

Диодовые магниты, также известные как магнитные диоды — это инновационные устройства, которые позволяют магнитному полю передаваться только в одном направлении, блокируя его передачу в обратном направлении. По своему принципу действия они аналогичны электрическим диодам, но работают с магнитными полями вместо электрического тока.

Как же устроен и работает магнитный диод? Основные компоненты устройства включают:

• Две катушки, размещенные на противоположных концах устройства
• Полый проводящий цилиндр, внутри которого находятся катушки
• Механизм для вращения цилиндра с постоянной скоростью

Вращающийся цилиндр играет ключевую роль в создании эффекта односторонней передачи магнитного поля. Он действует как своеобразный «плащ-невидимка» для магнитного поля, направляя его по невидимому туннелю между двумя точками в пространстве. При этом поле может передаваться только в одном заданном направлении, но не в обратном.

Преимущества диодовых магнитов перед обычными

Чем же диодовые магниты лучше традиционных? Основные преимущества этой технологии включают:

1. Односторонняя передача магнитного поля, что невозможно для обычных магнитов
2. Возможность контролировать и направлять магнитные поля с высокой точностью
3. Потенциал для создания более эффективных электромагнитных устройств
4. Перспективы миниатюризации электронных компонентов
5. Снижение потерь энергии при передаче магнитных полей

Эти преимущества открывают широкие возможности для применения диодовых магнитов в различных областях техники и электроники.

Области применения магнитных диодов

Где могут найти применение диодовые магниты? Потенциальные сферы использования этой технологии включают:

• Электродвигатели нового поколения с повышенным КПД
• Более эффективные трансформаторы
• Усовершенствованные аппараты МРТ для медицинской диагностики
• Беспроводные зарядные устройства с улучшенными характеристиками
• Высокоточные датчики магнитного поля
• Системы магнитной левитации
• Магнитные накопители информации повышенной плотности

Особенно перспективным выглядит применение диодовых магнитов в беспроводных зарядных устройствах. Благодаря односторонней передаче магнитного поля можно обеспечить поток энергии только от зарядного устройства к заряжаемому гаджету, исключив нежелательную обратную передачу.

Принцип работы магнитного диода на наноуровне

Как работает магнитный диод на уровне наноструктур? Исследователи из Университета Миссури создали двумерный наноструктурированный материал, демонстрирующий свойства магнитного диода. Его основные особенности:

• Материал создан путем осаждения магнитного сплава (пермаллоя) на кремниевую подложку с сотовой структурой
• Толщина сотовой решетки составляет всего 6-12 нанометров
• Диодный эффект наблюдается без приложения внешнего магнитного поля
• Электрическая проводимость материала резко меняется в зависимости от направления тока
• Эффект сохраняется при комнатной температуре

Такая наноструктурированная «сотовая» решетка из магнитного материала демонстрирует уникальные свойства, не характерные для обычных магнитных материалов. Это открывает перспективы для создания сверхкомпактных магнитных диодов на основе подобных наноструктур.

Сравнение магнитных и электрических диодов

Чем магнитные диоды отличаются от электрических? Основные различия включают:

Параметр	Электрический диод	Магнитный диод
Принцип действия	Пропускает ток в одном направлении	Пропускает магнитное поле в одном направлении
Рабочая среда	Электрический ток	Магнитное поле
Конструкция	p-n переход полупроводников	Вращающийся проводящий цилиндр с катушками
Размеры	Микроскопические	Пока относительно крупные
Степень освоения	Широко применяются	На стадии лабораторных исследований

Как видим, магнитные диоды пока находятся на ранней стадии развития по сравнению с электрическими аналогами. Однако они обладают уникальными свойствами, недоступными для обычных диодов.

Перспективы развития технологии диодовых магнитов

Каковы перспективы развития и внедрения технологии магнитных диодов? Ключевые направления исследований и разработок включают:

1. Миниатюризация конструкции для практического применения
2. Повышение эффективности и надежности работы
3. Поиск оптимальных материалов для создания наноструктурированных магнитных диодов
4. Разработка технологий массового производства
5. Создание первых коммерческих прототипов устройств на основе магнитных диодов

Эксперты полагают, что при успешном решении этих задач магнитные диоды могут произвести революцию в ряде областей электроники и электротехники. Однако для этого потребуются годы исследований и разработок.

Вызовы и ограничения технологии магнитных диодов

С какими проблемами сталкивается разработка магнитных диодов? Основные вызовы включают:

• Сложность миниатюризации конструкции с вращающимся цилиндром
• Необходимость постоянного вращения цилиндра для работы устройства
• Ограниченный диапазон толщин наноструктурированных пленок, в которых наблюдается эффект
• Сложность точного контроля параметров наноструктур при производстве
• Недостаточное теоретическое понимание физических принципов работы

Преодоление этих ограничений — ключевая задача для дальнейшего развития технологии магнитных диодов. Потребуются значительные усилия ученых и инженеров, чтобы довести эти устройства до практического применения.

Теоретические основы работы магнитных диодов

Какие физические принципы лежат в основе работы магнитных диодов? Ключевые теоретические аспекты включают:

• Нарушение принципа взаимности Лоренца для магнитных полей
• Использование эффектов геометрической фрустрации в наноструктурах
• Формирование магнитных монополей и мультиполей в сотовых решетках
• Применение концепций спинового льда к двумерным магнитным системам
• Исследование топологических эффектов в магнитных наноструктурах

Полное теоретическое описание работы магнитных диодов пока не создано. Это активная область исследований на стыке физики твердого тела, нанотехнологий и теории магнетизма.

Сравнение эффективности магнитных и электрических диодов

Насколько эффективны магнитные диоды по сравнению с электрическими? Ключевые параметры для сравнения:

Параметр	Электрический диод	Магнитный диод
Прямое падение напряжения	0.3-0.7 В	Пока не определено
Обратный ток	Единицы мкА	Близок к нулю
Быстродействие	До сотен ГГц	Ограничено механическим вращением
Энергопотребление	Единицы мВт	Зависит от конструкции, пока выше

Как видим, магнитные диоды пока уступают электрическим по ряду параметров. Однако они обладают уникальным свойством односторонней передачи магнитного поля, недоступным для обычных диодов.

Потенциальное влияние магнитных диодов на развитие электроники

Какое влияние магнитные диоды могут оказать на развитие электроники в будущем? Ключевые аспекты:

• Создание нового класса магнитных логических элементов
• Разработка магнитных аналогов транзисторов и других электронных компонентов
• Повышение эффективности устройств, работающих с магнитными полями
• Миниатюризация электромагнитных систем
• Развитие технологий магнитной записи и хранения информации
• Создание новых типов датчиков и измерительных приборов

Эксперты полагают, что магнитные диоды могут стать основой для нового поколения электронных устройств, сочетающих преимущества магнитных и электрических систем. Однако для реализации этого потенциала потребуются годы исследований и разработок.

Магниты — Элград

Корзина
Избранное
Оповещения

Кабинет

ПОКУПАТЕЛЮЧАТЫ

Каталог — 

Магниты

Магниты

Скрыть фильтры

Свернуть

Сбросить все фильтры

Копировать ссылку на страницу

Форма

цилиндр(67)

кольцо(4)

параллелепипед(15)

параллелепипед с зенковкой(3)

шар(5)

диск с зенковкой(12)

наклейки(1)

лента(2)

держатель(1)

диск с винтом

другое

Показать всё

Размер

Внешний диаметр/Длина, мм

1(1)

1. 5

2(2)

3(8)

4(3)

5(12)

6(8)

6.5(1)

7(6)

8(6)

10(15)

12(7)

12.7(1)

15(10)

16(2)

18(2)

20(9)

23

24

24.4(1)

25(2)

27

30(1)

32(1)

35(1)

36(1)

40(4)

45

48(1)

49(1)

50(1)

70(1)

другое(2)

Внутренний диаметр (отверстия)/Ширина, мм

3(3)

3.5(2)

5(5)

6(1)

6.2(1)

6.5(2)

7(2)

7. 5(2)

8

8.5(1)

10(3)

10.4(2)

12

15(4)

16(1)

18

20(3)

30

40

70(1)

90(1)

другое(76)

Высота, мм

0.5

1(15)

1.5(1)

2(17)

2.5(2)

3(17)

3.5(3)

4(5)

4.5

5(16)

5.5

6(2)

7(2)

7.6(1)

8(6)

9(1)

10(8)

11(1)

12

12.5

13(1)

15(1)

16(1)

20(1)

25(1)

30

другое(8)

Показать всё

Марка

N33

N35(8)

N38(73)

N40(2)

N42(7)

N44

N45(13)

N48

другое(7)

Показать всё

Вес, г

мггкгмггкг

0. 01(1)

0.015

0.04(1)

0.05(1)

0.1(1)

0.12(1)

0.13(1)

0.15(1)

0.16(2)

0.19(1)

0.2(2)

0.21(1)

0.22(1)

0.3(2)

0.35(1)

0.37(1)

0.38(1)

0.4(4)

0.45(1)

0.46(1)

0.5(2)

0.55(1)

0.6(4)

0.7(2)

0.75(1)

0.76(1)

0.8(1)

0.85(2)

0.86(1)

0.95(1)

0.96

1

1.07(1)

1.1(1)

1.2(1)

1.29(1)

1.5(1)

1.6(1)

1. 8(2)

1.9(2)

2.1(2)

2.15(1)

2.25(1)

2.4(1)

2.5

2.55(1)

2.6(3)

2.65(1)

2.9(2)

3(3)

3.05(1)

3.35(1)

3.53(1)

3.6

3.7

3.8(1)

4(2)

4.2(1)

4.8(2)

5(1)

5.1

5.15(1)

5.2

5.3

5.9(1)

6(4)

6.1

6.6

6.8

7

7.5

7.6

8

8.5

8.9

9(1)

9.1

9.5(1)

10

11

12(1)

13

13.2(1)

13. 9(1)

14(2)

16.7

16.85

18

22

23(1)

23.8(1)

24(1)

25

27

28(1)

29

30(1)

40(1)

45

47(2)

54(1)

60(1)

66.6

76(1)

80(1)

94(1)

106

120

178

188

295(1)

358

370(1)

442

другое(6)

Показать всё

Сила, кг

мггкгмггкг

0.08(1)

0.09(2)

0.1(1)

0.11(1)

0.12(1)

0.15(1)

0.17(1)

0. 2(2)

0.21(1)

0.22(1)

0.23

0.24(1)

0.25

0.26(1)

0.27(1)

0.29(4)

0.31(1)

0.32(1)

0.34(1)

0.35(1)

0.39(1)

0.4(1)

0.41(2)

0.5(5)

0.51(2)

0.52(1)

0.54(2)

0.57(1)

0.58

0.59

0.6(1)

0.65(2)

0.7

0.72(1)

0.8(3)

0.81(1)

0.89(1)

0.95(1)

1(2)

1.1

1.14(1)

1.2(2)

1.3

1.33(1)

1.34(1)

1.4(3)

1. 5

1.6(1)

1.66(1)

1.7(1)

1.71(1)

1.77(1)

1.8(1)

1.86(1)

1.87(1)

2(2)

2.1(1)

2.26(1)

2.3

2.31(1)

2.4

2.44(1)

2.5(1)

2.8

2.88(1)

2.93(1)

2.97(1)

3

3.2

3.3

3.4(1)

3.5

3.55(1)

3.64(1)

3.7

3.8

3.88(1)

3.93(1)

4

4.02(1)

4.1

4.2

4.36(1)

4.46(1)

4.56

4.7

4.8(1)

5

5.08

5. 45

5.5

5.6

6(2)

6.3

6.7

7

7.07(1)

7.6(1)

8(1)

8.04(1)

8.13

8.5

8.8(1)

10.44

10.5(1)

11

11.05(1)

11.53(1)

12.7

14(1)

15

18(1)

21

22

23(1)

25(1)

25.2(1)

25.98(1)

28.9

29(1)

35(1)

41.36

65

75(1)

80(1)

92

115

другое(5)

Показать всё

Найти

Магниты

Все товарыВ наличииПод заказ

Вид товаров:

Страницы

Ctrl ← предыдущая      Ctrl → следующая

Ещё 60 позиций для заказа →

Радиодетали :: Магниты :: Неодимовые магниты

Фильтр товаров

Форма магнита

• • Диск
  • Кольцо с зенковкой
  • Призма
  • Призма с зенковкой
  • Пруток

• По этим критериям поиска ничего не найдено

Сила сцепления (кг)

 – 

• 0. 27
• 120

Толщина (мм)

Длина призмы (мм)

• • 10
  • 12
  • 15
  • 20
  • 25
  • 35
  • 8

• По этим критериям поиска ничего не найдено

Ширина призмы (мм)

• • 10
  • 12
  • 15
  • 20
  • 5
  • 6
  • 8

• По этим критериям поиска ничего не найдено

Диаметр (мм)

Сбросить

Что такое магнитный диод? Да, есть такое.

21 мая 2018 г. Ли Тешлер 2 комментария

Диод, который проводит и блокирует электрический ток магнитным путем, а не через интерфейс между двумя полупроводниками, был разработан в Университете Миссури.

Исследователи разработали модели магнитной корреляции для описания наблюдаемого магнитного поведения. Розовые и желтые шары в вершине представляют собой ± 1 единицу магнитного заряда.

Разработка исходит от группы физиков во главе с Дипаком К. Сингхом, адъюнкт-профессором физики и астрономии Университета Миссури. Диод состоит из двумерного наноструктурированного материала, созданного путем осаждения магнитного сплава или пермаллоя на шаблон с сотовой структурой на поверхности кремния. Материал ведет себя как диод без приложения внешнего магнитного поля — магнитные заряды в самом материале создают эффект диода. Что интересно в этом материале, так это то, что он рассеивает значительно меньшую мощность во время проводимости по сравнению с обычным полупроводниковым диодом.

Электронное поведение диодного типа при комнатной температуре. Слева измерения дифференциальной проводимости на сотовой решетке
толщиной 6 нм показывают сохранение диодного выпрямления при T = 300 K. В центре электронное поведение, наблюдаемое при измерениях дифференциальной проводимости, независимо проверено I– В
характеристики. Характерные графики зависимости напряжения (В) от тока (I) при T = 300. Справа: дифференциальная проводимость, рассчитанная как
из графика V – I, как функция смещения тока.

Сингх и его коллеги описали работу в статьях «Поведение магнитного диода при комнатной температуре в двумерных сотах» и «Спиновое твердое тело в сравнении с упорядоченным состоянием магнитного заряда в искусственной сотовой решетке соединенных элементов», опубликованных в журналах Advanced Electronic Materials и Advanced Science . . Похоже, поведение диода, которое они наблюдали, не было предсказано их теоретическими моделями. «К нашему удивлению, мы обнаружили выпрямление диодного типа в наноструктурированной двумерной сотовой решетке, изготовленной из сверхмалого пермаллоя (Ni _0,81 Fe _0,19 ) магнит», — пишут исследователи. «Электронные измерения на вновь изготовленной пермаллоевой сотовой решетке сверхмалых соединительных элементов (≈12 нм) выявили однонаправленные электрические свойства без приложения магнитного поля и с выходной мощностью порядка ≈30 нВт. Фактически приложение магнитного поля превращает асимметричное поведение в симметричное явление. В нулевом поле электрическая дифференциальная проводимость увеличивается более чем на два порядка при небольшом однонаправленном приложении тока ≈10 мкА по сравнению с пренебрежимо малым значением вблизи нулевого смещения. Электронное измерение противоположно направленного тока дает очень маленькую или пренебрежимо малую дифференциальную проводимость», — говорится в одной из статей.

Как изготовить сотовую решетку: Пленка PS-b-P4VP сначала наматывается на кремниевую пластину, сушится в вакууме и отжигается. Замачивание в этаноле разрывает связи между двумя полимерами и позволяет цилиндрам P4VP отделяться от поверхности образца, оставляя матрицу PS в виде сот. Затем ионное травление удаляет большую часть оставшегося полимера. Затем электронно-лучевой испаритель осаждает пермаллой поверх сотового рисунка, чтобы получить магнитные соты.

Судя по комментариям в двух статьях, кажется, что принцип работы нового материала не совсем понятен. «Наблюдение функции диодного типа в пермаллоевой сотовой решетке сверхмалого элемента, возможно, намекает на новые и неисследованные свойства магнитных зарядов (монополей и мультиполей), которые, как утверждается, существуют в этой геометрически нарушенной системе», — пишут исследователи.

Исследователи говорят, что первоначально они изучали двухмерную сотовую решетку в связи с исследованиями спинового льда. Спиновый лед представляет собой магнитное вещество с магнитными моментами (т. е. спином) в качестве элементарных степеней свободы, которые подвержены так называемым фрустрированным взаимодействиям. Геометрическая фрустрация относится к явлению, при котором на регулярной кристаллической решетке конфликтующие межатомные силы приводят к сложной структуре. Прозвище спиновой лед происходит от того факта, что спиновые льды проявляют низкотемпературные свойства, в частности остаточную энтропию, тесно связанные со свойствами обычного кристаллического водяного льда.

Еще одним интересным результатом исследования является то, что диодный эффект наблюдался при комнатной температуре, а не только при очень низких температурах. Тем не менее исследователи говорят, что предстоит проделать большую работу, прежде чем вы сможете заказать магнитный диод у дистрибьютора. Во-первых, диодный эффект исчезает, если решетка слишком толстая или слишком тонкая. Исследователи говорят, что они все еще разрабатывают детальное понимание поведения диода, которое они наблюдают.

Рубрики: Избранные, Рекламные функции

Диод магнитного поля | Блог Apex Magnets

Переключить навигацию

Поиск

Будущее электроники может измениться, поскольку исследователи создали материал, который действует как магнитный диод. Этот «диод магнитного поля» подобен уже известному электрическому диоду, но это устройство могло передавать магнитное поле другому объекту, а не наоборот.

Этот диод магнитного поля был успешно продемонстрирован главным автором Джорди Прат-Кэмпсом, исследователем из Университета Сассекса, и его коллегами из Университета Инсбрука в Австрии, а также теоретиком Ориолом Ромеро-Изартом и физиком-экспериментатором Герхардом Кирхмайром из Института Квантовая оптика и квантовая информация (IQOQI),

Электрические диоды и принцип взаимности Лоренца

Электрические диоды уже давно используются в качестве основных компонентов электроники. Проще говоря, электрические диоды позволяют току, например, от проволочной катушки течь в одном направлении к другой катушке, но не наоборот. Инженеры давно хотели получить сопоставимое устройство, в котором магнитные поля использовались бы вместо электрических токов. Это никогда не было возможно из-за принципа взаимности Лоренца, который гласит, что когда источник магнитного поля, такой как проволочная катушка, индуцирует поле во втором источнике, второй источник сможет индуцировать поле в первом. Итак, благодаря законам электромагнетизма — и экспериментальным демонстрациям на сегодняшний день — эта передача является симметричной, что означает, что поля перемещаются как от А к В, так и от В к А.

В то время как электрические диоды могут решить эту проблему, не существует равноценного решения при работе с магнитными полями. Так продолжалось до тех пор, пока Прат-Кэмпс и его команда не начали исследования с диодом магнитного поля.

Как это работает?

Этот диод магнитного поля работает аналогично электрическому диоду, но с добавлением нескольких элементов. Чтобы магнитное поле не работало симметрично, две катушки должны быть помещены в стенки полого проводящего цилиндра. Однако вы не можете просто добавить цилиндр, так как цилиндр должен вращаться с постоянной скоростью. Цилиндр действует как плащ, делающий объекты невидимыми для магнитного поля/является «червоточиной», направляющей магнитное поле между двумя точками в пространстве по невидимому туннелю, а также другие вещи. Тогда невзаимность магнитного поля будет сохраняться до тех пор, пока цилиндр продолжает вращаться с постоянной скоростью.

Этот новый диод может найти широкое применение в электрических устройствах, которые в настоящее время используют симметрично связанные магнитные элементы, включая электродвигатели, трансформаторы и аппараты МРТ. Кроме того, с помощью этой технологии можно значительно улучшить беспроводные зарядные устройства — вам нужен поток энергии в одном направлении (к телефону от зарядного устройства), а не наоборот (к зарядному устройству от телефона).

Хотя диод магнитного поля в настоящее время слишком громоздкий, чтобы его можно было использовать в повседневном использовании, исследователи считают, что это был монументальный первый шаг. С дальнейшими исследованиями мы можем увидеть диоды магнитного поля во многих других устройствах нашей электроники. Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования, науки и исследований Австрии и Европейского Союза и опубликована в журнале Physical Review Letters.