Наномагниты: Наномагниты

Содержание

Наномагниты

Наномагниты позволят использовать меньше редкоземельных металловые и легкие магниты могут выйти на рынок уже в ближайшие несколько лет, делая возможным производство эффективных автомобильных двигателей и ветряных турбин. Необходимость разработки нового материала обусловлена тем, что лучшие из существующих на данный момент магнитов изготовлены из редкоземельных металлов, поставка которых остается ненадежной даже в условиях растущего спроса.

Итак, сегодня исследователи работают над новыми типами наноструктурированных магнитов, в которых будет использоваться меньшее количество редкоземельных металлов по сравнению с обычными магнитами. Многие моменты еще требуют доработки, и, тем не менее, сотрудники GE Global Research надеются продемонстрировать новые материалы для магнитов в течение ближайших двух лет.Самые мощные из существующих сегодня магнитов обязаны своими свойствами наличию в них сплава редкоземельного металла неодима (в составе которого присутствуют также железо и бор). Иногда с целью улучшения свойств магнита производители добавляют в сплав другие редкоземельные металлы, в том числе диспрозий и тербий. Поставки всех трех из этих редких металлов находятся под угрозой из-за растущего спроса и возможности ограничения экспорта основной страной-производителем – Китаем.Все еще неясно, успеют ли новые магниты выйти на рынок прежде, чем спрос на редкоземельные металлы превысит их предложение. По прогнозам Министерства энергетики США (DOE) всемирное производство окиси неодима (ключевого компонента магнитов) в 2015 году составит 30 657 тонн. Согласно одному из сценариев все того же Министерства энергетики спрос на это металл в 2015 году окажется слегка выше означенной цифры. Конечно, в сценариях DOE присутствует элемент догадки, однако даже по самым скромным подсчетам спрос на неодим превысит предложение уже к 2020 году.

"До сих пор разговоры о редкоземельных металлах крутились вокруг Китая и разработки месторождений",  – заметил Стивен Дюкло, специалист по устойчивости материалов в GE Global Research. – "Мы верим, что наша технология способна повлиять на решение этого вопроса". Министерство энергетики США финансирует «магнитный проект» GE, а также проект исследователей из университета штата Делавэр в рамках программы Управления перспективных исследовательских проектов-Энергия (ARPA-E), стимулирующей исследования в области революционных технологий.

В состав обычных магнитов входят многие из дорогих редкоземельных металлов"Работа над новыми магнитными материалами – отнюдь не из легких", – поделился Джордж Хаджипанаис (Hadjipanayis), декан Факультета физики и астрономии Университета штата Делавэр. Впервые Джордж занялся разработкой неодимовых магнитов в 1980-х годах, во время работы в Kollmorgen. "В тот раз нам, возможно, просто повезло", – говорит он о первоначальной разработке магнитов.

Тогда для создания нового магнита исследователи использовали кристаллизацию сплавов с последующим поиском новых форм с улучшенными свойствами. Однако в дальнейшем этот подход использоваться не будет. "Производительность неодимовых магнитов исчерпала себя", – поясняет Фрэнк Джонсон, ведущий специалист по «магнитным» исследованиям в рамках программы GE. И Хаджипанаис с ним согласен. "Теперь вся надежда на нанокомпозиты", –  заключил он.

Нанокомпозитные магнитные материалы состоят из наночастиц металлов, присутствующих в сегодняшних магнитных сплавах. Эти композиты, к примеру, включают смесь наночастиц неодима с наночастицами железа. Результатом взаимодействия таких наноструктурированных фрагментов магнита становится усиление его магнитных свойств по сравнению с обычными магнитными сплавами.

Преимущество использования нанокомпозитов имеет два аспекта: они позволяют усилить магнит, не увеличивая его веса, и для них требуется меньшее количество редкоземельных металлов. Улучшение магнитных свойств в этих нанокомпозитах объясняется свойством, называемым обменной связью (синергетическим взаимодействием). Упрощая сложный физический процесс, можно сказать, что связь между отдельными наночастицами в композите приводит к появлению магнитные свойств более сильных, чем сумма свойств отдельных его компонентов.

Обменной связи между чистыми материалами магнита не существует, однако она появляется в композитах, составленных из смеси наночастиц тех же металлов, что используются и для обычных магнитов. "Преимущество сильных магнитов в том, что их можно поместить в меньшие и более легкие механизмы", – пояснил Джонсон.Наночастица нового вида магнита - смесь неодима, железа и бора

GE не планирует раскрывать названия конкретных используемых материалов или приводить методы производства, однако, по словам Джонсона, компания будет опираться на технологии, разработанные для других металлов. Сейчас основная задача компании – расширить метод для применение его в производстве больших магнитов – пока что он работает только для тонких слоев нанокомпозитов. На дальнейшую разработку компания получила от ARPA-E финансирование в размере 2,25 млн. долл. США.

Группа исследователей Университета штата Делавэр, в свою очередь, получила на разработку почти 4,5 млн. долл. США (финансирование ARPA-E). Необходимые наночастицы можно создавать в небольших количествах в лаборатории, но увеличить масштаб их производства достаточно трудно. "Эти вещества отличаются очень высокой химической активностью", – пояснил Джордж Хаджипанаис.

Группа экспериментирует с широким спектром различных видов наночастиц, в том числе с комбинациями из наночастиц неодима и железокобальтового сплава. Еще одна проблема заключается в необходимости расположить наночастицы в смеси таким образом, чтобы они находились в достаточно тесном  контакте для появления обменной связи. Хаджипанаис заверяет, что это вопрос времени, и постепенно все у них получится.

Источник: www.technologyreview.com

Сильные и мощные неодимовые супер магниты

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

  1. Неодимовые магниты
  2. Большие магниты

Часто спрашивают

Показать все Свернуть


По умолчаниюНазвание (А - Я)Название (Я - А)Цена (низкая > высокая)Цена (высокая > низкая)Рейтинг (начиная с высокого)Рейтинг (начиная с низкого)Код Товара (А - Я)Код Товара (Я - А)

еще один кандидат на замену кремниевым транзисторам в микропроцессорах будущего


Всем людям, более-менее знакомым с электроникой, известно, что в современных цифровых микросхемах, в том числе и процессорах компьютеров, информация кодируется в виде 0 и 1, которым соответствуют определенные уровни электрического напряжения. Это напряжение передается по электрическим проводникам и коммутируется транзисторами, которые требуют для своей работы дополнительной энергии. В принципе, чего-то подобного можно добиться при помощи крошечных наномагнитов, переключая ориентацию их полюсов, каждому из которых соответствует значение 1 или 0. Переключение полярности крошечного магнита требует меньших затрат энергии, нежели переключение состояния транзистора и это может привести к тому, что наномагнитные микропроцессоры смогут решать ресурсоемкие задачи, такие, как взлом зашифрованных данных или обработка изображений, быстрее и затрачивая на это гораздо меньшее количество энергии, чем традиционные процессоры.

В недалеком прошлом ученые уже пытались создать цифровые чипы с наномагнитами. Но тогда ученым удалось расположить на поверхности кристалла чипа только один слой магнитов, из-за чего им, наномагнитам, для нормальной работы требовалось значительное количество свободного окружающего пространства. Группа исследователей из Технического университета Мюнхена (Technical University of Munich), возглавляемая Ириной Айхвальд (Irina Eichwald), выяснила, что для того, что бы конкурировать с плотностью упаковки транзисторных чипов, наномагнитные чипы должны состоять из многослойных структур, насчитывающих сотни и тысячи слоев наномагнитов.

Проработав этот вопрос, исследователи принялись за изготовление подобного чипа и получили структуру, состоящую из 100 слоев наномагнитов. Используя определенные методы, исследователи заставили группы наномагнитов действовать как отдельные логические элементы, которые, как известно, являются стандартными блоками всех цифровых чипов. Для управления и считывания состояния наномагнитов использовались магнитные поля, распространяющиеся по поверхности чипа и внутри каналов специальных магнитопроводов. Переключение ориентации одного из магнитов логического элемента вызывало цепную реакцию переключения других связанных с ним магнитов, а конечное положение всех этих магнитов являлось результатом выполненной логической или арифметической операции. При этом, расход энергии на выполнение простейших операций был в 35 раз меньше, чем расход энергии аналогичных электронных схем на транзисторах.

"В структуре наномагнитных чипов полностью отсутствуют какие-либо проводники, для выполнения чипом различных операций требуется всего лишь воздействие внешнего магнитного поля определенной конфигурации" - рассказывает Ирина Айхвальд, - "Такие чипы очень легко разделяются на множество независимых блоков, способных производить огромное количество параллельных вычислений. При этом, энергия тратится лишь только в момент начального инициирования потока операции и в момент считывания результата исполнения этой операции".

"Технология наномагнитных многослойных чипов является еще одним весьма перспективным кандидатом на замену существующих кремниевых технологий" - рассказывает Питер Бентли (Peter Bentley), ученый и эксперт из Университетского Лондонского колледжа, - "Кроме огромных возможностей по распараллеливанию вычислений такие чипы могут предложить функции динамического изменений архитектуры процессора, которая каждый раз сможет оптимизироваться для выполнения определенной задачи".


Первоисточник

Наномагниты, сделанные в Томске, помогают лечить рак — Российская газета

Разработка томских ученых, выполненная соместно с коллегами из Словении, позволяет повысить эффективность лечения рака в десятки раз. Препараты адресно попадают в клетки опухоли - туда их притягивает магнит, размещенный на теле пациента. Для того чтобы это стало возможно, исследователи изготовили магнитные наночастицы и упаковали их в липосомы, содержащие также молекулы лекарства.

Получать сферические магнитики диаметром от 3 до 15 нанометров научились в Отделе структурной макрокинетики Томского научного центра СО РАН. Частицы магнитного материала перемалывают в специальной мельнице, смешав с инертным веществом.

После этого в Институте Йожефа Стефана (Словения) томские наночастицы вместе с химиотерапевтическим препаратом упаковали внутрь крошечных пузырьков, так называемых "липосом". Мембрана липосомы состоит из природных фосфолипидов, поэтому они безвредны для организма, а их оболочка может сливаться с клеточной стенкой, что приводит к доставке содержимого пузырьков внутрь клетки. А чтобы начиненные лекарством пузырьки прилипли именно к больным клеткам (к опухоли), не затронув здоровые ткани, их буквально примагничивают в нужное место. В опытах с препаратом доксорубиксин было показано возрастание эффективности лечения в 20 раз. Это означает, что во столько же раз можно снизить дозу применяемой химиотерапии, а значит сберечь здоровье пациента.

Впрочем, томские наномагнитики можно использовать и в других целях.

- В процессе механического воздействия нанопорошки "запасают" избыточную энергию, что в дальнейшем  определяет их взаимодействие с различными биологическими объектами, - рассказывает ученый секретарь Отдела структурной макрокинетики Ольга Терехова. - Так, совместными исследованиями с сотрудниками Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН (Новосибирск) было показано, что наши наночастицы превосходят по эффективности переноса ДНК в клетки аналогичные частицы, полученные методом химического соосаждения.

Томские нанопорошки можно использовать для решения целого спектра задач в области биологии, медицины и экологии. Так, при проведении ДНК-диагностики с помощью метода ПЦР (полимеразной цепной реакции) минимагнитики помогают концентрировать и выделять нуклеиновые кислоты. Использование наночастиц позволяет увеличить срок хранения нестабильных биологических веществ, например, ферментов. С помощью наномагнитов можно очищать почву от загрязнения нефтью. А, кроме того, они являются отличным контрастным веществом при проведении магнитно-резонансной томографии.

- Нами уже получены три российских патента, их обладателями вместе с Томским научным центром СО РАН являются Сибирский государственный медуниверситет (Томск) и Институт Йожефа Стефана (Словения), - говорит кандидат технических наук Ольга Терехова. -  Подана заявка на изобретение совместно с Институтом химии нефти СО РАН, также в стадии оформления зарубежный патент.

Очищающие кровь наномагниты | Нанотехнологии Nanonewsnet

На сегодняшний день для того, чтобы фильтрировать кровь от токсичных веществ, используются методы фильтрации или диализа. Но естественные молекулы человеческого организма слишком крупны для того, чтобы свободно вывести их без вреда для окружающих клеток и тканей. Считается, что единственным эффективным методом полного выведения является абсолютная замена всей плазмы крови. Но ученые Цюрихского института химии и биоинженерии во главе с Инге Херрманом, сделали открытие в области нанотехнологий. Они открыли новый способ очистки плазмы крови от различных токсинов всего за несколько часов. Для этого применяются специальные наномагниты диаметром всего 30 нанометров. Всего лишь одного грамма этих наномагнитов достаточно, чтобы полностью очистить кровь практически от любых токсинов.

Такие наномагниты, попадая в кровь, способны эффективно и быстро притягивать к себе молекулы различных токсинов. После тщательной настройки магниты притянут к себе только заданный токсин, а не частицы крови или нормальные молекулы организма. Из-за ровной, без пор, поверхности наномагниты обладают высокой притягивающей способностью.

Ученые провели ряд опытов. Сначала в обычной емкости кровь перемешали с наномагнитами. Из-за особых реологических свойств крови смешивание произошло тщательно и быстро. И всего лишь за несколько минут наномагниты эффективно притянули находящийся в крови токсин, скорость притягивания которого прямо пропорционально константе связывания. После процедуры связывания наномагниты с легкостью отфильтровываются при помощи постоянного магнита уже значительно большего размера. Магнит закреплен неподвижно на наружной стенке сосуда с кровью.

В предыдущих опытах на лабораторных животных ученые использовали гораздо большее количество наномагнитов, что приводило к быстрому распаду эритроцитов и изменяло коагуляционные свойства крови. Сегодня были разработаны более мощные наномагниты, которые требуются для введения в гораздо меньшем количестве. Проведенные опыты отрицают как влияние на эритроциты, так и на свертываемость крови. Также, наномагниты некоим образом не затронули нормальное функционирование гемоглобина и его производных. Хотя, ведутся исследования о влиянии на синтез и сборку гема.

В ближайшем будущем ученые планируют провести масштабные тестирование новой методики очищения крови с целью выявления побочных эффектов и оптимальных дозировок. Если серьезных побочных эффектов будет не выявлено, то этот метод начнет активно внедряться в сферу лечения отравлений различной этиологии, заражений, аутоиммунных заболеваний и многих метаболических нарушений.

Наномагниты самостоятельно собрались в спиновые элементы памяти

Jeongmin Hong et al./ Applied Physics Letters, 2018

Физики из Китая и США предложили новый способ получения спиновых магнитных устройств памяти с размером ячейки менее 10 нанометров. Оказалось, что необходимые для таких устройств пленки из анизотропных магнитных частиц в диэлектрической матрице образуются в результате самосборки при магнетронном распылении. Магнитные свойства полученных устройств делают их перспективными элементами будущей энергонезависимой спинтроники, пишут ученые в Applied Physics Letters.

В спинтронных устройствах информация кодируется и хранится не в зарядах электронов, как в обычной электронике, а в их спинах. Одно из устройств, которое уже сейчас может использоваться в электронных устройствах, — магнитные элементы памяти с переносом спинового момента (spin transfer torque magnetic random access memory), в которых для изменения ориентации используется эффект туннельного магнетосопротивления. Единичный запоминающий элемент в таких ячейках — магнитная наночастица, магнитный момент которой ориентируется перпендикулярно плоскости устройства. От соседних частиц она отделена нанометровым изолирующим слоем, и кодирование информации происходит с использованием туннельного тока в этом диэлектрическом зазоре. Подробнее о спиновых элементах памяти и других спинтронных устройствах можно прочитать в нашем материале «Магнетизм электричества».

Магнитные элементы памяти с переносом спинового момента относятся к классу энергонезависимых запоминающих устройств, и позволяют производить запись быстро и с очень небольшими затратами энергии, при этом перезаписывать информацию в них можно практически бесконечное число раз. Одна из проблем при создании этих наноячеек памяти — поиск баланса между размерами устройства, устойчивостью по отношению к тепловым колебаниям и возможностью использования для перезаписи относительно низких плотностей тока.

Физики из Китая и США под руководством Луна Ю (Long You) из Хуачжунского университета науки и технологии обнаружили, что получать подобные ячейки памяти нужного размера можно из анизотропных магнитных наночастиц, которые образуют необходимую структуру за счет процессов самоорганизации. В качестве магнитных элементов ученые использовали анизотропные частицы из сплава железа и платины (FePt) диаметром в несколько нанометров. Для получения массивов из таких частиц, в диэлектрической матрице из оксида циркония ZrO2 ученые использовали одновременное магнетронное распыление в вакууме сплава Fe55Pt45 и оксида циркония с потоком аргона при 520 градусах Цельсия.

Схема исследованного спинового элемента памяти и его микрофотография, полученная с помощью просвечивающего электронного микросокпа

Jeongmin Hong et al./ Applied Physics Letters, 2018

В результате физикам удалось получить пленки из магнитных частиц с минимальным размером одной ячейки около 5 нанометров. Между собой частицы были разделены диэлектрическим слоем толщиной около 1 нанометра. Чтобы управлять намагниченностью наночастиц с помощью туннельного тока ученые использовали сканирующий туннельный микроскоп, для которого разработали специальный многослойный зонд, состоящий из двух магнитных и одного диэлектрического слоев. С помощью этого зонда можно было переключать направление спинового тока и менять при этом взаимную ориентацию соседних магнитных наночастиц

Коэрцитивная сила магнитных наночастиц в полученной пленке составила 23,2 килоэрстеда, а напряженность магнитного поля анизотропии вдоль оси тяжелого намагничивания — около 6 тесла. По словам авторов исследования, эти значения свидетельствуют о перспективности предложенного метода для создания спиновых устройств памяти, которые не требуют для хранения информации никаких источников энергии и могут использоваться спинтронных устройств со сверхнизким потреблением мощности. Кроме того, разработанный физиками зонд для исследования и управления этими пленками также может применяться в будущем.

Другой подход к созданию элементов спиновой магниторезистивной памяти для компьютеров — создание устройств с крайне высокой плотностью спинового тока. Например, нидерландские физики создали для этого рекордное по размерам устройство на основе ферромагнетика и сверхпроводника, которое также может использоваться при производстве магнитных датчиков или твердотельных аккумуляторов, не основанных на химических реакциях.

Александр Дубов

NanoMagnet в USD (nMAG в доллар США)

конвертировать (обменный курс)
nMAG в доллар США

МУЛЬТИ КОНВЕРТЕР валют .

0.0000 USD

Поддержите нас, поделившись этим сайтом. Спасибо.

Информация о файлах cookie и отказе от ответственности. .

nMAG (nanoMagnet) Доллар США (USD) Таблица преобразования

nanoMagnet (nMAG) USD (Доллар США)
1 nanoMagnet 0.00000000 USD
10 наноМагнит 0,00000000 USD
100 наноМагнит 0,00000000 USD
1,000 наноМагнит 0,00000000 USD
10,000 наноМагнит ,000 0,00000000 USD
НаноМагнит 0,00000003 USD
1,000,000 nanoMagnet 0,00000033 USD
10,000,000 nanoMagnet 0.00000327 USD
100000000 nanoMagnet 0,00003274 USD

Новости

Цена на золото в долларах США (доллары США)

Цена на серебро в долларах США (доллары США)

Посмотрите текущую цену на наномагнит. Контролировать текущую ставку. Конвертируйте суммы в доллары США и другие валюты и обратно с помощью этого простого калькулятора.

Что такое nMAG (наноМагнит)?

nMAG (nanoMagnet) - единица криптовалюты Magnet (MAG). 1 МАГ = 1000000000 наноМагнит.

Старые новости о nMAG

Ежедневные новости Цена MAG в субботу, 23 января 2021 года

Как изменилась валюта вчера? Средняя стоимость Магнита за конвертацию (или обменный курс) в течение дня составила $ 0,000588. Мин. Стоимость магнита составила 0,000588 долларов. Максимум. Цена MAG составляла 0,000588 долларов. Цена MAG оставалась неизменной между мин. и макс. значение. Посмотрите на следующий день, если будет так же.

Ежедневные новости Цена MAG в пятницу 22 января 2021 года

Посмотрим на вчерашний день.Цена MAG оставалась неизменной между мин. и макс. значение. Средняя стоимость Магнита за конвертацию (или обменный курс) в течение дня составила $ 0,000588. Максимум. Цена MAG составляла 0,000588 долларов. Мин. Стоимость магнита составила 0,000588 долларов. Посмотрите на следующий день, если будет так же.

Ежедневные новости Цена MAG в четверг, 21 января 2021 года

Посмотрим на вчерашний день. Средняя стоимость Магнита за конвертацию (или обменный курс) в течение дня составила $ 0,000588. Максимум. Цена MAG составляла 0,000588 долларов. Мин. Стоимость магнита составила 0,000588 долларов.Цена MAG оставалась неизменной между мин. и макс. значение. Посмотрите на следующий день, если будет так же.

Ежедневные новости Цена MAG в среду, 20 января 2021 г.

Оценим вчерашние изменения цен. Мин. Стоимость магнита составила 0,000588 долларов. Максимум. Цена MAG составляла 0,000588 долларов. Средняя стоимость Магнита за конвертацию (или обменный курс) в течение дня составила $ 0,000588. Цена MAG оставалась неизменной между мин. и макс. значение. Посмотрите на следующий день, если будет так же.

Ежедневные новости Цена MAG в субботу 16 января 2021 года

Посмотрим на вчерашний день.Средняя стоимость Магнита за конвертацию (или обменный курс) в течение дня составила $ 0,000588. Максимум. Цена MAG составляла 0,000588 долларов. Мин. Стоимость магнита составила 0,000588 долларов. Цена MAG оставалась неизменной между мин. и макс. значение. Посмотрите на следующий день, если будет так же.

Ежедневные новости Цена MAG в пятницу 15 января 2021 года

Оценим вчерашние изменения цен. Среднее значение

Нанокомпьютеры с полевыми наномагнитами - Скачать PDF бесплатно

1 IEEE СДЕЛКИ ПО НАНОТЕХНОЛОГИИ, ТОМ.1, № 4, ДЕКАБРЬ Нанокомпьютинг с помощью полевых наномагнетиков Дьёрдь Чаба, Александра Имре, Гэри. Х. Бернштейн, Вольфганг Пород, научный сотрудник, IEEE, и Виталий Метлушко Аннотация Мы демонстрируем посредством моделирования возможность использования магнитно-связанных ферромагнитных точек нанометрового масштаба для цифровой обработки информации. Микроэлектронные схемы обеспечивают ввод и вывод магнитной наноструктуры, но сигнал обрабатывается посредством взаимодействия магнитных точек. Логические функции могут быть определены правильным размещением точек.Мы представляем макромодель SPICE взаимодействующих наномагнетиков и используем этот инструмент для проектирования и моделирования предлагаемых логических блоков наномагнита. Эта модель SPICE позволяет нам моделировать такие устройства обработки магнитной информации в тех же рамках, что и обычные электронные схемы. Ключевые слова Магнитная память, микромагнитный дизайн, структурированные магнитные носители, клеточные автоматы с квантовыми точками, однодоменное приближение, макромодель SPICE. I. ВВЕДЕНИЕ В индустрии хранения компьютерных данных в течение нескольких десятилетий преобладали технологии тонких магнитных пленок.Недавно узорчатые магнитные носители на глубоких субмикронных и наномасштабах открыли перспективу новых структур запоминающих устройств [1]. Использование отдельной ферромагнитной точки для представления одного бита информации обещает увеличить емкость жестких дисков (HDD) на один или два порядка. Устройства с магнитной оперативной памятью (MRAM) также могут произвести революцию в отрасли хранения данных, поскольку они предлагают меньшее рассеивание энергии, более высокую скорость и большую плотность хранения, чем современные устройства с динамической RAM.В таких магнитных носителях с рисунком каждая частица магнитного запоминающего устройства адресуется индивидуально либо головками чтения и записи (RW) (как в случае жестких дисков), либо путем пересечения электрических проводов (как в случае MRAM). Емкость хранения ограничена устройством RW, а не размером самой магнитной точки. Более того, диполярное взаимодействие между соседними магнитными частицами может вызвать потерю хранимой информации и тем самым ограничить плотность упаковки точек. Цель этой работы - воспользоваться преимуществами этих нежелательных диполярных взаимодействий и использовать их для обеспечения взаимосвязи в больших массивах магнитных точек.Это устраняет необходимость индивидуального доступа к каждой точке. Устройство RW необходимо только на периферии массива, где оно контролирует состояние входных точек и считывает рукопись, полученную 6 июня 2002 г .; пересмотрено 19 августа. Эта работа была частично поддержана грантами Управления военно-морских исследований и W.M. Фонд Кека. Этот документ основан на работе, представленной на семинаре по кремниевой наноэлектронике 2002 г., Гонолулу, Гавайи, Джун Г. Чаба, А. Имре, Г. Х. Бернштейн и В. Пород работают из Центра нанонауки и технологий факультета электротехники университета Нотр-Дам, Нотр-Дам В США (В.Метлушко работает на факультете электротехники и информатики Иллинойского университета, Чикаго, Иллинойс, США. Цифровой идентификатор объекта / TNANO (a) (b) Рис. 1. (a) Индивидуальный доступ к наномагнетикам в устройстве MRAM. (б) Полевая структура. выходные точки. Внутри массива информация распространяется полностью за счет взаимодействия магнитных точек. Эта концепция обеспечения локальной взаимосвязанности посредством физических взаимодействий аналогична схеме квантовых точек клеточных автоматов (QCA) [2], применяемой к магнитным взаимодействиям [3].Эта концепция проиллюстрирована на рис. 1, где схематическая структура MRAM (каждая точка, контактирующая с проводами) сравнивается с линией магнитно связанных точек. Магнитные взаимодействия могут использоваться не только для распространения информации, но и для выполнения задач обработки сигналов. Если взаимодействие между соседними точками достаточно сильное, то состояние каждой точки может быть однозначно определено состоянием ее соседей и историей намагничивания. Мы продемонстрируем проектирование геометрий для реализации функций элементарной булевой логики.Хорошо известная теория микромагнетизма [4], [5] описывает поведение ферромагнитных частиц. Однако эта теория слишком сложна и требует больших вычислительных ресурсов, чтобы ее можно было использовать для разработки больших массивов точек. Поэтому мы разработали макромодель SPICE для моделирования взаимодействующих массивов наномагнетиков, которая также позволяет нам обрабатывать эти массивы, встроенные в микроэлектронные схемы. Эта модель SPICE основана на однодоменном приближении (SDA), которое является предельным случаем микромагнитных уравнений для частиц нанометрового размера.Основываясь на этой модели SPICE, мы продемонстрируем два примера простых схем наномагнита, а именно провод и логический вентиль большинства. Насколько нам известно, относительно SPICE-моделирование магнитных наноструктур было выполнено относительно мало. Макромодели были разработаны для ячеек памяти с гигантским магнитосопротивлением (GMR) [6], но эти модели включают эффекты гистерезиса только феноменологическим образом. Мы считаем, что наша работа - первая, в которой SPICE используется в качестве микромагнетика на основе физики X / 02 $ IEEE

2 210 IEEE СДЕЛКИ ПО НАНОТЕХНОЛОГИИ, ТОМ.1, № 4, ДЕКАБРЬ 2002 г. Симулятор, который открывает путь к эффективному моделированию и проектированию структур наномагнетиков, интегрированных в микроэлектронные схемы. II. SPICE-МОДЕЛЬ ВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩИХ НАНОМАГНИТОВ A. Однодоменное приближение. Достаточно маленькие магнитные частицы, как известно, демонстрируют однодоменное поведение, в то время как более крупные частицы демонстрируют сложные доменные структуры. Обычно точки пермаллоя с размерами порядка 100 нм демонстрируют однодоменное поведение. Здесь мы кратко опишем это приближение, а полные детали и ограничения этой модели будут обсуждены в следующей статье [7].Однодоменное уравнение Ландау-Лифшица описывает, как намагниченность ферромагнитной частицы изменяется под действием эффективного поля. Рис. 2. Блоки схемы из двух связанных наномагнетиков i и j. где - однородное внешнее поле, - поле, создаваемое входными проводами. Для массива наномагнетиков эти формулы приводят к системе связанных обыкновенных дифференциальных уравнений (ОДУ) с тремя уравнениями на наномагнетик. Перейдем непосредственно к численному решению SPICE.Это эффективное поле может быть вычислено по формуле (1) (2) B. Модель динамической схемы. Модель эквивалентной схемы вышеуказанных ОДУ может быть построена путем формального рассмотрения нормализованных компонентов намагниченности и магнитных полей как обобщенных токов. Три компонента уравнений Ландау-Лифшица могут быть записаны как где - тензор размагничивания точки, который учитывает анизотропию формы точки. Имеются аналитические формулы для эллипсоидов и призматических частиц [4], [8].В качестве иллюстрации для вытянутого эллипсоида с осями матрица диагональна, а ее элементы имеют вид (6) Матрица описывает связь между наномагнетиками и может быть вычислена из приближения точечного диполя Здесь - расстояние между точками и - единичный вектор, направленный от магнита к магниту. объем магнита. Обе матрицы и являются константами для данной геометрии. - приложенное внешнее поле, которое разбивается на две части (3) (4) (5) где - компоненты эффективного поля в единицах намагниченности насыщения.Схема модели наномагнита разделена на две подсхемы. Схема точек моделирует поведение отдельной точки на основе (6) и параметризуется тензором размагничивания, который учитывает геометрию частицы. Схема ответвителя обеспечивает поле взаимодействия [см. (2)], параметризованное матрицей связи, которая зависит от расстояний между точками. Обычно достаточно учесть взаимодействия в приближении ближайших соседей. В качестве иллюстрации вышеприведенной модели эквивалентной схемы рассмотрим два связанных наномагнита.На рис. 2 показана блок-схема схемы, моделирующей связанные точки и, а соответствующая модель эквивалентной точечной схемы показана на рис. 3. Управляющие уравнения источников напряжения с регулируемым током определяются правой частью. из (6). Точечная схема имеет вход тока, который представляет поля связи, и вход напряжения, который представляет внешние поля. Это удобная особенность нашей модели, которая, естественно, обеспечивает суммирование по полям соседних точек по токовому закону Кирхгофа.отдельный вход напряжения и все

3 CSABA et al .: НАНОКОМПЬЮТЕРЫ С ПОМОЩЬЮ НАНОМАГНИТОВ 211 Рис. 3. Принципиальная схема точечной схемы. Блок с шестью входами и тремя выходами непосредственно моделирует (6). схемы испытывают то же самое из-за предполагаемой однородности внешнего (накачивающего) поля. Рис. 4. Схема работы нанопроволоки. (а) Начальная конфигурация.(б) состояние высокого поля до и (в) после применения ввода. (d) Окончательное заказанное состояние. C. Входные и выходные схемы. Вход в структуру наномагнита обеспечивается электрическими токами (которые генерируют магнитные поля для входных точек), а состояние выходных точек считывается датчиками магнитного поля (GMR или устройствами с магнитным туннельным переходом). Схема входного ответвителя просто генерирует магнитное поле (входной ток точечной цепи), задаваемое законом Био-Савара (7). Выходная цепь просто состоит из зависимого от поля резистора, который представляет собой чувствительное устройство [9].D. Реализация схемных моделей в SPICE Мы реализовали вышеуказанные модели в TSPICE. Другие версии SPICE (например, HSPICE) также работают после некоторой модификации параметров интегрирования времени по умолчанию. Переходное моделирование простых структур, подобных тем, которые показаны в следующем разделе, на среднем ПК занимало менее минуты. Эта высокая эффективность позволяет выполнять трудоемкие симуляции Монте-Карло (анализ искажений) и исследовать относительно сложные (несколько десятков или сотен точек) структуры.III. ПРИМЕРЫ ЛОГИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ НАНОМАГНИТА A. Проволока наномагнита Проволока наномагнита представляет собой линию связанных наномагнитов, где состояние каждой точки определяется одним входным сигналом. В этой конструкции проволока построена из точек пермаллоя в форме столбиков (). Анизотропия формы гарантирует, что стабильная намагниченность точки в нулевом поле параллельна ее самой длинной оси (перпендикулярной поверхности). Цифровая информация представлена ​​составляющей (вертикальной) намагниченности, как схематично показано на рис.4. Логическое значение 1 может быть присвоено, а логический 0 - к циклу внешнего магнитного поля, который применяется для перевода точек из произвольного начального состояния в упорядоченное конечное состояние. Компоновка и схема работы схематически представлены на рис. 4, а результат соответствующего моделирования SPICE представлен на рис. 5. Рис. 5. Моделирование нанопроволоки с помощью SPICE. Показаны ток драйвера и компоненты m. Фазы (а), (б), (в), (г) соответствуют схемам на рис. 4. Пунктирная линия - поле накачки.Мы предполагаем, что изначально все точки намагничены в одном направлении [Рис. 4 (а)]. Затем прикладывается внешнее магнитное поле накачки. Во время первой фазы часов [Рис. 4 (b)], память о начальном состоянии стирается путем совмещения всех точек параллельно этому сильному внешнему полю, независимо от их истории намагничивания. На втором этапе [рис. 4 (c)] входной ток переключается, что влияет на намагниченность входной точки. На третьем этапе [рис. 4 (d), поскольку тактовое поле адиабатически уменьшается], влияние слабого входного сигнала усиливается и распространяется по структуре, в результате чего возникает антиферромагнитно упорядоченное состояние, определяемое входом.B. Магнитный вентиль большинства. Вентиль большинства является основным логическим строительным блоком схем наномагнита, как и для электронных версий QCA. Схема магнитного мажоритарного затвора с сегментом выходного провода представлена ​​на рис. 6. Входные точки обозначены цифрами 2, 3 и 4. Основной затвор синхронизируется внешним полем аналогично нанопроволоке. К концу цикла откачки точка 1 будет антипараллельна большинству своих соседей. Если одна из входных точек находится в состоянии логической 1, точка реализует логическую функцию ИЛИ-ИЛИ между двумя другими входами и выходом, а если один вход находится в логическом 0, то вентиль вычисляет функцию И-НЕ.

4 212 IEEE СДЕЛКИ ПО НАНОТЕХНОЛОГИИ, ТОМ. 1, № 4, ДЕКАБРЬ 2002 Рис. 6. Физическая схема большинства ворот. Входные точки (точки 2, 3, 4) приводятся в движение электрическими проводами, а результат вычислений представлен точкой 6. Рис. 7. Моделирование SPICE магнитного мажоритарного затвора. Токи соответствуют перпендикулярной намагниченности точек.Пунктирная линия - поле накачки. Моделирование SPICE большинства ворот для конкретной комбинации входов показано на рис. 7. Обратите внимание, что геометрические параметры точки 6 отличаются от других точек в структуре. Это гарантирует, что эта точка является первой точкой, которая переходит в состояние и последней, которая переключается обратно на определенное логическое значение. Этот факт определяет точку 6 как выход конструкции. C. Применимость SDA для моделирования цепей. Поскольку невозможно дать точные и общие критерии достоверности SDA, всегда необходимо проверять его на соответствие микромагнитному моделированию и экспериментальным данным.Мы выполнили подробное трехмерное моделирование [10] с помощью общедоступного кода объектно-ориентированной микромагнитной структуры микромагнетизма (OOMMF) [11]. Смоделированное поведение точек размером менее ста нанометров показало почти полное соответствие с результатами SDA. Для точек большего размера или странной формы модель должна была быть приспособлена к более сложному моделированию, но простые структуры (такие как провод и большинство ворот) качественно работают так же, как и ожидалось от однодоменной модели. Обратите внимание, что приведенная выше модель схемы правильно описывает быструю переходную динамику намагничивания точек.На рис. 5 и 7, временные масштабы очень велики по сравнению с субнаносекундными временами прецессии спина, и поэтому осциллирующее поведение намагниченности не видно. IV. РЕЗЮМЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ В этой статье мы использовали SPICE для решения микромагнитных проблем, и мы применили этот инструмент для моделирования поведения систем сильно связанных наномагнетиков. Целью данной статьи было продемонстрировать, что можно выполнять задачи обработки сигналов с помощью магнитных наноструктур и что эффективные инструменты компьютерного проектирования могут быть разработаны для проектирования структур более высокой сложности.В принципе, логический набор, показанный в предыдущем разделе, удовлетворителен для реализации любого вида логической функции. Поскольку поведение точек при переключении зависит от их геометрических параметров, однородное внешнее поле может быть разработано для нацеливания на определенные точки в большом массиве. (Это устраняет необходимость в сложных схемах синхронизации, которые требуются для электронного контроля качества.) В будущей публикации [7] мы покажем, как можно использовать этот факт для реализации последовательных (синхронизированных) логических схем.Синхронизированная операция также может устранить непредсказуемые метастабильные состояния. Представленная здесь макромодель SPICE соответствует только одному уровню в иерархии магнитного моделирования. Когда представляет интерес только квазистатическое поведение, наномагнетики могут быть полностью охарактеризованы их кривыми гистерезиса, а точечная схема на рис. 3 может быть заменена нелинейной статической схемой. Помимо своей численной эффективности, этот подход привлекателен с теоретической точки зрения, поскольку он дает представление о возможных аналогиях между нелинейными компонентами электрической цепи и нелинейным магнитным поведением.Также существует возможность преодоления ограничений SDA путем введения обменной связи между магнитными частицами. Цепи с наномагнитами в принципе обладают множеством полезных свойств. Рассеивание мощности на битовую операцию составляет всего несколько десятков килотесл на битовую операцию с относительно высокой скоростью (порядка ста мегагерц). Сама сеть из наномагнита проста в реализации и добавляет лишь несколько технологических шагов к стандартной кремниевой технологии. Конечная плотность интеграции определяется суперпарамагнитным пределом и, вероятно, превышает терабит / дюйм для устройств, работающих при комнатной температуре.Учитывая эти привлекательные характеристики, мы считаем, что логические устройства на основе наномагнита могут иметь многообещающие применения в будущем. К ним относятся интеллектуальные датчики магнитного поля, архитектуры типа обработки в памяти или даже комплексный блок обработки сигналов, полностью основанный на связи магнитного поля. БЛАГОДАРНОСТИ Авторы выражают благодарность профессору А. Чургай за плодотворные обсуждения. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ [1] Г. А. Принц, Магнитоэлектроника, Наука, т. 27, нет. 282, стр., Ноябрь [2] C. S. Lent, P. D.Тугау, У. Пород и Г. Х. Бернштейн, Квантовые клеточные автоматы, Nanotechnol., Стр. Ян [3] Р. П. Кауберн, М. Э. Велланд, Магнитные квантовые клеточные автоматы при комнатной температуре, Наука, т. 287, стр., Февраль [4] А. Хуберт, Р. Шафер, Магнитные домены. Берлин, Германия: Springer-Verlag, [5] А. Ахарони, Введение в теорию ферромагнетиков. Оксфорд, Великобритания: Кларендон, [6] Б. Дас, У. К. Блэк и А. В. Похм, Универсальная макромодель HSPICE для битов памяти с гигантским магнитосопротивлением, IEEE Trans. Магн., Т.36, стр., Июль 2000 г.

5 CSABA et al .: НАНОКОМПЬЮТЕРЫ С ПОМОЩЬЮ СВЯЗАННЫХ ПОЛЕМ НАНОМАГНИТЕЙ 213 [7] Г. Чаба и В. Пород, Однодоменная конструкция связанных ферромагнитных призм и их применение в качестве логических устройств, IEEE Trans. Nanoechnol., Отправлено в печать. [8] A. Aharoni, Размагничивающие факторы для прямоугольных ферромагнитных призм, J. Appl. Phys., Т. 83, нет. 3432, [9] Б.Диени, В. С. Спериозу, С. С. Паркин, Б. А. Гурней, Д. Р. Вилхойт, Д. Маури, Гигантское магнитосопротивление в магнитно-мягких мультислоях, Phys. Ред. B, т. 43, нет. 1, стр., Янв. [10] Г. Чаба, В. Пород, Моделирование полевых архитектур на основе массивов магнитных точек, J. Comput. Электрон. I, т. 1, стр., Январь / февраль, [11] М. Дж. Донахью и Д. Г. Портер. Руководство пользователя OOMMF, межведомственный отчет версии 1.0 NISTIR [Online]. В наличии: Дьёрдь Чаба родился в Будапеште, Венгрия, получил степень М.Степень S. в Техническом университете Будапешта, он в настоящее время работает над докторской степенью. степень в Университете Нотр-Дам, Нотр-Дам, Индиана. Его исследовательские интересы заключаются в моделировании и моделировании наноразмерных магнитных систем и изучении их приложений для нетрадиционных (полевых) вычислений. Гэри Х. Бернстайн получил степень бакалавра наук. степень в области электротехники из Университета Коннектикута, Сторрс, в 1979 году и M.S. степень в области электротехники из Университета Пердью, Уэст-Лафайет, Индиана, он получил докторскую степень.Докторская степень Университета штата Аризона, Темпе, в течение лета 1979 и 1980 годов он работал ассистентом в Лос-Аламосской национальной лаборатории, Лос-Аламос, Калифорния, а летом 1983 года стажировался в исследовательском центре Motorola Semiconductor Research. и Лаборатория развития, Феникс, Аризона. Он был научным сотрудником в Университете штата Аризона. Он присоединился к кафедре электротехники Университета Нотр-Дам, Нотр-Дам, штат Индиана, в 1988 году в качестве доцента и занимал должность директора лаборатории микроэлектроники с 1989 года и в настоящее время является профессором и профессором. Доцент кафедры электротехники.Он является автором или соавтором более 90 публикаций в области электронно-лучевой литографии, квантовой электроники, сверхбыстрых интегральных схем, надежности компонентов ULSI и микроэлектромеханических систем. Доктор Бернстайн получил от Национального научного фонда «Белый дом» Писательскую премию Нотр-Дам Канеб 2001 года. Вольфганг Пород (M 86 SM 90 F 01) получил Диплом (MS) и Ph.D. дипломы Университета Граца, Австрия, в 1979 и 1981 годах соответственно. Он занимал постдокторские должности в Университете штата Колорадо, Форт-Коллинз, штат Колорадо, с 1981 по 1983 год, и в Государственном университете Аризоны, Темпе, с 1983 по.Фрейманн профессор электротехники в университете Нотр-Дам. Его исследовательские интересы лежат в области наноэлектроники, с особым акцентом на концепции новых схем для новых устройств наноэлектроники. Александра Имре родилась в Будапеште, Венгрия, в г. Она получила степень магистра наук. степень Технического университета Будапешта в г. Она в настоящее время работает над докторской степенью. степень в Центре нанонауки и технологий, Университет Нотр-Дам, Нотр-Дам, Индиана. Ее научные интересы заключаются в реализации структур наномагнетиков литографическими методами и их характеризации с помощью магнитно-силовой микроскопии.Виталий Метлушко получил награду B.S. и к.т.н. получил степень в МГУ, Москва, Россия, в 1984 и 1990 годах, соответственно, со специализацией в области физики низких температур и криогенной инженерии. В настоящее время он является адъюнкт-профессором кафедры электротехники и вычислительной техники Иллинойского университета в Чикаго. Его исследовательские интересы включают передовые носители записи, новые магнитные материалы и нанотехнологии.

Купить наномагнит онлайн - купить наномагнит со скидкой на AliExpress

Отличные новости !!! Вы попали в нужное место для наномагнита.К настоящему времени вы уже знаете, что что бы вы ни искали, вы обязательно найдете это на AliExpress. У нас буквально тысячи отличных продуктов во всех товарных категориях. Ищете ли вы товары высокого класса или дешевые и недорогие оптовые закупки, мы гарантируем, что он есть на AliExpress.

Вы найдете официальные магазины торговых марок наряду с небольшими независимыми продавцами со скидками, каждый из которых предлагает быструю доставку и надежные, а также удобные и безопасные способы оплаты, независимо от того, сколько вы решите потратить.

AliExpress никогда не будет побит по выбору, качеству и цене. Каждый день вы будете находить новые онлайн-предложения, скидки в магазинах и возможность сэкономить еще больше, собирая купоны. Но вам, возможно, придется действовать быстро, поскольку этот лучший наномагнит должен в кратчайшие сроки стать одним из самых востребованных бестселлеров. Подумайте, как вам будут завидовать друзья, когда вы скажете им, что приобрели наномагнит на AliExpress.Благодаря самым низким ценам в Интернете, дешевым тарифам на доставку и возможности получения на месте вы можете еще больше сэкономить.

Если вы все еще не уверены в наномагнетиках и думаете о выборе аналогичного товара, AliExpress - отличное место для сравнения цен и продавцов. Мы поможем вам решить, стоит ли доплачивать за высококлассную версию или вы получаете столь же выгодную сделку, приобретая более дешевую вещь.А если вы просто хотите побаловать себя и потратиться на самую дорогую версию, AliExpress всегда позаботится о том, чтобы вы могли получить лучшую цену за свои деньги, даже сообщая вам, когда вам будет лучше дождаться начала рекламной акции. и ожидаемая экономия.AliExpress гордится тем, что у вас всегда есть осознанный выбор при покупке в одном из сотен магазинов и продавцов на нашей платформе. Реальные покупатели оценивают качество обслуживания, цену и качество каждого магазина и продавца.Кроме того, вы можете узнать рейтинги магазина или отдельных продавцов, а также сравнить цены, доставку и скидки на один и тот же продукт, прочитав комментарии и отзывы, оставленные пользователями. Каждая покупка имеет звездный рейтинг и часто имеет комментарии, оставленные предыдущими клиентами, описывающими их опыт транзакций, поэтому вы можете покупать с уверенностью каждый раз. Короче говоря, вам не нужно верить нам на слово - просто слушайте миллионы наших довольных клиентов.

А если вы новичок на AliExpress, мы откроем вам секрет.Непосредственно перед тем, как вы нажмете «купить сейчас» в процессе транзакции, найдите время, чтобы проверить купоны - и вы сэкономите еще больше. Вы можете найти купоны магазина, купоны AliExpress или собирать купоны каждый день, играя в игры в приложении AliExpress. Вместе с бесплатной доставкой, которую предлагают большинство продавцов на нашем сайте, вы сможете приобрести nanomagnet по самой выгодной цене.

У нас всегда есть новейшие технологии, новейшие тенденции и самые обсуждаемые лейблы.На AliExpress отличное качество, цена и сервис всегда в стандартной комплектации.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *