Что делать, если вы помяли автомобиль? Взять фен, нагреть вмятину и она исчезнет. «Фантастика!» - скажете вы. «Такого не бывает!» Да, пока такого ещё нет. Но материалы с памятью формы уже существуют и довольно давно. Эффект памяти формы — явление возврата к первоначальной форме при нагреве, которое наблюдается у некоторых материалов после деформации.

Открытие эффекта памяти формы относится к 1932 году, когда шведский исследователь Арне Оландер первым заметил это свойство в золото-кадмиевых сплавах. Такой же эффект обнаружен в медно-цинковых сплавах в начале 1950-х. Советские металлурги Г.В. Курдюмов и Л.Г. Хандрос в 1948 году предсказали, а в 1949 году получили сплав с памятью формы на основе алюминиевой бронзы.

Но самый интересный материал - нитинол был открыт в 1962 году Уильямом Бюлером и Фредериком Вангом в ходе исследований в военно-морской лаборатории. Термин образован как сочетание трёх элементов Ni + Ti + NOL (Naval ordnance laboratory — Лаборатория морской артиллерии США). Интересен он тем, что обладает наиболее выраженным эффектом памяти формы.

В основе «работы» нитинола лежит мартенситный переход, который имеет гистерезис по температуре.

Возникает вопрос - причем здесь магнетизм? Во-первых, мартенсит-аустенитное превращение – типичное явление для сталей, являющихся наиболее распространённым магнитным материалом. Поэтому «мартенситы» не чужды магнитчикам. А во-вторых, нитинол можно получить по той же технологии быстрой закалки, которая используется в Отделе для изготовления наноструктурированных магнитомягких лент. Причём данная технология позволяет широко варьировать химический состав и тем самым значительно изменять рабочую температуру ленты.

Лента, из которой сделан цветок, является нитинолом. Если цветок смять, а потом нагреть до температуры примерно 60°С, то он примет свою первоначальную форму. Из представленной ленты изготавливались функциональные термочувствительные элементы в пожарные датчики. За счет того, что ленту можно деформировать и нагревать несколько раз получались датчики, которые можно было тестировать как после изготовления, так и после установки на объекте. Поэтому такие датчики обеспечивают 100% срабатывание в чрезвычайных ситуациях.

Работу по получению нитинола вели: проф. Кудреватых Николай Владимирович, с.н.с. Андреев Сергей Витальевич, инж. Козлов Алексей Иванович и н.с. Миляев Олег Андреевич.

Одной из технологий получения тонкоплёночных объектов на подложке является магнетронное распыление. Ключевое место в этой технологии занимает магнетронная распылительная система, которая создает магнетронный разряд – диодный газовый разряд в скрещенных полях (область пространства в разрядном объёме, где силовые линии магнитного поля направлены перпендикулярно линиям электрического поля). Разряд представляет собой ток ионов рабочего газа, как правило, аргона. При этом положительные ионы, обладающие значительным импульсом, направляются на массивный электрод-мишень, изготовленный из материала, который требуется перенести в плёночное состояние. Благодаря такой бомбардировке, происходит сублимация материала и последующее осаждение его, в том числе на заготовленную поверхность (подложку). Варьируя время осаждения материала и комбинируя мишени, можно формировать плёнки заданной толщины и нужного состава, включая многослойные плёнки.

Мишени могут быть однокомпонентными или сплавными. Поскольку над мишенью магнитное поле и соответственно плотность ионов неоднородны, то её поверхность распыляется неоднородно и приобретает характерный рельеф – кольцевое углубление. В конечном счёте, мишень протравливается, то есть приходит в негодность, хотя большая часть материала оказывается не распылённой. Остатки мишени могут быть переплавлены, и снова пущены в «дело».

Давно замечено, что кристаллическая структура осаждающейся пленки очень чувствительна к материалу подложки, а, если подложка монокристальная, то и к её кристаллической ориентации. В качестве подложек используют различные типы стекол, керамик или монокристаллический кремний.

Подложки из кремния представляют собой диски толщиной около 0,3 мм. Но присмотритесь внимательнее, почти на каждом диске есть срез. Появление его не случайно. Монокристаллы кремния выращивают методом Чохральского. Затем, прежде чем распилить один большой монокристалл на подложки, проверяют ориентацию кристаллографических осей методом Лауэграмм. После того как кристаллографические оси точно определены, на боковой поверхности делается лыска, плоскость, которая параллельна определённой кристаллической плоскости. Она является ориентиром для последующей вырезки пластин нужной ориентации.

Если Вы подумали о Венецианском карнавале, то зря. Маской называют трафарет, который накладывают поверх подложки, чтобы сформировать плёночный элемент нужной конфигурации. Используя маски различной формы можно создавать довольно сложные, в частности, многослойные пленочные объекты.

Используя технологию магнетронного распыления, можно создать магниточувствительную среду для сенсоров магнитного поля. При этом функциональность среды может быть основана на разных физических эффектах, к которым относятся: анизотропия магнитосопротивления, гигантское магнитосопротивление, гигантский магнитный импеданс, магнитоэлектрический эффект, тензомагниторезистивный эффект.

Работа по изучению физики магнитных процессов в тонкоплёночных объектах и создании на их основе чувствительных магнитных преобразователей ведётся в группе под руководством проф. Васьковского Владимира Олеговича. Одна из разработок сотрудников группы – магниторезистивный сенсор с внутренним магнитным смещением – положена в основу бесконтактного датчика слабых токов, которыми будет укомплектована телекоммуникационная система космического корабля нового поколения «Союз 5».

В это трудно поверить, но, используя магнитный материал в качестве рабочего тела, можно изготовить термометр. Внутри представленного ролика, висящего на тонких иголках, находится текстурованный порошок из Nd₂Co₇, зафиксированный эпоксидной смолой и изготовленный в форме цилиндра. Соединение Nd₂Co₇ имеет спин-переоринтационный переход в температурном интервале 225-290 К (-50-15 ⁰С) (А.В. Андреев, М.И. Барташевич, А.В. Дерягин, С.М. Задворкин, Е.Н. Тарасов, Магнитные свойства и магнитные фазовые переходы гидридов Nd₂Co₇H_x. Физика металлов и металловедение 65(3) (1988) 519-526). Тип магнитной анизотропии меняется при охлаждении: ось лёгкого намагничивания трансформируется в плоскость лёгкого намагничивания. Если этот цилиндр поместить в постоянное магнитное поле и начать охлаждать, то из-за изменения ориентации магнитного момента он будет поворачиваться. Осталось дело за малым - нанести шкалу. Данное соединение активно исследовалось в Отделе проф. Андреевым Александром Владимировичем, проф. Барташевичем Михаилом Ивановичем, с.н.с. Тарасовым Евгением Николаевичем. Конструкцию предложил с.н.с. Тарасов Евгений Николаевич.

Какое техническое устройство имеет максимальный КПД? Когда слышишь такой вопрос, очень часто сразу на ум приходит паровая турбина или двигатель внутреннего сгорания. Но КПД первой не превышает 40-45 %, а у лучших дизельных двигателей доходит до 50 %. КПД топливных элементов достигает 96% (это лабораторные прототипы). Уже не плохо. Но абсолютный рекорд принадлежит трансформаторам, устройствам, имеющим две или более индуктивно связанные обмотки на магнитопроводе и предназначенных для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем (напряжений) переменного тока в одну или несколько других систем (напряжений). При такой трансформации не происходит изменения частоты. КПД современных трансформаторов доходит до 99,5%! Именно поэтому они так широко используются в качестве преобразователей напряжения, тока или мощности.

Одним из главных узлов в конструкции трансформатора является магнитопровод, который изготавливается из электротехнической стали, сплава железа с кремнием. Для уменьшения магнитных потерь магнитопровод набирают из пластин, покрытых тонким слоем диэлектрического материала. Если снять защитную изоляцию и протравить лист электротехнической стали, то можно увидеть кристаллические зерна, из которых состоит лист. Оказывается, за счет специальных технологических процессов можно управлять ориентацией кристаллографических осей в зернах, что сильно влияет на магнитные свойства стали.

Переход от кристаллических структур, образующих магнитный материал, к аморфным магнетикам открывает уникальные возможности в варьировании свойств последних. В зависимости от химического состава, технологии синтеза и последующей обработки можно получать магнитомягкие материалы с рекордными значениями магнитной проницаемости (μ_max ~ 10⁵) или минимальными значениями коэрцитивной силы (H_C ~ 0.005 Э). В Отделе реализован один из самых распространённых методов получения аморфных ферромагнетиков, метод быстрой закалки. Представленная лента как раз получена по такой технологии. Помимо уникальных магнитных свойств, лента обладает высокой упругостью и повышенной коррозионной стойкостью.

Интересным направлением исследований и практического применения магнитных сред являются мягкие магнитные материалы. При слове «мягкий» так и представляется тёплый плед, горячий чай у камина в зимнюю стужу. На самом деле это особый тип жидкостей, их еще называют «ферромагнитными жидкостями», представляющих собой коллоидные системы. Они состоят из ферромагнитных или ферримагнитных частиц нанометровых размеров, находящихся во взвешенном состоянии в несущей жидкости, в качестве которой обычно выступает органический растворитель или вода. Такая жидкость сильно поляризуется при помещении во внешнее магнитное поле. Подобные материалы нашли широкое и разнообразное применение, например, для отвода тепла от звуковой катушки в высокочастотных динамиках, работают как механический демпфер, используются в подвесках автомобилей для уменьшения трения и в качестве радиопоглощающего слоя в авиации, обладают необычными преломляющими свойствами, интересными для оптической техники и т.д.

Работа по изучению физики мягких магнитов и созданию математических моделей для их описания ведётся на кафедре теоретической и математической физики под руководством проф. Иванова Алексея Олеговича.

Сердце – самая главная мышца любого человека. Мышца, которая работает в режиме 24/7. Но, увы, она может давать сбой. Для помощи сердцу используют кардиостимуляторы. Одни из первых кардиостимуляторов использовали внешние источники питания. Позже стали применять маленькие батарейки. Однако батарейки разряжаются и могут выходить из строя, что плохо сказывается на здоровье человека. Поэтому кардиостимуляторы последнего поколения используют страховку в виде аккумулятора, который заряжается от шагового двигателя. Данный двигатель без сомнения можно сравнить с произведением искусства. Но вершиной его является ротор, состоящий из магнитного кольца диаметром 1,23 мм, имеющего два магнитных полюса на поверхности. Сотрудники НМИЦ ССХ им. А.Н. Бакулева провели теоретические расчеты, в которых показали, что эффективность двигателя для кардиостимулятора можно увеличить в несколько раз, если использовать ротор с большим числом магнитных полюсов. В 2020 году сотрудники Отдела взялись за решение данной задачи. Ими успешно была изготовлена магнитная система, которая позволяла создавать четыре магнитных полюса на поверхности ротора диаметром 1,23 мм. Были изготовлены многополюсные роторы. Испытания на хомячках, проведенные сотрудниками НМИЦ ССХ им. А.Н. Бакулева, показали правильность теоретических расчетов.

Работа по созданию роторов для кардиостимуляторов выполнена под руководством доц. Волегова Алексея Сергеевича.

Мерный ролик – устройство, превращающее механическое перемещение в электрические импульсы (≈1 имп./мм). Сделан на основе магниторезистивного сенсора, созданного в результате сотрудничества научной группы проф. Васьковского Владимира Олеговича и НПО Автоматики. Конструктив: доц. Савин Петр Алексеевич. Техническое воплощение: инж. Козлов Алексей Иванович.

Для получения полезной руды, пригодной для дальнейшей работы, необходимо отделить её от пустой породы. Для этого извлекаемую породу обогащают. Одна из технологий подразумевает использование больших стальных барабанов, в которых куски породы бьются друг об друга и тем самым измельчаются до нужного размера. В этом случае несладко приходится и самому барабану. Для его защиты используют многослойную резину. Сменить резину дешевле, чем поменять барабан. Но для её смены нужно останавливать процесс измельчения на длительное время. В связи с этим завод РТИ совместно с Отделом предложил инновационное решение. Необходимо создать магнитную резину, которая прочно будет держаться на поверхности стального барабана, но которую можно довольно быстро снять при необходимости. Непростая задача: нужно совместить несовместимое в одном изделии.

На самом деле всё просто. Слой резинового «пирога» около стального барабана должен быть наполнен магнитным порошком, который нужно правильно намагнитить. Такая резина прочно будет держаться при попытках её оторвать от стальной поверхности, но довольно легко будет перемещаться вдоль поверхности, что хорошо для её замены.

Сила отрыва магнитной резины от стальной поверхности сильно зависит от «магнитного рисунка», получаемого при намагничивании. Для намагничивания использовались индукторы, которые создают рисунок в форме «розочки», в форме «шашечной доски» либо полосовой структуры. Эти индукторы являются одно- или многовитковыми. Для создания намагничивающего поля индукторы подключались к установке импульсного намагничивания.

Индукторы изготовлены гл. констр. Масловым Анатолием Николаевичем.

Так же сила отрыва сильно зависит от концентрации магнитомягкого и магнитотвердого наполнителя в резине, типа эластомера, толщины слоев.

Для удобства сличения различных комбинаций был придуман алгоритм сличения, изготовлены испытательные весы. В экспозиции представлены образцы для измерения силы отрыва магнитоэласта от стальной поверхности с различными типами магнитного рисунка и различным конструктивным исполнением.

К настоящему моменту удалось достичь силу отрыва равную 400 г/см2. Но и это не максимум, т.к. есть понимание, как увеличить эту цифру.

Работа по созданию магнитопластов выполнена под руководством проф. Кудреватых Николаем Владимировичем.

Есть люди, которые пытаются обмануть государство, и есть те, кто разрабатывают способы их поимки. В 2019 году в Отдел обратились сотрудники фирмы «Аспломб», разрабатывающие различные виды пломбировочных устройств. Одна из поставленных фирмой задач состояла в разработке пломбы для водомеров и счётчиков газа на основе магнитной индикаторной пленки. Такие пломбы покажут, было ли оказано воздействие магнитным полем на устройство или нет. Основная проблема состояла в создании магнитного «пера», то есть приспособления, при помощи которого можно наносить контрастный уникальный рисунок на магнитную индикаторную плёнку. С этой задачей успешно справились с.н.с. Андреев Сергей Витальевич, доц. Волегов Алексей Сергеевич и гл. констр. Маслов Анатолий Николаевич. На витрине представлен образец рисунка и прототип магнитного «пера», изготовленный на основе стержня шариковой ручки.

Здание нашего института, выходящее на улицу Белинского, очень старое. Оно было построено в 30-х годах XX века и изначально являлось школой. В годы войны в нём помещался госпиталь. Когда проводились ремонтные работы в аудитории 270, было обнаружено, что деревянные перекрытия пола скреплены коваными гвоздями. Один из них представлен в витрине. Такие гвозди изготавливаются из железа. А железо по праву можно считать главным химическим элементом для магнитчиков. Данный гвоздь длительное время висел в Отделе около импульсной установки, а теперь передан на ответственное хранение в качестве музейного экспоната проф. Барташевичем Михаилом Ивановичем.

Комнаты кафедры и отдела полны интересных и неожиданных историй. Так, например, в ауд. 269 была операционная в годы Великой Отечественной войны. Вероятно, поэтому за гипсокартонным покрытием в этой комнате скрываются бетонные стены с окнами. Не исключено, что через них раненых доставляли в операционную. Или в комнате 016 «работало» кафе «У пресса» и был свой «торпедный аппарат». А в комнате 272а работали Мейссбауэровские установки. Поэтому в стене есть сейфовый шкаф для хранения Со57, ключ от которого сейчас утерян, и поэтому мы точно не знаем, что лежит в этом сейфе. Но это уже совсем другие истории.

Несомненно, открытие эффекта Холла заслуживало присуждения Нобелевской премии. Но не сложилось... Американский учёный Эдвин Холл в 1879 году обнаружил, что в помещённом в магнитное поле проводнике возникает разность потенциалов в направлении, перпендикулярном току I и вектору магнитной индукции В. Данный эффект возникает вследствие воздействия силы Лоренца на заряды, движущиеся в проводнике. Про этот эффект рассказывают ещё в школе, изучают на лабораторных работах на младших курсах в ВУЗах.

На основе эффекта Холла разработаны малогабаритные датчики магнитного поля с высокой чувствительностью к магнитному полю. Так современные датчики имеют размеры не больше 1*1*0,5 мм, токи питания, как правило, 1- 100 мА (зависит от величины входного сопротивления датчика), чувствительность до 1000 мВ/Тл и более, рабочий диапазон температур от -270°С до 200°С.

В настоящее время открытие Эдвина Холла часто называют обычным эффектом Холла, чтобы отличить его от других вариантов подобного эффекта. А их целое семейство: аномальный эффект Холла, спиновый эффект Холла, квантовый целочисленный эффект Холла (Нобелевская премия 1985 г.), квантовый дробный эффект Холла (Нобелевская премия 1998 г.).

Баллистический гальванометр является аналоговым интегратором, предназначенным для измерения количества электричества, проходящего через цепь при кратковременных импульсах тока. Подвижной частью прибора является прямоугольная рамка с намотанной на неё тонкой изолированной проволокой. Рамка подвешена на упругой нити между полюсами магнита и может совершать вращательные колебания. Термин «гальванометр» произошёл от фамилии учёного Луиджи Гальвани и впервые появился в 1836 году.

Сегодня электровакуумные приборы в целом уходят в прошлое. Но в Отделе есть технологическое устройство, сердцем которого является такой прибор – мощная генераторная лампа. Она входит в состав высокочастотного генератора, предназначенного для реализации метода ионного распыления материалов на переменном токе. Генератор стоит в комнате 276 и по внешнему виду напоминает элемент бронепоезда. Это потому, что его изначальное предназначение – нагрев склеиваемых изделий на деревообрабатывающем комбинате, в условиях которого механическая защита небесполезна. Но и в составе установки ионного распыления, используемой в научных целях, генератор оказался эффективен.

Прибор Ш1-1 долгое время являлся лучшим ответственным прибором для высокоточного измерения напряжённости магнитного поля. Его действие основано на протонном магнитном резонансе. Резонанс возникает на ядрах водорода, входящих, например, в состав молекул воды. ЗИП к прибору – это набор капсул с водородосодержащей жидкостью.

Расцвет ферритовой памяти пришёлся на 50-60-ые годы прошлого века. Ферритовые матрицы выгодно отличались от осциллографических трубок, ртутных линий задержки, которые использовались ранее, прежде всего высочайшей надежностью и малыми габаритами.

Для систем хранения данных цифровых машин используются ферриты с прямоугольной петлей гистерезиса. Каждый тороидальный сердечник служит для запоминания одной двоичной цифры: нуля или единицы. Сердечники имеют размеры 1—5 мм в диаметре (в западных аналогах минимальный диаметр достигал 0,25-0,30 мм).

При всех достоинствах запоминающих устройств, выполненных на ферритовых сердечниках, они имели ряд существенных недостатков:

- большую трудоёмкость изготовления числового блока, требующей значительных затрат ручного труда;

- невозможность замены сердечника в случае его поломки;

- сильное влияние окружающей температуры на свойства сердечников, в частности — на ширину петли гистерезиса;

- необходимость возврата сердечников в исходное состояние;

- саморазогрев сердечников, вызванный потерями на гистерезис, что ограничивало предельную частоту работы запоминающего устройства;

- большое число сердечников;

- малая плотность записи.

После "взрывного" развития интегральных схем памяти, с середины 70-х годов системы ферритовой памяти применялись лишь в тех областях, где были критичны такие их плюсы, как устойчивость к радиации и электромагнитным помехам - космические системы, промышленное оборудование и т.п.

Представленная в витрине ячейка памяти передана доц. Савиным Петром Алексеевичем.

Это предок современных жестких дисков, пакетный магнитный диск от ЭВМ серии СМ - применялся в компьютерах третьего поколения. Объем 3 мегабайта, размер 14″. СМ ЭВМ (Система Малых Электронных Вычислительных Машин) — серия советских управляющих ЭВМ, предназначенных для управления производством и технологическими процессами, а также автоматизации научных экспериментов. Проектирование СМ ЭВМ началась в 1974. Комплексом научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по СМ ЭВМ занималось более 30 институтов и предприятий СССР, Болгарии, Венгрии, ГДР, Кубы, Польши, Румынии и Чехословакии. После развала СССР диски от этих накопителей использовались радиолюбителями для построения антенн дециметрового диапазона для телевидения.

Дискета, она же флоппи-диск, она же гибкий магнитный диск – все это сменный носитель информации, известный человечеству с 1967 года. Нет ни одного сознательного человека, который бы не видел дискету, правда не вживую, а в виде иконки, означающей сохранение информации на компьютере. Первые дискеты имели размер 8”, позже появился стандарт 5,25”, который перешёл в формат 3,5”. Но существуют и другие стандарты дискет, которые получили меньшую популярность. По состоянию на 2016 год дискеты 3,5" 2HD 1,44 Мбайт выпускались фирмами Verbatim, TDK, EMTEC, Imation на единственном тайваньском заводе.

Внутри дискеты находится плоский диск из полимерного материала с нанесенным на него магнитным слоем, а информация с диска считывается при помощи магнитной головки. Объём записываемой информации сильно зависит от материала, из которого изготовлена рабочая поверхность дискеты. Первоначально использовались сплавы на основе железа. Позже их заменили сплавы на основе кобальта, что позволило увеличить плотность записи информации в 2, а в последующем в 4 раза.

До 2000-х годов настоящим ужасом аудиофила было «зажёвывание» пленки кассеты с любимой музыкой. Компакт-кассета или просто кассета была основным носителем аудиозаписи, но использовалась, хотя и в меньшей степени, и для хранения цифровой информации. Основным рабочим элементом кассеты является полимерная лента, покрытая ферромагнитным материалом (Гамма-оксид железа-(III), Диоксид хрома, Диоксид хрома + слой Fe₂O₃ или другие Металлические порошки). В начале XXI века кассеты начали вытесняться компакт-дисками, т.к. плотность записи у последних на порядок выше. Однако в 2010-е годы на компакт-кассеты, как и на грампластинки, наблюдается некоторый всплеск популярности и роста спроса. Так, отмечается нарастающая популярность компакт-кассет у американских независимых исполнителей, работающих в жанрах lo-fi, панк-рок и хеви-метал, которых привлекает, в частности, то, что производство компакт-кассет с записью обходится в современных условиях в десять раз дешевле грампластинок. Так что, несмотря на появление других носителей аудиоинформации списывать компакт-кассеты в анналы истории ещё рано.

По своей сути видеокассета — это картридж для хранения магнитной ленты, предназначенной для наклонно-строчной видеозаписи, способа магнитной записи телевизионного сигнала, при котором получаемые дорожки видеозаписи располагаются под углом к направлению движения магнитной ленты. Информация может храниться на видеокассетах как в форме аналогового видеосигнала, так и в виде цифровых данных. Существует около 11 аналоговых форматов записи и 20 цифровых. Не смотря на такое разнообразие форматов записи и удобство в эксплуатации, видеокассеты, как и аудиокассеты, были вытеснены сначала компакт-дисками, а позже другими цифровыми носителями.

Магнитооптический диск — носитель информации, сочетающий свойства оптических и магнитных накопителей. Для чтения информации используется оптическая система, для записи — одновременно оптическая и магнитная. Данная технология появилась в конце 80-х годов, а свою популярность получила в первой половине 90-х. Связано это с прорывной на тот момент плотностью записи информации для переносных носителей.

Магнитооптический диск изготавливается с использованием ферромагнетиков, например, аморфный сплав Tb_x(Fe_yCo_1-y)_1-x (типичные значения x - около 0.2, y - около 0.9). Запись осуществляется по следующей технологии: излучение лазера разогревает участок дорожки до температуры близкой к точке Кюри (в зависимости от ферромагнитного материала она может быть различной для дисков разных производителей), после чего магнитная головка, расположенная с обратной стороны диска, создаёт электромагнитный импульс, который изменяет намагниченность разогретой области. Эти изменения создают отпечатки, эквивалентные пикам на оптических дисках. Считывание осуществляется тем же самым лазером, но на меньшей мощности: поляризованный лазерный луч проходит сквозь материал диска, отражается от подложки, проходит сквозь оптическую систему и попадает на датчик. При этом в зависимости от намагниченности изменяется плоскость поляризации луча лазера, которая определяется датчиком (эффект Керра).

Представленный магнитооптический диск вместе с приводом был привезен из Японии с.н.с. Барташевичем Михаилом Ивановичем, после возвращения из длительной стажировки.

Много ли магнетизма в жёстком диске? Оказывается, больше, чем может показаться на первый взгляд. Магнитные материалы в нём используются не только как ячейки памяти, но и в считывающих головках особой конструкции, высокооборотистом двигателе и системе позиционирования. Особое внимание хотелось бы уделить именно считывающим головках. В 2007 г. Нобелевская премия по физике была присуждена французу Альберту Ферту и немцу Питеру Грюнбергу, которые одновременно и независимо друг от друга открыли так называемый эффект Гигантского магнитосопротивления (GMR). Данное открытие позволило создать в начале 2000-х считывающие головки с существенно более высокой чувствительностью. Это дало возможность использовать жесткие диски с плотностью записи на два порядка больше, чем у более ранних образцов жестких дисков. В настоящее время дальнейшее совершенствование чувствительности считывающих головок и материалов для хранения информации позволили увеличить объем памяти стандартного жесткого диска еще на порядок и довести до нескольких Тб.

Фалеристика – это направление в коллекционировании, где в качестве предмета собирательства выступают нагрудные значки, знаки, медали. Под ними принято понимать небольшие изделия, выполненные из металла, или украшения, которые вручались за те или иные заслуги перед отечеством. За довольно продолжительную историю университета происходили памятные события, которые нашли своё отражение в виде значков. Конечно, их трудно отнести к произведениям искусства или государственным наградам, но каждый из этих значков является напоминанием о происходивших событиях.

Так в 2008 году был выпущен значок к 50-летию кафедры магнетизма и магнитных наноматериалов. Дизайн этого значка был разработан заведующим кафедрой Васьковским В.О., а воплощён в «металле» выпускником кафедры 1979 года выпуска, С.И.Нестеренко. Данный значок торжественно вручался всем выпускникам кафедры, которые пришли на встречу, посвящённую юбилею. Так же было изготовлено 10 значков из серебра. Их в торжественной обстановке получили ветераны кафедры (Акимова С.Ф., Васьковский В.О., Иванов О.А., Кандаурова Г.С., Кузнецов И.А., Яковлев Г.П., , Кудреватых Н.В. и др.)

В 1969 году отмечался 10-летний юбилей образования кафедры магнетизма. Интересным моментом является то, что кафедра была организована 1958 году согласно приказу № 533, а годы на значке 1959-1969.

Поскольку Кафедра длительное время занимается подготовкой специалистов в области метрологии и метрологического обеспечения, в 2006 г. к 30-летию первого выпуска физиков-метрологов был выпушен значок, который вручался выпускникам кафедры в юбилейный год во время праздничных встреч. На значке изображена эмблема частного образовательного учреждения дополнительного профессионального образования «МЕТРОН-УНИИМ», учебного центра, работавшего в 2010-2019 годах под эгидой УНИИМ. Целью центра было готовить кадры высшей квалификации в области метрологии.

«Молодой кровью» кафедры физики магнитных явлений, а позже и кафедры магнетизма и магнитных наноматериалов, являются студенты физического факультета (в настоящее время Департамента фундаментальной и прикладной физики). Активом студентов был выпущен значок с логотипом физического факультета в виде двух букв ФФ, стилизованных под электронные оболочки. Долгое время именно это изображение было логотипом физфака УрГУ.

Жизнь Кафедры тесным образом связана с университетом. Многие выпускники остались работать в родной альма-матер. Поэтому юбилеи, связанные с родным университетом являются приятным воспоминанием. В 2010 году был выпущен значок, посвящённый 90-летию Уральского государственного университета им. А.М. Горького.

В 2008 году произошло слияние путем присоединения к УрФУ (за год до этого переименованного из УГТУ-УПИ) Уральского государственного университета им. А.М. Горького (УрГУ). В Екатеринбурге появился новый крупный университет, вобравший в себя всё лучшее от предшественников. В память об этом событии были выпущены значки-кнопки с логотипом нового университета. А буква «У» стала официальным символом университета.

Научная жизнь, связанная с магнетизмом кипит не только на Кафедре, но и в стенах Отдела магнетизма твердых тел НИИ ФПМ (ранее Проблемная лаборатория постоянных магнитов). Многие сотрудники успешно работают в двух структурных подразделениях, совмещая научную и педагогическую деятельность. Значок с символом ОМТТ занимает почётное место среди прочих значков, связанных с жизнью магнитчиков.

Сотрудники университета принимают участие в работе российских и международных конференций. Часто организаторы конференций изготавливают памятные значки или магниты с изображением символики конференции. Некоторые из них можно найти у нас в экспозиции.

Трансформаторная электротехническая сталь является самым массовым магнитным материалом, который производится в настоящее время. В 1987 году на Верх-Исетском металлургическом заводе изготовили сувениры с использованием своей продукции. Фрагмент стали чем-то напоминает мозаику и вполне может быть выставлен в музее современного искусства. С 1987 года исследования магнитомягких материалов убедительно показали, что мозаичность сильно влияет на свойства стали. Разработаны технологии, которые позволяют ее менять. В настоящее время используются более наукоемкими технологии производства электротехнической стали, что повлияло на свойства продукта, но не на его красоту.

Данный экспонат любезно предоставлен с.н.с. Сваловым Андреем Владимировичем.

Эталон килограмма в виде материального объекта – гири просуществовал дольше всех других физических (материальных) эталонов, которые в настоящее время переопределены через фундаментальные постоянные. Поэтому гиря или гири по праву можно считать символом метрологии. Кафедра ведёт подготовку специалистов в области метрологии с 1976 года. В знак признательности сотрудники УНИИМ подготовили и подарили сувенирный набор гирь из уральских поделочных камней с надписью «Владимиру Олеговичу! В день 60-летия от Уральского НИИ метрологии». По желанию Владимира Олеговича в 2021 году набор гирь был выставлен в витрине и стал символом метрологической деятельности Кафедры.

А история с килограммом не закончилась, она только началась. В 2020 году сотрудники Кафедры и Отдела приступили к разработке магнитной системы для весов Киббла, нового эталона килограмма, определяемого через постоянную Планка.

Компас – устройство, предназначенное для ориентирования на местности путём указания на магнитные полюса Земли и стороны света. Магнитный компас был изобретён в Китае при династии Сун. Особенность китайских компасов была в том, что они показывали на южный магнитный полюс Земли, а не на северный как современные компасы.

Данный компас коллектив Кафедры и Отдела подарил во время празднования 70-летнего юбилея заведующему кафедрой Васьковскому Владимиру Олеговичу. По желанию Владимира Олеговича в 2021 году, когда начала формироваться выставка, компас стал экспонатом, символом магнетизма, который объединяет коллектив.

В дипломатии есть очень интересное направление, дипломатические подарки, когда через подарок противоположной стороне доносится мысль, которую не всегда удобно озвучить прямо.

Возможно, кто-то скажет, что политике нет места в науке, но, увы, без неё никуда. В 2020 году сотрудника Кафедры доц. Волегова Алексея Сергеевича должны были пригласить на международный экономический форум в Санкт-Петербург, где планировалась встреча с министром науки и высшего образования РФ В.Н. Фальковым. Чтобы напомнить министру о проекте финансирования УрФУ по направлениям, связанным с аддитивными технологиями был подготовлен подарок. В коробочке с надписью «Кафедра магнетизма УрФУ» расположилась подкова из нержавеющей стали. Под красной и синей бумагой были размещены ВПЕРВЫЕ напечатанные в России постоянные магниты. Если приложить индикаторную пленку, то можно увидеть надписи, которые эти магниты создают «Наука» (так назывался проект, о котором хотелось напомнить) и «УрФУ». Из-за коронавируса встречу отменили, подарок не был вручен. Но он побывал в Госкорпорации РОСАТОМ, где произвёл впечатление, после чего занял почетное место в экспозиции.

Над реализацией подарка трудились: асс. Уржумцев Андрей Николаевич, инж. Мальцева Виктория Евгеньевна, н.с. Незнахин Дмитрий Сергеевич и с.н.с. Андреев Сергей Витальевич.

Отдел и кафедра тесно сотрудничают с различными предприятиями России в целом и Уральского региона в частности. Одним из крупнейших таких предприятий является Верх-Исетский завод (ООО «ВИЗ-сталь»), который производит, главным образом электротехническую сталь. Основным структурным подразделением в системе контроля качества выпускаемой предприятием продукции является Центральная заводская лаборатория. По случаю полувекового юбилея была выпущена памятная медаль, на одной стороне которой изображен вид на ВИЗ со стороны пруда, а с другой, рука, сжимающая петлю гистерезиса. Как много смысла вложено в это изображение! Ведь ни для кого не секрет, что чем меньше площадь петли гистерезиса, тем считается лучше электротехническая сталь. В то же время данное изображение можно рассматривать как символ удерживания параметров выпускаемой продукции сотрудниками Лаборатории в допустимых рамках.

Данный экспонат любезно предоставлен с.н.с. Сваловым Андреем Владимировичем.

Все видели сувенирные кружки. На них можно нанести любую картинку. Пьешь кофе или чай из такой кружки и вспоминаешь человека, который ее подарил, или интересное место, где довелось побывать. Организаторы конференции «Дни калорики в Дагестане» в 2023 году решили поместить на сувенирные кружки некоторые результаты своих работ, чтобы коллеги не только вспоминали о душевной атмосфере, которая царила на конференции, но и думали о новых направлениях в области магнитокалорики.

Данный экспонат любезно предоставлен с.н.с. Сваловым Андреем Владимировичем Владимировичем и доц. Волеговым Алексеем Сергеевичем, которые представляли свои результаты на конференции «Дни калорики в Дагестане» г. Дербент 2023 г.

Хорошо известно, что, если поднести два магнита друг к другу, между ними возникнет сила притяжения (полюса разноимённые) или отталкивания (полюса одноимённые). Эта сила ощущается даже тогда, когда магниты не соприкасаются. Если зафиксировать отталкивающие магниты соосно, например, при помощи стержня или трубы, то они будут левитировать. Но если перевернуть один из магнитов, то они начнут притягиваться.

Однако это не работает с левым комплектом магнитов. Сколько бы мы не переворачивали верхний или нижний магнит, они всегда будут отталкиваться. Магия? Нет, всего лишь особый способ намагничивания кольцевых магнитов. Они намагничены радиально. Северный полюс находится внутри кольца, а южный снаружи. Поэтому при соосном расположении они всегда будут направлены одноимёнными полюсами друг к другу и, следовательно, отталкиваться.

Все вещества проявляют магнетизм. Так учат у нас на Кафедре. Среди них определённой спецификой обладают так называемые диамагнетики, которые слабо реагируют на внешнее магнитное поле. Однако их магнитная восприимчивость имеет отрицательный знак, а это значит, диамагнетики будут выталкиваться из неоднородного магнитного поля в область с меньшим значением магнитной индукции. Так, например, можно заставить левитировать лягушку в магнитном поле [Berry, M.V. and Geim A.K.. Of flying frogs and levitrons. European Journal of Physics, 18(4) (1997) 307], за что Андрей Константинович Гейм получил Шнобелевскую премию по физике в 2000 году. Или заставить левитировать графитовую пластину над кубиками из постоянных магнитов, создающих магнитное поле особой конфигурации. Главное вырезать пластину с правильной ориентацией кристаллографических осей в монокристалле по отношению к внешнему магнитному полю, чтобы достичь максимальной высоты полета.

Постоянный магнит, помещённый над пластиной из высокотемпературного сверхпроводника (ВТСП), находящегося ниже температуры сверхпроводимости, будет левитировать. Это явление основано на эффекте Мейснера-Оксенфельда, состоящем в вытеснении магнитного поля из объема проводника, когда он переходит в сверхпроводящее состояние. Впервые его наблюдали немецкие физики Вальтер Мейснер (Walther Meissner) и Роберт Оксенфельд (Robert Ochsenfeld) в 1933 году.

Если поднести постоянный магнит к ВТСП, то на его поверхности появится сверхпроводящий ток, который будет создавать магнитное поле, противонаправленное внешнему магнитному полю от постоянного магнита. Таким образом, система из ВТСП и постоянного магнита самостабилизируется до тех пор, пока ВТСП не перейдет в нормальное состояние при температуре выше критической.

Теорема Ирншоу не позволяет наблюдать левитацию в системе из статических источников магнитного поля. Однако, если заставить один из магнитов вращаться в магнитной «яме», то такой волчок может быть устойчив в гравитационном поле. Именно этот принцип реализован в ещё одной магнитной игрушке, демонстрирующей явление левитации.

Вспышки молний на небе привлекали внимание людей во все времена. 22 сентября 1896 года Никола Тесла запатентовал прибор как «Аппарат для производства электрических токов высокой частоты и потенциала». По сути, этот прибор был повышающим трансформатором, который мог генерировать молнии. В настоящее время этот прибор носит его имя. В интернете можно без труда найти электрические схемы «трансформатора Теслы» или хотя бы «качера Бровина» (трансформатора, в котором резонансная частота подбирается самостоятельно).

Помимо генерации электрических разрядов трансформатор Теслы может вызывать ионизацию атомов различных газов. При переходе из возбужденного состояния в стационарное возбужденные атомы будут испускать свет в видимом диапазоне. Это можно легко продемонстрировать, если поднести ампулу, например, с инертным газом поближе к разряднику трансформатора. В нашей коллекции имеются ампулы с газами H₂, N₂, O₂, He, Ar, Ne, Kr, Xe. Также имеются изотопы водорода дейтерий и тритий. Но ожидать какого-то особенного свечения этих тяжелых изотопов не следует, т.к. несмотря на большую массу D₂ и T₂ электронные оболочки не сильно отличаются от электронных оболочек H₂. Следовательно, и возможные переходы электронов между различными энергетическими уровнями также слабо изменятся.

Конструкция электродвигателей может быть самой разнообразной. Это сильно зависит от предназначения конкретного изделия. Но любой электродвигатель для преобразования электрической энергии в механическую состоит из неподвижной части — статора (для асинхронных и синхронных машин переменного тока), подвижной части — ротора (для асинхронных и синхронных машин переменного тока) или якоря (для машин постоянного тока). В роли индуктора на маломощных двигателях постоянного тока очень часто используются постоянные магниты.

В представленном электродвигателе солнечные панели создают электрический ток, который, протекая через катушки, создает магнитное поле. Взаимодействие этого поля с магнитной системой статора приводит ротор в движение. При равномерном освещении всех панелей никакого преобразования происходить не будет. Однако, если взять точечный источник света и направить его с одной стороны от электродвигателя, то ротор с панелями повернется. При прохождении солнечных панелей вблизи источника света будет создаваться импульсное магнитное поле в катушке, подсоединенной к этой панели, и система будет вращаться непрерывно.

Неокуб (англ. NeoCube) — игрушка-конструктор, состоящая из одинаковых магнитных шаров диаметром от 3 до 10 мм, которые уложены в форму куба. Английский вариант названия можно перевести как «Новый куб». И, действительно, есть что-то завораживающее в таком кубе. Если читать название на русском языке, то можно подумать, что в названии присутствует отсылка к материалу, из которого они изготовлены, а именно Неодиму – химическому элементу в неодимовых магнитах (изделиях на основе фазы Nd₂Fe₁₄B. Но это всего лишь «величие» и «могучесть» русского языка играет с нами.

Что же представляют из себя сами шарики? Существует два варианта устройства их «внутреннего мира». В первом случае намагниченный ферромагнитный стержень заливается слабомагнитным металлом или эпоксидной смолой. Затем ему предается шарообразная форма, которая покрывается слоем никеля. Во втором - кусочку изотропного магнита придается шарообразная форма. Затем он покрывается никелем и одноосно намагничивается. Экспериментальным путем (за счет жертвы одним шариком, с использованием молотка и физической силы) было установлено, что представленный в витрине неокуб изготовлен по второй технологии.

Забавная игрушка эти магнитные трещотки! Если их разъединить и подбросить в воздух, то они начнут притягиваться, во время удара породят звуковую волну, а после частично упругого удара начнут разлетаться снова. Описанный цикл будет повторяться. Чем дольше они будут в воздухе, тем больше шума они наделают. Многим этот звук напоминает стрекотание цикад. Но оставим биологию в стороне, поговорим о фактах. А факт один: каждый такой эллипсоид вращения изготовлен из бариевого или стронциевого феррита по металлокерамической технологии. И они намагничены вдоль длинной оси эллипсоида. Данный экземпляр трещоток был привезен с конференции BICMM Magnetic materials. New technologies в 2014 г., которая проходила на берегу оз. Байкал. Коллектив Кафедры и Отдела принимал активное участие в работе этой конференции.

Можно ли управлять временем? В фильме «Гарри Поттер и Принц - полукровка» у профессора Горацио Слизнорта были песочные часы, в которых песок «сыпался» вверх и «чем беседа, ведущаяся при них, интересней и эмоционально насыщенней, тем песок из одной половины в другую сыпется медленнее». Увы, используя магнетизм, пока не удалось создать таких часов на 100 %. Однако если часы с магнитным порошком внутри поставить на постоянный магнит, то можно наблюдать причудливые формы, которые будут образовывать намагниченные частицы. Один преподаватель Кафедры очень любит брать подобные часы на зачет. Эти часы на 3 минуты. Некоторым студентам он предлагает в качестве альтернативы билета беседу по теме прочитанного курса, давая времени на беседу столько, сколько будет сыпаться песок. И если беседа со студентом получается занимательной и интересной, то незаметно для собеседника он останавливает время в часах постоянным магнитом, который прячет в руке. Не очень красиво с его стороны, но надо отметить, что без зачета по такой системе ещё никто не уходил.

Если есть сложности с принятием решений, «Магнитный маятник для принятия решений» то, что нужно. Конечно, он не поможет решить дифур, но ответить на вопрос «Решать сейчас или потом?», он в силах. Как и ответить на множество других вопросов. Главное, правильно их формулировать.

Конструкция проста. Стальной шар висит на жесткой проволоке и может быть притянут одним из 6 магнитов, которые находятся в подставке под вариантами ответов «Да», «Возможно», «Нет», «Можно рискнуть», «Отложи до лучших времен» и «Спроси у друга». Задаешь вопрос, толкаешь маятник и ждёшь ответа. Все просто!

Лантаноиды - семейство, состоящее из 15 химических элементов III группы 6-го периода периодической таблицы химических элементов Дмитрия Ивановича Менделеева. Группа лантаноидов представлена металлами с атомными номерами 57—71 (от лантана до лютеция). Все представители семейства имеют стабильные изотопы, кроме прометия. Скандий, иттрий и лантаноиды относятся к группе редкоземельных элементов. Название «редкоземельные элементы» исторически сложилось в конце XVIII — начале XIX века, когда ошибочно считали, что минералы, содержащие элементы двух подсемейств, — цериевого (легкие — La, Се, Рr, Nd, Pm, Sm, Eu) и иттриевого (тяжелые — Y, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu) — редко встречаются в земной коре. Однако по запасам сырья редкоземельные элементы не являются редкими. Но прометий (Pm) вы не найдете в данной коллекции, т.к. не существует стабильного изотопа Pm. Сам элемент очень радиоактивен, даже соли прометия обладают радиоактивностью и могут самонагреваться до высоких температур.

Необычной является история открытия редкоземельных металлов. Расскажем ее начало, чтобы заинтересовать вас.

В 1787 году лейтенант шведской армии Карл Аррениус решил провести летний отпуск в местечке Иттербю, расположенном на одном из многочисленных островков вблизи столицы Швеции Стокгольма.

Будучи страстным любителем минералогии, Аррениус знал, что в окрестностях Иттербю есть отслуживший свой век и потому давно заброшенный карьер. В этом карьере он нашел черный тяжелый камень. Вернувшись домой, Аррениус составил описание минерала, дал ему без долгих раздумий название «иттербит» (в честь местечка, где тот был найден) и вновь приступил к несению военной службы.

В 1794 году иттербитом заинтересовался финский химик Юхан Гадолин, профессор университета в Або (ныне Турку). Ю. Гадолин подверг минерал химическому анализу и обнаружил в нем, наряду с окислами железа, кальция, магния и кремния, довольно большое количество (38%) неизвестной примеси, напоминавшей отчасти окись алюминия, отчасти окись кальция. Ученый пришел к выводу, что им открыта окись нового химического элемента, или, как тогда было принято говорить, новая «земля».

В последующие сто лет химиками были выделены из этого минерала Лантан, Неодим, Церий, Иттрий, Торий и Берилий. Минерал переименовали в гадолинит, общая формула которого (Ce,La,Nd,Y)₂FeBe₂Si₂O₁₀. А в честь деревни Иттербю были названы 4 химических элемента таблицы Д.И. Менделеева: Иттрий, Тербий, Эрбий и Иттербий.

Передача энергии на большие расстояния без потерь - давняя мечта человечества. Долгое время считалось, что эта идея подобна вечному двигателю и не может быть реализована. Однако в 1911 году эта мечта стала воплощаться в жизнь. Именно в этом году Камерлинг Онес открыл явление сверхпроводимости, явление протекания электрического тока по проводникам с близким к нулю сопротивлением. Для магнитчиков сверх проводники интересны ещё и тем, что в них наблюдается эффект Мейснера-Оксенфельда, полное вытеснение магнитного потока из сперхпроводящего материала, при охлаждении его ниже критической температуры, то есть сверхпроводники могут быть использованы в качестве экранов магнитного поля. В витрине представлены заготовки для изготовления сверхпроводящих проводов.

Планетарная передача — механическая передача вращательного движения, которая за счет своей конструкции способна в пределах одной геометрической оси вращения изменять, складывать и вычитать подводимые угловые скорости и/или крутящий момент. Обычно является элементом трансмиссии различных технологических и транспортных машин.

Представленная шевронная планетарная передача является неразборной и была напечатана на 3D-принтере по технологии лазерного селективного спекания из порошка нержавеющей стали. Она стала первой крупной деталью, напечатанной на принтере, приобретенном Кафедрой для проведения научных изысканий в вопросе 3D-печати постоянных магнитов.

Данная работа ведётся под руководством доц. Волегова Алексея Сергеевича.

Многие живые организмы могут чувствовать магнитное поле. Человек, возможно, реагирует на магнитные бури, но достоверной информации о том, что он может видеть магнитные поля – нет. Однако, если чего-то очень хочется, то физика может помочь в этом. На просторах интернета можно найти индикаторную пленку, которая позволяет увидеть неоднородные магнитные поля. Пленка состоит из ферромагнитных частиц эллиптической или дискообразной формы. Эти частицы находятся в полимерной парамагнитной матрице и могут в ней вращаться. Под действием неоднородного магнитного поля частицы поворачиваются, меняя светопропускную способность пленки, что создает контрастный рисунок.

Красота - страшная сила. И как оказалось, магнетизм может помочь быть на стиле. Новое веяние в маникюре - это магнитный лак для ногтей. По своей сути обычный лак, в который добавили ферромагнитный порошок. Но пока лак не застыл, используя постоянные магниты, можно создавать причудливые узоры на ногтях, которые очень устойчивы после высыхания лака.