Физики РФ и КНР создали максимально чувствительный датчик магнитного поля

МОСКВА, 12 февраля. /ТАСС/. Специалисты Новгородского государственного университета (НовГУ) с коллегами из КНР рассчитали, как сделать датчики магнитного поля максимально чувствительными. Исследование открывает путь, в частности, к созданию компактных антенн для подводной и подземной связи, сообщили в пресс-службе Минобрнауки РФ.

"Международная группа ученых, куда вошли специалисты НовГУ, провела исследование, результаты которого позволят создавать более эффективные устройства для преобразования магнитной энергии в электрическую - магнитоэлектрические преобразователи. Это ключевые компоненты для технологий будущего, таких как сверхчувствительные датчики магнитного поля и компактные низкочастотные антенны для связи в сложных условиях - под водой или под землей, где обычные радиоантенны плохо работают", - отметили в пресс-службе.

Материалы, способные откликаться на магнитное поле и генерировать электричество, известны давно. Чаще всего их комбинируют в виде "сэндвича": слой, который сжимается в магнитном поле (магнитострикционный), склеивают со слоем, который при сжатии вырабатывает напряжение (пьезоэлектрический). Здесь имеется проблема: конструкторам приходится делать магнитный слой короче, чтобы осталась свободная полоска материала для контактов. Но это мешает расчетам - сложно предсказать, как будет вести себя такой "неидеальный" материал в той или иной конструкции.

Российско-китайский научный коллектив сосредоточился на моделировании и испытании таких неоднородных структур, подробно изучив, что происходит, когда магнитный слой длиннее пьезоэлектрического и наоборот, и как влияет на результат изменение размеров электродов. Для этого была создана сложная математическая модель, описывающая физические процессы в каждом миллиметре композитного "сэндвича". Затем теорию проверили на практике: склеивали образцы из пьезоэлектрической пластинки и магнитострикционных лент из аморфного сплава, после чего замеряли, как сильно образец "отзывается" на переменное магнитное поле разной частоты.

"Наиболее интересным оказался вывод о конструкции, работающей на изгиб, а не на растяжение. Если сделать электроды не на всю длину, а только на ее треть, то чувствительность датчика может вырасти в разы. Это происходит потому, что самые сильные деформации в материале при изгибе сосредоточены в определенном месте. Разместив электрод именно там, можно снять максимально возможный сигнал, игнорируя остальные, менее эффективные участки пластины", - рассказал сотрудник кафедры проектирования и технологии радиоаппаратуры Политехнического института НовГУ Олег Соколов.

Расчеты показали, что датчик на основе сплава железа и кобальта с добавлением ванадия с электродами, покрывающими только треть его длины, демонстрирует выдающуюся эффективность. Его магнитоэлектрический коэффициент достиг значения 340 вольт на сантиметр-эрстед - это высокий показатель, превышающий результаты многих предыдущих работ. При этом сам датчик резонирует на магнитное поле с частотой около 94,5 герц. Этот показатель относится к низкочастотному диапазону, который идеально подходит, например, для подводной связи или георазведки, где высокие частоты плохо проникают через среды. Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда, результаты опубликованы в журнале Journal of Applied Physics.