1.Гигантские эффекты.

2.Основные характеристики магнитных материалов.петля гестерезиса.

3.Магнитотвердые материалы с одноосной анизотропией полей рассеяния и одноосной кристаллической магнитной анизотропией.

4.Магнитовтердые материалы на основе соединений редкоземельных металлов и 3d переходных металлов.

5.Магнитомягкие сплавы.Виды.Применение.

6.Аморфные магнитомягкие сплавы.Виды.Применение.

7.Магнитная запись.История магнитной записи.

8.Сверхпроводники.Свойства.Применение.

9. Эффект памяти формы.Магнитный эффект памяти формы.

10.Сплавы с эффектом памяти формы:Ni-Ti, Cu-Zn, Ni-Mn-X

(X= Ga,In,Sn,Sb).

11.Применение сплавов с эффектом памяти формы. Соединительные элементы, роботы, тепловые двигатели, медицина.

12.Сплавы с магнитокалорическим эффектом. Прямые и косвенные измерения. Термодинамические циклы.

13.Классификация композиционных материалов. Металлические композиты.

14.Углерод-углеродные композиционные материалы.Получение.Применение.

15.Керамические композиционные материалы.Виды.Применеие.

16.Наноматериалы.Нанопорошки.Объемные наноструктурные материалы.Получение.

17.Классификация аллотропов углерода. Алмаз, графит, графен, фуллерен, нанотрубки.

18.Биоматериалы.Вирусы.Нано-весы, волокно, жидкость, клей, машины, термометр.

19.Функциональные покрытия.Виды покрытий.

20.Жидкие кристаллы.Флексоэлектрический эффект.Эффект Фредерикса.

21.Нематическая,холестерическая и смектическая жидкость.

22.Применение жидких кристаллов (дисплеи,волноводы,оптический микрофон)

23.Стеклообразные материалы.Структура стекл.

24.Кристаллизация,стеклование.Виды стекл.

25.Фторидные,халькогенидные,фотохромные,оптические,металлические стекла.Фотонные кристаллы.

26.Полимеры.Пластмассы.Виды,свойства,классификация.

27.Электрохимические системы,используемые в современных химических источниках тока.Топливные элементы.

28.Диэлектрические материалы.Пассивные,активные диэлектрики.

29.Термоэлектрические материалы.Эффект Зеебека,эффект Платье,эффект Томсона.

30.Метаматериалы.

1.Гигантские эффекты.

Магнитострикционный эффект, обнаруженный в ферромагнитных материалах в 1842 г. Суть эффекта: если поместить образец в магнитное поле, его форма и размеры изменятся. Это изменение было очень незначительным и в среднем составляло всего 0,003 %. Однако в 1961 г. у редкоземельных металлов тербия Tb, диспрозия Dy и некоторых их сплавов был открыт эффект гигантской магнитострикции, величина которого больше на два порядка: 0,5 % для сплава TbDyZn. Это позволило создать высокочувствительные магнитострикционные механизмы микроперемещений и нажимных устройств, принципиально новые генераторы мощного звука и ультразвука, сверхчувствительные приемники звука. Были улучшены характеристики линий задержки звуковых и электрических сигналов, а также других устройств для радиотехники и электросвязи.

Широко известный пьезоэлектрический эффект был открыт в 1880 г. Пьезоэлементы созданы из материалов, при деформации которых появляется электрический потенциал. На рис. 3. показано возникновение потенциала при деформации кристалла кварца. Если же мы поместим их в электрическое поле, то пьезоэлементы деформируются - это инверсионный пьезоэлектрический эффект. Материалы, которые используют в качестве пьезоэлементов, можно разбить на две группы: пьезоэлектрические монокристаллы и пьезокерамика. Максимальная величина классического пьезоэлектрического эффекта получена для керамики и составляет около 0,17%.

Магнитосопротивление

Рождением магнитной электроники можно считать открытие магнитосопротивления в 1857 г. Тогда было обнаружено, что электросопротивление материалов изменяется под действием магнитного поля.

В немагнитных проводниках, таких как медь или золото, этот эффект очень мал. В ферромагнитных материалах величина магнитосопротивления достигает 4%. В ферромагнетике в отсутствие внешнего магнитного поля образуются магнитные домены, внутри которых магнитные моменты параллельны. При включении магнитного поля, величина которого для каждого материала индивидуальна, эти микроскопические магнитные домены исчезают, и весь образец превращается в единый домен, то есть намагничивается. Электросопротивление ферромагнетика до и после намагничивания различно.Удельное электросопротивление магнитных материалов зависит от угла между магнитным полем и током. Это явление назвали анизотропным магнитосопротивлением.

Спин-вентили

Очередным шагом на пути совершенствования структур с гигантским магнитосопротивлением стали спиновые вентили (СВ). Они также состоят из двух магнитных слоев, разделенных немагнитной прослойкой, но магнитный момент одного из слоев закреплен антиферромагнитным слоем (АФМ) с фиксированным направлением магнитного момента. В то же время намагниченность второго слоя может свободно изменяться под действием внешнего магнитного поля. В другом варианте СВ имеют структуру пермаллой (NiFe)/медь (Cu)/ кобальт (Co). Когда мы помещаем этот "сэндвич" даже в слабое магнитное поле, верхний "свободный" слой легко изменяет конфигурацию магнитных моментов вслед за полем, выстраивая ее антипараллельно нижнему слою. А если есть такой переход, то будет и гигантское магнитосопротивление. На основе таких элементов созданы считывающие магниторезистивные головки в жестких дисках с плотностью записи более 100 Гбайт/кв. дюйм.

Варьируя материал, толщину и последовательность слоев, можно оптимизировать магнитные и электрические свойства таких наноструктур и расширить область их практического применения. За несколько лет, прошедших с момента открытия спиновых вентилей, было создано и исследовано не менее одиннадцати их видов с различной структурой.

Магнитный туннельный переход

Магнитный туннельный переход происходит в структуре, состоящей из двух слоев ферромагнетика, разделенных изолятором (обычно это оксид алюминия Al2O3). Причем толщина изолятора так мала (менее 2 нм), что электрон может просачиваться через него - этот процесс называется туннелированием. В ферромагнитном материале энергия электронов со "спин-вверх" и "спин-вниз" различная, поэтому и вероятность их туннелирования будет отличаться. Если магнитные моменты смежных слоев направлены параллельно, проводимость магнитного туннельного перехода велика, а если намагниченности антипараллельны, то вероятность туннелирования мала, то есть электросопротивление большое. Таким образом, имеются условия для возникновения эффекта ГМС. Максимальная величина магниторезистивного эффекта, наблюдаемого в таких структурах при комнатной температуре, составляет около 220%. Структуры с магнитным туннельным переходом применяются в качестве считывающих головок в жестких дисках, а также для создания элементарных ячеек магниторезистивной оперативной памяти (MRAM).

2.Основные характеристики магнитных материалов. Петля Гистерезиса.

Под магнитными свойствами вещества понимают его способность взаимодействовать с магнитным полем магнитные материалы намагничиваются при внесении их в магнитное поле, некоторые сохраняют свою намагниченность после воздействия магнитного поля.

В качестве магнитных материалов:

-магнетики – вещества, в которых под действием магнитного поля возникают магнитные домены

-магнитные полупроводники

-материалы с колосальным магниторезестивным эффектом (влияние магнитного поля на проводимость)

-с магнитокалорическим эффектом (влияние магнитного поля на фазовые переходы и изменение темперауры)

Среди магнитотвердых материалов наибольший интерес вызывают сплавы с высокой одноосной анизотропией.

Петля Гистерезиса.

При циклическом изменении сигма постоянного поля от 0 до Н+, от Н+ до Н-, от Н- до Н+, кривая перемагничивания имеет форму замкнутой кривой. При увеличении сигма получают серию петель Гистерезиса.