Лабораторный макет сканирующего магнитного микроскопа на основе нового датчика представили ученые НИТУ «МИСиС». По словам авторов, с помощью такого устройства можно получать изображения локальных магнитных полей вблизи поверхности исследуемых объектов. Преимущества нового устройства — неинвазивность (малое влияние на исследуемый объект), высокое разрешение в сочетании с хорошей магнитной чувствительностью и простота конструкции.

Результаты работы опубликованы в журнале Journal of Magnetism and Magnetic Materials. Сканирующие магнитные системы используются в задачах неразрушающего магнитного контроля для обнаружения дефектов в материалах и конструкциях, а также в биомедицинских приложениях при измерениях магнитных сигналов биологических объектов.

Чувствительность магнитного поля и пространственное разрешение в таких устройствах определяет датчик. Ученые НИТУ «МИСиС» представили оригинальную разработку — сканирующий магнитный микроскоп на основе стандартного 2D-плоттера, но вместо рабочей печатающей головки в нем используется миниатюрный датчик магнитного поля на основе небольшого отрезка (3–4 мм) аморфного ферромагнитного микропровода.

Лабораторный макет сканирующего магнитного микроскопа / ©Пресс-служба НИТУ «МИСиС»

«Принцип его работы основан на эффекте гигантского магнитного импеданса (ГМИ-эффект), заключающемся в изменении импеданса микропровода на высокой частоте при воздействии внешнего магнитного поля. Поскольку используемый в ГМИ-датчике микропровод имеет острие диаметром 10–20 микрон, то такой датчик, в принципе, позволяет получить пространственное разрешение на уровне десятков микрометров при измерении магнитных полей на уровне единиц наноТесла», – рассказал ведущий научный сотрудник НИТУ «МИСИС» Сергей Гудошников.

Магнитный датчик движется вблизи поверхности исследуемого объекта и в процессе движения, с определенным шагом, измеряет значения вертикальной компоненты магнитного поля, создаваемые исследуемым объектом. Чем меньше размеры используемого датчика и чем ближе он к поверхности образца, тем больше магнитных особенностей проявляется на получаемой магнитной картинке, пояснил Сергей Гудошников.

Сканирующий магнитометр для измерения гигантского магнитного импеданса / ©Пресс-служба НИТУ «МИСиС»

По его словам, в представленной работе было получено пространственное разрешение порядка 200 микрон, чувствительность ГМИ-датчика составляла примерно 10 наноТесла. Подобный сканирующий магнитометр на основе ГМИ-датчика был создан в Японии. Авторы работы продемонстрировали магнитное изображение части банкноты номиналом 1000 японских йен, на которой рисунок выполнен магнитными красками.

Однако разработанная отечественная сканирующая система используется в новом качестве – для визуализации локальных магнитных полей различных магнитных объектов. Сканирующий магнитометр позволяет точечно измерять вертикальную компоненту магнитного поля вблизи поверхности исследуемого объекта, после чего по этим данным строится картина распределения магнитного поля.

По данным разработчиков, изобретение может быть интересно в России и за рубежом за счет новых качеств: неинвазивность (малое влияние на исследуемый объект), высокое разрешение в сочетании с хорошей магнитной чувствительностью, простота конструкции и возможность построения многоканальных сканирующих измерительных систем.