Applicazioni

Sapevi che la luce può creare il suono? Alla fine del XIX secolo, lo scienziato Alexander Graham Bell (considerato uno degli inventori del telefono) scoprì il fenomeno dei materiali che producono onde sonore dopo aver assorbito l'energia luminosa, noto come effetto fotoacustico.   Alexander Graham Bell Fonte immagine: tecnologia Sina   Dopo gli anni '60, con lo sviluppo della tecnologia di rilevamento dei segnali deboli, apparvero microfoni altamente sensibili e microfoni piezoelettrici in ceramica. Gli scienziati hanno sviluppato una nuova tecnica di analisi spettroscopica basata sull'effetto fotoacustico: la spettroscopia fotoacustica, che può essere utilizzata per rilevare le sostanze dei campioni e le loro proprietà termiche spettroscopiche, diventando un potente strumento per la ricerca fisico-chimica in composti inorganici e organici, semiconduttori, metalli, materiali polimerici , eccetera.     Come possiamo fare in modo che la luce crei il suono? Come mostrato nella figura seguente, una sorgente luminosa modulata da un monocromatore, oppure una luce pulsata come un laser pulsato, incide su una cella fotoacustica. Il materiale da misurare nella cella fotoacustica assorbe l'energia luminosa e il tasso di assorbimento varia con la lunghezza d'onda della luce incidente e del materiale. Ciò è dovuto ai diversi livelli energetici delle molecole atomiche costituite nei diversi materiali, e il tasso di assorbimento della luce da parte del materiale aumenta quando la frequenza ν della luce incidente è vicina al livello energetico hν. Le molecole atomiche che saltano a livelli energetici più alti dopo aver assorbito la luce non rimangono ai livelli energetici più alti; tendono invece a rilasciare energia e a rilassarsi tornando allo stato fondamentale più basso, dove l'energia rilasciata spesso appare come energia termica e fa sì che il materiale si espanda termicamente e cambi di volume. Quando limitiamo il volume di un materiale, ad esempio, inserendolo in una cella fotoacustica, la sua espansione porta a cambiamenti di pressione. Dopo aver applicato una modulazione periodica all'intensità della luce incidente, anche la temperatura, il volume e la pressione del materiale cambiano periodicamente, risultando in un'onda meccanica rilevabile. Questa oscillazione può essere rilevata da un microfono sensibile o da un microfono ceramico piezoelettrico, che è ciò che chiamiamo segnale fotoacustico.   Schema di principio     In che modo un amplificatore lock-in misura i segnali fotoacustici?   In sintesi, il segnale fotoacustico è generato da un segnale di pressione molto più piccolo convertito da un calore molto piccolo (rilasciato dal rilassamento atomico o molecolare). Il rilevamento di segnali così estremamente deboli non può necessariamente essere effettuato senza amplificatori lock-in.   Nella spettroscopia fotoacustica, il segnale raccolto dal microfono deve essere amplificato da un preamplificatore e qu...

Cos'è il materiale antiferromagnetico?   Figura 1: Disposizione del momento magnetico negli antiferromagneti   Le proprietà comuni del ferro sono ferromagnetismo, ferroelettricità e ferroelasticità. I materiali con due o più proprietà del ferro contemporaneamente sono chiamati materiali multiferroici. I multiferroici di solito hanno forti proprietà di accoppiamento del ferro, cioè una proprietà del ferro del materiale può modulare un'altra proprietà del ferro, come l'utilizzo di un campo elettrico applicato per modulare le proprietà ferroelettriche del materiale e quindi influenzare le proprietà ferromagnetiche del materiale. Si prevede che tali materiali multiferroici costituiranno la prossima generazione di dispositivi di spin elettronici. Tra questi, i materiali antiferromagnetici sono stati ampiamente studiati perché mostrano una buona robustezza al campo magnetico applicato.   L'antiferromagnetismo è una proprietà magnetica di un materiale in cui i momenti magnetici sono disposti in ordine sfalsato antiparallelo e non mostrano un momento magnetico netto macroscopico. Questo stato magneticamente ordinato è chiamato antiferromagnetismo. All'interno di un materiale antiferromagnetico, gli spin degli elettroni di valenza adiacenti tendono ad essere in direzioni opposte e non viene generato alcun campo magnetico. I materiali antiferromagnetici sono relativamente rari e la maggior parte di essi esiste solo a basse temperature, come ossido ferroso, leghe di ferromanganese, leghe di nichel, leghe di terre rare, boruri di terre rare, ecc. Tuttavia, esistono anche materiali antiferromagnetici a temperatura ambiente, come BiFeO3, che è attualmente oggetto di ricerche approfondite.   Prospettive applicative dei materiali antiferromagnetici La conoscenza dell'antiferromagnetismo è dovuta principalmente allo sviluppo della tecnologia di diffusione dei neutroni che ci permette di "vedere" la disposizione degli spin nei materiali e quindi confermare l'esistenza dell'antiferromagnetismo. Forse il Premio Nobel per la fisica ha ispirato i ricercatori a concentrarsi sui materiali antiferromagnetici e il valore dell’antiferromagnetismo è stato gradualmente esplorato.   I materiali antiferromagnetici sono meno suscettibili alla ionizzazione e alle interferenze del campo magnetico e hanno frequenze proprie e frequenze di transizione di stato di diversi ordini di grandezza superiori rispetto ai tipici materiali ferromagnetici. L'ordinamento antiferromagnetico nei semiconduttori è più facilmente osservabile dell'ordinamento ferromagnetico. Questi vantaggi rendono i materiali antiferromagnetici un materiale attraente per la spintronica.   La nuova generazione di memoria magnetica ad accesso casuale utilizza metodi elettrici per scrivere e leggere informazioni sui ferromagneti, il che può ridurre l'immunità dei ferromagneti e non favorisce l'archiviazione stabile dei dati, e i campi vaganti dei materiali ferromagnetici possono rappresenta...