Создавать магнитное поле с помощью электричества человечество научилось уже в начале 19-го века, а во второй его половине электромагниты уже применялись в промышленности повсеместно. Однако такой способ, связанный с протеканием электрических токов, энергозатратен по определению. Поэтому в конце 20-го века постоянные магниты, не требующие источников питания, стали снова привлекательной альтернативой (они используются, например, в драйверах жестких дисков, в электродвигателях и в акустических системах).

Однако, как следует из самого названия, постоянные магниты не могут включаться и выключаться или менять полярность по нашему желанию. Поэтому задача о создании магнитоэлектрической среды, которая бы объединяла в себе достоинства энергонезависимых постоянных магнитов и переключаемых электромагнитов сейчас выходит на первый план. Любопытное решение этой задачи предложено сотрудниками Harvard University (США): придать магнитные свойства гирикону, среде, используемой в качестве электронной бумаги [1].

Гирикон представляет собой полимерную среду, в которую внедрены двуцветные сферические частицы из полиэтилена, свободно вращающиеся внутри полостей с жидкостью (рис.1). Две полусферы частицы отличаются не только цветом, но и электрическим зарядом – темная сторона заряжена положительно, так что вся частица имеет дипольный момент ~ 10^-19 Кл·м. Этого момента оказывается достаточно, чтобы ориентировать частицы с помощью электрического поля ~3 В/мкм. Переключая полярность приложенного напряжения, можно менять цвет поверхности полимерной пленки с черного на белый и обратно.

Рис. 1. а – микрофотография гирикона: полимера с внедренными черно-белыми сферическими частицами; б – схематическое изображение магнитоэлектрического композита на основе гирикона: частицы-диполи свободно вращаются в микрополостях с жидкостью. +/- электрические, S,N – магнитные полюса

В [1] было предложено добавить к свойствам электронной бумаги еще одну функциональную возможность – магнитную, путем введения в материал частиц магнитных примесей. Чтобы задать магнитный момент, частицы подвергались одновременному воздействию электрического и магнитного полей: электрическое поле ориентировало частицы, а магнитное задавало постоянный магнитный момент. Так среда приобретала эффективные магнитоэлектрические свойства: теперь подачей электрического напряжения можно было управлять намагниченностью гирикона, не расходуя энергию на электрические токи.

Любопытно, что идея создания среды, состоящей из частиц со «сцепленными» магнитными и электрическими моментами, высказывалась еще в 1948 году классиком электроники и электротехники Б. Теллегеном [2], однако предлагаемый им рецепт – суспензия из магнитных частиц, соединенных с частичками электрета, был трудно реализуем технически.

К сожалению, намагниченность среды очень невелика – несколько миллигаусс (правда, авторы обещают увеличение этой величины на порядки подбором магнитных примесей с большей намагниченностью насыщения). Быстродействие устройств на гириконе также оставляет желать лучшего. В силу того, что переключение осуществляется путем механического вращения частиц, частоты не превышают единиц Герц, так что о приложениях в твердотельной микроэлектронике речи не идет (в отличие от магнитоэлектриков, см. [3], и полупроводников, см. [4]). Зато магнитоэлектрический гирикон может оказаться полезным для приложений в микрофлюидике (раздел гидродинамики, занимающийся созданием «жидкостных роботов», автоматизирующих химические и биохимические работы), в микроэлектромеханических системах (MEMS) и в пластиковой микроэлектронике.

А. Пятаков

• 1. A.Ghosh et al, Small 4, 1958 (2008)
• 2. B.D.H. Tellegen, Philips Res. Rep. 3, 81 (1948)
• 3. ПерсТ 15, вып. 9, стр. 4 (2008)
• 4. ПерсТ 8, вып. 19,стр.3 (2001)