Aplicaciones

¿Sabías que la luz puede crear sonido? A finales del siglo XIX, el científico Alexander Graham Bell (considerado uno de los inventores del teléfono) descubrió el fenómeno de los materiales que producen ondas sonoras tras absorber energía luminosa, conocido como efecto fotoacústico.   Alexander Graham Bell Fuente de la imagen: Tecnología Sina   Después de la década de 1960, con el desarrollo de la tecnología de detección de señales débiles, aparecieron los micrófonos de alta sensibilidad y los micrófonos cerámicos piezoeléctricos. Los científicos desarrollaron una nueva técnica de análisis espectroscópico basada en el efecto fotoacústico: la espectroscopia fotoacústica, que puede usarse para detectar sustancias en muestras y sus propiedades térmicas espectroscópicas, convirtiéndose en una poderosa herramienta para la investigación fisicoquímica en compuestos orgánicos e inorgánicos, semiconductores, metales y materiales poliméricos. , etc.     ¿Cómo podemos hacer que la luz cree sonido? Como se muestra en la figura siguiente, una fuente de luz modulada por un monocromador, o una luz pulsada como un láser pulsado, incide sobre una celda fotoacústica. El material a medir en la celda fotoacústica absorbe energía luminosa y la tasa de absorción varía con la longitud de onda de la luz incidente y el material. Esto se debe a los diferentes niveles de energía de las moléculas atómicas constituidas en los diferentes materiales, y la tasa de absorción de luz por el material aumenta cuando la frecuencia ν de la luz incidente se acerca al nivel de energía hν. Las moléculas atómicas que saltan a niveles de energía más altos después de absorber luz no permanecen en los niveles de energía más altos; en cambio, tienden a liberar energía y relajarse de regreso al estado fundamental más bajo, donde la energía liberada a menudo aparece como energía térmica y hace que el material se expanda térmicamente y cambie de volumen. Cuando restringimos el volumen de un material, por ejemplo, empaquetándolo en una celda fotoacústica, su expansión provoca cambios de presión. Después de aplicar una modulación periódica a la intensidad de la luz incidente, la temperatura, el volumen y la presión del material también cambian periódicamente, lo que da como resultado una onda mecánica detectable. Esta oscilación puede detectarse mediante un micrófono sensible o un micrófono cerámico piezoeléctrico, que es lo que llamamos señal fotoacústica.   Esquema del principio     ¿Cómo mide un amplificador lock-in las señales fotoacústicas?   En resumen, la señal fotoacústica se genera mediante una señal de presión mucho más pequeña convertida a partir de calor muy pequeño (liberado por relajación atómica o molecular). La detección de señales tan extremadamente débiles no puede realizarse necesariamente sin amplificadores lock-in.   En espectroscopia fotoacústica, la señal recopilada del micrófono debe amplificarse mediante un preamplificador y lueg...

¿Qué es el material antiferromagnético?   Figura 1: Disposición del momento magnético en antiferromagnetos   Las propiedades comunes del hierro son el ferromagnetismo, la ferroelectricidad y la ferroelasticidad. Los materiales que tienen dos o más propiedades del hierro al mismo tiempo se denominan materiales multiferroicos. Los multiferroicos suelen tener fuertes propiedades de acoplamiento del hierro, es decir, una propiedad del hierro del material puede modular otra propiedad del hierro, como el uso de un campo eléctrico aplicado para modular las propiedades ferroeléctricas del material y así afectar las propiedades ferromagnéticas del material. Se espera que estos materiales multiferroicos sean la próxima generación de dispositivos electrónicos de giro. Entre ellos, los materiales antiferromagnéticos han sido ampliamente estudiados porque exhiben buena robustez al campo magnético aplicado.   El antiferromagnetismo es una propiedad magnética de un material en el que los momentos magnéticos están dispuestos en un orden escalonado antiparalelo y no exhiben un momento magnético neto macroscópico. Este estado magnético ordenado se llama antiferromagnetismo. Dentro de un material antiferromagnético, los espines de los electrones de valencia adyacentes tienden a estar en direcciones opuestas y no se genera ningún campo magnético. Los materiales antiferromagnéticos son relativamente poco comunes y la mayoría de ellos existen sólo a bajas temperaturas, como óxido ferroso, aleaciones de ferromanganeso, aleaciones de níquel, aleaciones de tierras raras, boruros de tierras raras, etc. Sin embargo, también existen materiales antiferromagnéticos a temperatura ambiente, como BiFeO3, que actualmente se encuentra bajo intensa investigación.   Perspectivas de aplicación de materiales antiferromagnéticos El conocimiento del antiferromagnetismo se debe principalmente al desarrollo de la tecnología de dispersión de neutrones para que podamos "ver" la disposición de los espines en los materiales y así confirmar la existencia del antiferromagnetismo. Quizás el Premio Nobel de Física inspiró a los investigadores a centrarse en los materiales antiferromagnéticos, y gradualmente se exploró el valor del antiferromagnetismo.   Los materiales antiferromagnéticos son menos susceptibles a la ionización y a la interferencia del campo magnético y tienen frecuencias propias y frecuencias de transición de estado varios órdenes de magnitud más altas que los materiales ferromagnéticos típicos. El orden antiferromagnético en los semiconductores se observa más fácilmente que el orden ferromagnético. Estas ventajas hacen de los materiales antiferromagnéticos un material atractivo para la espintrónica.   La nueva generación de memoria magnética de acceso aleatorio utiliza métodos eléctricos para escribir y leer información en ferroimanes, lo que puede reducir la inmunidad de los ferroimanes y no favorece el almacenamiento estable de datos, y los campos ...