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Vectorial VSM

Magnetometro VSM Vettoriale MicroSense Model 10

Alberto M.Testa  -

Gaspare Varvaro  -

Laboratorio Materiali Magnetici Nanostrutturati (nM2-Lab)

Sede di Roma - Monterotondo
 
Il magnetometro a campione vibrante ideato nel 1956 dallo scienziato del MIT Simon Foner è diventato uno strumento ampiamente utilizzato per determinare le proprietà magnetiche di una grande varietà di materiali: diamagnetici, paramagnetici, ferromagnetici, ferrimagnetici e antiferromagnetici. Il suo principio di funzionamento è il seguente : un campione magnetizzato per la presenza di un campo magnetico applicato uniforme vibra sinusoidalmente, inducendo un segnale elettrico sinusoidale in bobine di raccolta posizionate opportune. Il segnale indotto ha la stessa frequenza di quella di vibrazione e la sua ampiezza sarà proporzionale al momento magnetico, all'ampiezza e alla posizione relativa rispetto al sistema di bobine di raccolta. L'elettromagnete del Vector VSM è posizionato su una base rotante e può essere ruotato attorno all'asse centrale,  con la sua posizione di riposo definita come 0 °. Il campione con una magnetizzazione M ad un angolo arbitrario θo è montato sul supporto del campione posizionato al centro del magnete. I segnali di tensione provenienti da due serie di bobine di  pickup A e B, fisse e reciprocamente perpendicolari vengono quindi combinati e convertiti (dopo la calibrazione) per fornire il componente di magnetizzazione parallela (mx) e perpendicolare (my) al campo (H) nonché parallela e perpendicolare al campione. Nelle misure di tipo angolare, le bobine di pickup ed il campione rimangono fisse mentre l'elettromagnete puo’ essere ruotato con specifici passi angolari, cosi da misurare il  ciclo d’isteresi per ogni angolo (azimuthal 0<θ<360 °; polare 0 <ϕ <90 °)
 
 

SPECIFICHE TECNICHE

  • Elettromagnete convenzionale  da Hmax = 2 T  (pole gap =70mm; peso= 2 Tons)
  • Temperatura variabile tra 80K < T < 770K
  • Sistema automatizzato di rotazione del magnete
  • Range: ± 540º  (field plane);  
  • Risoluzione: 0.0005º  
  • Accuracy and repeatability: ±0.2º

PICK-UP COILS VETTORIALI

  • 8 bobine di rivelazione disposte in 4 coppie, in grado di rivelare simultaneamente le componenti X ed Y del vettore momento magnetico 
  • Accuratezza nella determinazione  del modulo ed angolo del vettore momento magnetico:  ±1.5%  ±1.5 º  
  • Sensibilita’  in momento magnetico:  5 *10-6 emu
  • Controllo automatizzato mediante software proprietario delle operazioni di calibrazione, scrittura delle sequenze di misura, raccolta ed analisi dati

TECNICHE DISPONIBILI

Il software di controllo VMS supporta una serie di differenti protocolli di misura per valutare le proprietà magnetiche primarie (ad es. Ms, Hc, Kan, TC)  e per studi avanzati sulle interazioni interparticella (grano), meccanismo di inversione della magnetizzazione e simmetria di anisotropia magnetica.

  • Cicli d’isteresi
  • Misure di rimanenza
  • Curve di magnetizzazione rimanente dopo demagnetizzazione
  • Misure di magnetizzazione rimanente isoterma  (IRM)
  • δM / Henkel plot
  • Curve di inversione del primo ordine (FORC)
  • Misure trasverse
  • Misure di magnetizzazione dipendenti dal tempo
È disponibile anche una sonda aggiuntiva per misure a 4 punte  di resistenza ((tra 1 e 10 kΩ vs campo magnetico (coplanare con i contatti) a temperatura e angolo variabili, con risoluzione di 0,01% del fondo scala e corrente di test impostabile dall'utente tra 0 e ± 20 mA
 

CAMPIONI

  • Forma e dimensioni: dischi (5<ϕ<8 mm di diametro per film sottili); cilindro (altezza 12 mm / diametro 3 mm per liquidi) altezza 4 mm / 8 mm per polveri (fino a 10 mg di peso)
    Durata tipica dell’acquisizione di un loop di isteresi approx. 30 min

UTILIZZATO PER

  • Film sottili magnetici ed eterostrutture
  • Nanoparticelle magnetiche
  • Nanoarchitettura magnetica
  •  Nanocompositi magnetici ibridi
  • Studi fondamentali su materiali di interesse  applicativo (energia, biomedicina, sensori, ambiente, ICT e patrimonio culturale)
 
 

ESEMPI APPLICATIVI

Antiferromagneti artificiali a base di Co/Pd per applicazioni biomediche
Sono state studiate sistematicamente le proprietà magnetiche di stack e microdischi costituiti da ripetizioni multiple M di unità antiferromagnetiche artificiali [Co / Pd] N / Ru /[Co/Pd] N con anisotropia magnetica perpendicolare. Per M ≤ 5, i campioni soddisfano tutti i criteri fondamentali per le applicazioni biomediche (ovvero: zero rimanenza, anisotropia magnetica uniassiale, suscettibilità a campo zero quasi nulla e switch alla saturazione dei momenti estremamente definito) insieme alla capacità di variare il momento magnetico totale alla saturazione variando il numero di ripetizioni dello stack.
 
Si veda: G. Varvaro et al. Nanoscale 11, 21891 (2019)

 
 
 

Meccanismo di inversione della magnetizzazione in bistrati Fe/L10-FePt perpendicolare accoppiati per scambio
E’ stato studiato Il meccanismo di inversione della magnetizzazione in bistrati soft/hard Fe/L10-FePt perpendicolare accoppiati per scambio in funzione dello spessore dello strato soft (Fe; t= (2, 3, 5 nm) combinando misure magnetiche trasversali angolari e CC, e simulazioni numeriche micromagnetiche. Per uno spessore del Fe inferiore alla lunghezza di scambio FePt (~ 2 nm) il sistema si comporta come un magnete rigido. Per spessori maggiori, il processo di inversione della magnetizzazione inizia con la rotazione dei momenti del Fe verso il piano del film, come indicato dall'aumento del segnale My trasversale mentre il campo esterno passa dal valore di saturazione a zero.
 
Si veda: G. Varvaro et al New Journ.of Physics 14(2012) 073008

 
 
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