كما كتبنا سابقًا ، في الجامعة الوطنية للعلوم والتكنولوجيا "MISiS" يتم عقد الحدث السنوي "محاضرات عيد الميلاد" . في إطار هذا الحدث ، يلقي علماءنا البارزون محاضرة حول مجالات أبحاثهم وإنجازاتهم الرئيسية. لقد نشرنا بالفعل رأي خبير D.V. هولبرغ عن المحاضرة.نود اليوم نشر رأي الخبراء من عالمنا الرائد ومدير المشروع "تطوير وتطبيق الميكروفونات المغناطيسية الحديدية غير المتبلورة لإنشاء أجهزة استشعار جديدة ومواد مركبة وأجهزة تعتمد عليها" د. الأستاذ يوسوف نيكولاي ألكسندروفيتش .محاضرته "المغناطيسية الحديثة في التطبيقات: التسجيل المغناطيسي والطب الحيوي والالكترونيات الدقيقة"حدث في 3 ديسمبر وأحدث انطباعًا حيويًا على جميع الطلاب ، ولاحظ العديد من الباحثين مشاعره في إعداد المادة. قام فريق التوجيه لدينا بتحرير مقطع فيديو جيد جدًا لتلك المحاضرة ، بالمناسبة ، استمر لفترة أطول من أي شخص آخر. لا يسعنا أن نطلب من الأستاذ أن يكتب لنا رأي خبير. كما هو الحال دائمًا ، اقترب نيكولاي ألكسندروفيتش من المهمة بشكل مسؤول للغاية ، وبعد شهرين أرسل لنا المواد. بالطبع ، هذا ليس تنسيقًا علميًا شائعًا ، وفهمه سيتطلب مستوى جامعيًا من المعرفة بالفيزياء.في رأيه الخبير ، سيتحدث الأستاذ عن الجسيمات النانوية المغناطيسية وتطبيقاتها التكنولوجية الحديثة.(CrO2), (Sn) (Sb).
, . .
تُستخدم مجموعات من الجسيمات النانوية المغناطيسية على نطاق واسع في تكنولوجيا النانو الحديثة. يكفي ذكر مثل هذه التطبيقات الهامة للجسيمات النانوية المغناطيسية مثل التسجيل المغناطيسي الفائق الكثافة للمعلومات ، والسوائل المغناطيسية ذات الخصائص الريولوجية الفريدة ، والمغناطيسات الدائمة القسرية للغاية ، وما إلى ذلك. مؤخرًا ، التطبيقات الطبية الواعدة للغاية للجسيمات النانوية المغناطيسية ، مثل التصوير بالرنين المغناطيسي ، وإيصال الأدوية المستهدفة ، والمغناطيسية ارتفاع الحرارة ، التنظيف العميق للوسائط البيولوجية من السموم والشوائب ، إلخ. د.يعمل الكيميائيون والفيزيائيون والمهندسون والتقنيون مع مجموعات مختلفة من الجسيمات النانوية المغناطيسية لسنوات عديدة ، ويسعون إلى تحسين الخصائص الفيزيائية الكيميائية للمجموعات لمجموعة متنوعة من التطبيقات التقنية. هذا العمل بعيد عن الاكتمال. ويرجع ذلك ، أولاً ، إلى حقيقة أن ظاهرة المغناطيسية نفسها يصعب دراستها. وثانيًا ، من الصعب جدًا العمل مع الأجسام النانوية ، والتي لا يمكن ملاحظتها إلا بمساعدة المجاهر الإلكترونية المتقدمة.تحتوي المادة المغناطيسية على ترتيب مغناطيسي خاص ، غائب في المواد العادية. وبالتحديد ، يوجد في كل نقطة من الجسم المغنطيسي الحديدي ناقل مغنطة M® ، طوله ثابت ، ويساوي كمية مادية تسمى مغنطة المادة ، | M® | = السيدة مغنطة الإشباع هو عدد اللحظات المغناطيسية الأولية لكل وحدة حجم لمادة مغنطيسية ، يرتبط سلوكها بتفاعل التبادل الميكانيكي الكمومي [1،2]. الموضوع الرئيسي للدراسة في المغناطيسية الحديدية هو تحليل الأنواع المحتملة لتوزيع ناقل M® على حجم الجسم المغنطيسي الحديدي ، اعتمادًا على المجال المغناطيسي المطبق وعوامل أخرى. اتضح أن Vector M® لا يمكن أن يتغير فجأة ، بشكل مفاجئ ، ولكن يمكن أن يدور بسلاسة في جسم ممغنط من نقطة إلى أخرى ،يحافظ على طوله. وهكذا ، في الواقع ، المغناطيسية هي مجال ناقل ثلاثي الأبعاد.لاحظ أننا نعيش محاطة بمختلف المجالات المادية. على سبيل المثال ، إن توزيع درجة الحرارة غير المتجانسة في وحولنا هو حقل درجة حرارة عددي ثلاثي الأبعاد. يتم وصف هذا المجال بواسطة دالة واحدة T (r، t) ، والتي يمكن أن تعتمد ليس فقط على موضع نقطة في الفضاء r ، ولكن أيضًا على الوقت t. لوصف مجال متجه ، هناك حاجة إلى ثلاث وظائف - إسقاطات هذا المتجه على محور نظام الإحداثيات الديكارتية ، {Mx (r، t)، My (r، t)، Mz (r، t)}. من الخصائص الأساسية للمتجه المغناطيسي الذي يميز جذريًا هذا المجال عن المجالات الفيزيائية الأخرى هو ثبات طول المتجه المغناطيسي ، Mx2 (r، t) + My2 (r، t) + Mz2 (r، t) = Ms2 ، والتي تمليها قوانين ميكانيكا الكم [ 1،2]. هذه العلاقة غير خطية لأنها تربط مربعات الكميات. لذلك ، تتطلب دراسة المغناطيسية الحديدية استخدام رياضيات غير خطية خاصة ،وهو أكثر تعقيدًا من التحليل الرياضي العادي. بالإضافة إلى ذلك ، فإن أي جسم ممغنط يخلق داخل وحول نفسه توزيع المجال المغناطيسي ، H® ، والذي يؤثر في حد ذاته على توزيع المغنطة في الجسم المغنطيسي الحديدي. عند الابتعاد عن الجسم الممغنط ، ينخفض الحقل H® في الفضاء ببطء ، بما يتناسب مع ~ 1 / r3 ، أي أنه بعيد المدى. هذا يعني أنه حتى الأجزاء البعيدة بما فيه الكفاية من الجسم الممغنط ترتبط بالتفاعل المغناطيسي ، أي أن سلوكهم ثابت.أي أنها بعيدة المدى. هذا يعني أنه حتى الأجزاء البعيدة بما فيه الكفاية من الجسم الممغنط ترتبط بالتفاعل المغناطيسي ، أي أن سلوكهم ثابت.أي أنها بعيدة المدى. هذا يعني أنه حتى الأجزاء البعيدة بما فيه الكفاية من الجسم الممغنط ترتبط بالتفاعل المغناطيسي ، أي أن سلوكهم ثابت.هاتان الحالتان - عدم خطية المعادلات التي تصف توزيع ناقل M® في الفضاء ، والطبيعة بعيدة المدى للتفاعل المغناطيسي ، تعقد التحليل النظري لخصائص المواد المغناطيسية. على الرغم من أن المعادلات الأساسية للمغناطيسية الظاهرية قد صاغتها Landau و Lifshitz منذ فترة طويلة ، في عملهما الشهير عام 1935 [3] ، حدث تقدم كبير في تطوير نظرية المغناطيسية المغناطيسية فقط في التسعينات من القرن الماضي ، فيما يتعلق بتطوير طرق محاكاة الكمبيوتر القوية. حتى الآن ، لا تزال الجسيمات النانوية المغناطيسية أحد الأشياء المركزية لنظرية المغناطيسية الحديدية ، ولا تزال مجالًا مهمًا للبحث التجريبي. والحقيقة هي أن الجسم المغنطيسي الحديدي الممتد يتمتع بعدد كبير من الدرجات المغناطيسية للحرية. في الواقعفي جسم كبير مجهريًا ، يمكن أن يتجه ناقل M® في الفضاء بعدد كبير من الطرق. يتم الحديث عن هذه الظاهرة كوجود عدد كبير من توزيعات المغنطة المستقرة ، والتي يمكن أيضًا تحويلها بسهولة إلى بعضها البعض. لذلك ، من الصعب السيطرة على خصائص المغناطيس المغناطيسي الممتد ، لأنه من الصعب إصلاح الحالة المغناطيسية لمثل هذا الجسم.ومع ذلك ، من الواضح أن عدد الدرجات المغناطيسية للحرية ينخفض بشكل حاد مع انخفاض حجم الجسم. في الواقع ، يسمح تفاعل التبادل الكمي الميكانيكي فقط بتغييرات سلسة إلى حد ما في ناقلات M® في الفضاء ، بأطوال مميزة تتجاوز ما يسمى بطول التبادل ليكس. في المغنطيسات الحديدية الجيدة ، مثل الحديد والكوبالت والنيكل وسبائكها ، يكون طول التبادل في حدود 20-30 نانومتر. إذا كان الحجم المميز للجسيمات النانوية D أقل أو من ترتيب طول التبادل ، D <Lex ، فإن عكس اتجاه المغنطة داخل مثل هذا الجسيم غير مواتٍ بقوة. من الأكثر صرامة أن نتحدث عن الحجم المميز لمجال واحد ، Dc ، [4] والذي في ما يسمى بالمغناطيسات المغناطيسية اللينة القريبة من طول التبادل ، Dc ~ Lex. الجسيمات ذات الأحجام الأصغر من قطر مجال واحد ، D <Dc ، ممغنطة بشكل موحد ،أي أن متجه المغنطة مستقل عن الإحداثيات ، M = const. تسمى هذه الجسيمات ، مع أبسط هيكل مغناطيسي ، المجال المفرد. الجسيم ذو المجال الواحد هو مغناطيس طبيعي دائم صغير يكاد يكون من المستحيل إزالة المغناطيسية منه. إذا تجاوز حجم الجسيم حجم المجال الواحد ، D> Dc ، فإن توزيعات التمغنط غير المتجانسة ، عادة من نوع الدوامة ، يمكن أن تتطور في مثل هذا الجسيم.عادة نوع دوامة.عادة نوع دوامة.
التين. 1. حالة المغنطة المتجانسة في جزيء نانوي الكوبالت الكروي بقطر D = 36 نانومتر (يسار) وحالة دوامة غير متجانسة في نفس الجسيمات النانوية بقطر D = 56 نانومتر (يمين) ، تم الحصول عليها باستخدام محاكاة كمبيوتر ثلاثية الأبعاد.
في الشكل. يوضح الشكل 1 التوزيعات المتجانسة والدوامة للمغنطة المحسوبة بالطرق العددية الحديثة [5] في الجسيمات النانوية الكوبالتية بأقطار مختلفة. يتم تمثيل التوزيعات ثلاثية الأبعاد لمتجه المغنطة في هذه الجسيمات في هذه الأشكال بواسطة سهام ذات طول ثابت. لتحديد قطر المجال الواحد لجزيء نانوي من الكوبالت الكروي ، يحتاج المرء إلى حساب مخطط الطاقة لهذه الحالات ، الموضح بشكل تخطيطي في الشكل. 2.التين. 2. رسم تخطيطي للطاقة التخطيطي للحالات المغناطيسية المستقرة للجسيمات النانوية اعتمادًا على نصف قطرها.
كما يتبين من الشكل. 2 ، إجمالي الطاقة المحددة للحالة الممغنطة بشكل موحد للجسيم (الخط الأسود) لا يعتمد على نصف قطر الجسيم ، في حين أن الطاقة الإجمالية لحالة الدوامة (المنحنى الأحمر) تنخفض بسرعة مع زيادة نصف القطر. تحدد نقطة تقاطع هذه المنحنيات نصف قطر مجال واحد للجسيم ac = Dc / 2. إذا كان نصف قطر الجسيم r <ac ، فإن الحالة المتجانسة لديها أدنى طاقة إجمالية ، في حين أن حالة الدوامة في نطاق معين من نصف القطر يمكن أن توجد على أنها مستقر ، أي أنها مستقرة ، ولكن لديها المزيد من الطاقة. إذا كان r> ac ، فإن حالة الدوامة ستكون الأقل في الطاقة. في هذه الحالة ، يمكن أن توجد حالة متجانسة كما يمكن تغييرها في مدى نصف القطر ac <r <Rc ، حيث Rc هو نصف قطر الاستقرار للحالة المتجانسة.بالنسبة لمعظم التطبيقات التقنية ، من الملائم العمل مع مجموعة من الجسيمات النانوية أحادية المجال ، والتي يمكن التنبؤ بخصائصها والتحكم فيها بشكل دقيق نسبيًا. تحت كل الظروف ، تحتفظ جسيمات النانو أحادية المجال بلحظة مغناطيسية كاملة ، في حين أن متوسط العزم المغناطيسي للجسيم في حالة الدوامة يمكن أن يكون صغيرا ، لأن النواقل المغناطيسية في هذه الحالة تغلق نفسها. بالنسبة للجسيم في حالة دوامة ، يعتمد متوسط قيمة العزم المغناطيسي بشكل كبير على حجم المجال المغناطيسي الخارجي الذي يعمل على الجسيم. من الرسم البياني الشكل. يمكن أن نرى من الشكل 2 أنه إذا كان للمجموعة تشتت جسيمات نانوية في الحجم بالقرب من نصف قطر مجال واحد ، فإن هذه المجموعة في الواقع هي مزيج غير متحكم فيه من الجسيمات مع خصائص مختلفة ، مجال واحد وليس مجال واحد. إذا كنت لا تزال تفكرنظرًا لأن قيمة نصف القطر لمجال واحد تعتمد على شكل الجسيم (كروي ، ممدود أو كروي مفلطح) ، يصبح الوضع التجريبي مربكًا للغاية.نرى أن مجموعة من الجسيمات النانوية المغناطيسية هي نظام فيزيائي معقد إلى حد ما يتم تحديد خصائصه من خلال العديد من العوامل المختلفة. في معظم الحالات (وإن لم يكن دائمًا) تتكون المجموعة من جسيمات نانوية من نفس التركيب الكيميائي. لذلك ، يمكن تمييز جزيئات المجموعة بمجموعة واحدة من المعلمات المغناطيسية المادية ، أي مغنطة التشبع Ms ، ونوع التباين المغناطيسي ، وقيمة ثابت التباين المغناطيسي K. يحدد التباين المغناطيسي الاتجاهات المميزة (ما يسمى محاور الضوء) في الفضاء فيما يتعلق محاور تناظر البلورة. في حالة عدم وجود مجال مغناطيسي خارجي ، يتجه ناقل مغنطة الجسيمات تلقائيًا على طول محاور الضوء للبلورة المغناطيسية.لكن تحديد المعلمات المغناطيسية وحدها غير كافٍ تمامًا لوصف كامل لمجموعة من الجسيمات النانوية. من الضروري معرفة توزيع الجسيمات النانوية في الحجم والشكل ؛ عدد واتجاه محاور الضوء متباينة الخواص للجسيمات النانوية (مجموعة موجهة أو غير موجهة) ؛ توزيع مراكز الجسيمات النانوية في الفضاء. على سبيل المثال ، يمكن وضع مراكز الجسيمات النانوية بشكل دوري ، وتشكيل شبكة شعرية مكانية معينة ، أو شغل مواقع عشوائية ، مع بعض متوسط المسافة بين الجسيمات.أو تحتل مواقع عشوائية ، مع بعض متوسط المسافة بين الجسيمات.أو تحتل مواقع عشوائية ، مع بعض متوسط المسافة بين الجسيمات.لاحظ أنه في التجارب الحقيقية ، كقاعدة عامة ، يتم دراسة مجموعات كثيفة إلى حد ما من الجسيمات ، والتي تختلف خصائصها بشكل كبير عن خصائص المجموعات النادرة. أعاقت الطبيعة النظرية لتفاعل ثنائي القطب المغناطيسي بين جزيئات المجموعة ، دراسة نظرية لخصائص مجموعة كثيفة من الجسيمات. وبسبب هذا ، بالنسبة للمجموعة التي توجد فيها جسيمات Np ، من الضروري مراعاة تفاعلات زوج Np2 من الجسيمات ، بحيث يزيد التعقيد الحسابي بسرعة مع زيادة عدد الجسيمات في المجموعة.علاوة على ذلك ، فإن البيئة التي توجد فيها المجموعة لها تأثير كبير على خصائص المجموعة. يجب أن نميز بين وسائط اللزوجة المنخفضة نسبيًا حيث يمكن أن تدور جسيمات المجموعة ، تحت تأثير المجال المغناطيسي الخارجي أو تفاعل ثنائي القطب المغناطيسي للجسيمات المجاورة ، ككل ، والوسائط مثل المصفوفة الصلبة التي يكون فيها دوران الجسيمات النانوية ككل مستحيلًا. أخيرًا ، يمكن أن تؤثر درجة الحرارة المحيطة بشكل كبير على خصائص مجموعة من الجسيمات ذات الأحجام الصغيرة بما يكفي (الجسيمات النانوية فوق المغناطيسية). إذا تجاوزت درجة حرارة الوسط ما يسمى درجة حرارة حجب اللحظات المغناطيسية للجسيمات النانوية ، فإن تقلبات درجة الحرارة للحظات المغناطيسية للجسيمات الفردية تقلل بشكل كبير من متوسط العزم المغناطيسي للمجموعة.دعنا ننتقل إلى التطبيقات التقنية. العزم المغناطيسي للجسيمات النانوية المغناطيسية أحادية المجال مع تباين مغناطيسي أحادي المحور له اتجاهان مميزان في الفضاء. عند درجة حرارة منخفضة بما فيه الكفاية (على سبيل المثال ، الغرفة) ، يمكن أن يظل الجسيم إلى أجل غير مسمى في كل من هاتين الحالتين المغناطيسيتين. وبالتالي ، فإنه يحتفظ بذاكرة الحالة المغناطيسية المكتسبة ، مما يعني أنه يمكن تخزين المعلومات دون فقدان لفترة طويلة بما فيه الكفاية. إذا قمنا بشكل تعسفي بتعيين القيمة "0" لاتجاه العزم المغناطيسي للجسيم لأعلى ، والقيمة "1" لاتجاه العزم المغناطيسي لأسفل ، كما هو موضح في الشكل. 3 اليسار ، ثم يمكن تخزين بعض النص الثنائي من سلسلة من الأصفار والأخرى في حالة مغناطيسية معدة خصيصا لمجموعة من الجسيمات النانوية. حاليًا ، في عملية التسجيل المغناطيسي ، يتم تسجيل بت واحد من المعلومات وليس على واحد ،ولمجموعة كاملة من 20-40 جسيمات نانوية مغناطيسية متقاربة. إن الانتقال إلى التسجيل على مبدأ "بتة واحدة - جسيم واحد" سيزيد بشكل كبير من كثافة التسجيل المغناطيسي للمعلومات.ومع ذلك ، فإن الصعوبات التقنية الأساسية التي يجب التغلب عليها لتحقيق هذه الفكرة المثيرة للاهتمام واضحة تمامًا. أولاً ، يجب أن تكون جزيئات المجموعة متطابقة إلى حد كبير وموجودة بشكل دوري في المستوى ، مع فترة شبكية بترتيب حجم الجسيمات النانوية. والأمر الأكثر إثارة للدهشة هو أن الكيميائيين تعلموا مؤخرًا إنشاء هياكل دورية مماثلة تقريبًا من الجسيمات النانوية المغناطيسية [6] باستخدام عمليات التجميع الذاتي ، أي التنظيم الذاتي لجزيئات المجموعة أثناء نموها أثناء التفاعل الكيميائي (انظر الشكل 3 ، على اليمين).التين. 3. مبدأ التسجيل المغناطيسي الفائق الكثافة للمعلومات حول الجسيمات النانوية المغناطيسية الفردية مع حالتين مغناطيسيتين (يسار) والهيكل الدوري للجسيمات النانوية FePt المغناطيسية التي تم الحصول عليها بطريقة التجميع الذاتي الكيميائي.
ومع ذلك ، من أجل تنفيذ فكرة التسجيل المكثف للمعلومات ، بالإضافة إلى تنفيذ الهيكل الهندسي الصحيح للمجموعة ، من الضروري ضمان قيمة كبيرة بما فيه الكفاية لثابت التباين المغناطيسي للجسيمات النانوية المركبة. من حيث المبدأ ، تتمتع جزيئات FePt ذات التركيب البلوري الصحيح ، حيث تتناوب مستويات ذرات الحديد بانتظام مع ذرات البلاتين ، بقيمة عالية قياسية لثابت التباين المغناطيسي ، K = 5 * 107 erg / cm3 ، [7] وهذا يسمح بالحفاظ على استقرار الحالة المغناطيسية للجسيم خلال الوقت والجزيئات ذات القطر الصغير بما فيه الكفاية.في الواقع ، من أجل نقل العزم المغناطيسي للجسيم بين اتجاهين للمغنطة السهلة ، من الضروري التغلب على حاجز الطاقة من الارتفاع
حيث V هو حجم الجسيمات النانوية. من أجل منع نقل العزم التلقائي بسبب التقلبات الحرارية لفترة طويلة بما فيه الكفاية (10 سنوات) ، من الضروري استيفاء الشرط الصارم KV> (50-70) كيلو بايت ، [7] حيث T هي درجة الحرارة المحيطة ، kB هو ثابت بولتزمان. مع انخفاض في قطر الجسيم ، ينخفض حاجز الطاقة بسرعة ، لكن القيمة الكبيرة لثابت التباين المغناطيسي للجسيم يسمح للمرء بالحفاظ على عدم المساواة المشار إليه لجسيمات ذات أحجام النانومتر. لسوء الحظ ، فإن جسيمات FePt المزروعة بالتجميع الذاتي [6] في حالة مغناطيسية خاطئة ، عندما تحتل ذرات الحديد والبلاتين مواقع تعسفية في الشبكة البلورية. وفي هذه الحالة ، يكون ثابت التباين المغناطيسي للمادة صغيراً ، بعدة مراتب حجم أقل من قيمة جواز السفر المحددة.على الرغم من الجهود الكبيرة المبذولة لنقل جزيئات FePt إلى حالة مغناطيسية منظمة باستخدام الصلب وطرق أخرى ، لم يتم حل هذه المشكلة الأساسية حتى الآن. بشكل عام ، تُعرف مشكلة تأثير تقلبات درجة حرارة الجسيمات المغناطيسية الصغيرة على الحالة المغناطيسية لحظاتها المغناطيسية بالحد المغنطيسي الفائق [7] ، ولا تزال تنتظر الحل.وبالتالي ، فإن تقلبات درجات الحرارة في اللحظات المغناطيسية للجسيمات تؤدي إلى صعوبات كبيرة في إنشاء ناقلات مغناطيسية لتسجيل المعلومات فائقة الكثافة. في الوقت نفسه ، أثبتت أنها مفيدة للغاية لتطوير أحد التطبيقات الطبية الحيوية المثيرة للاهتمام للجسيمات النانوية المغناطيسية ، وهي طريقة فرط الحرارة المغناطيسية ، المخصصة لعلاج أمراض الأورام الخطرة. ثبت تجريبيا [8] أن الحفاظ على درجة حرارة العضو المصاب عند حوالي 42 درجة مئوية لمدة 20 إلى 30 دقيقة. يؤدي إلى نخر الخلايا السرطانية ، أكثر عرضة لدرجات الحرارة المرتفعة من الأنسجة الطبيعية. العديد من المواد المغناطيسية المغناطيسية قادرة على امتصاص طاقة المجال المغناطيسي المتناوب الخارجي وبالتالي تسخين الأنسجة المحيطة. ومع ذلك ، فإن الجسيمات النانوية المغناطيسية لها مزايا كبيرة لفرط الحرارة المغناطيسي ، لأن:أ) يمكن لمجموعات الجسيمات النانوية فوق المغنطيسية أن توفر قيمًا كبيرة للغاية لامتصاص طاقة معين ، بترتيب 1 كيلوواط لكل غرام من المادة ؛ ب) نظرًا لصغر حجمها ، يمكن للجسيمات النانوية أن تتغلغل عميقًا في المواد البيولوجية ؛ ج) الجزيئات النانوية من أكاسيد الحديد غير سامة أو سامة قليلاً للكائن الحي ، د) لديهم فترات قصيرة من الإزالة من الجسم.كما رأينا أعلاه ، فإن الجسيمات النانوية المغناطيسية هي مغناطيس طبيعي قوي جدًا ، حيث أن المجال المميز لعكس المغنطة حتى لجزيء أكسيد الحديد الناعم مغناطيسيًا في درجة حرارة الغرفة كبير جدًا ، Hc (0) ~ 2K / Ms ~ 400 E. ومع ذلك ، من المهم أن الطاقة من الحاجز الذي يفصل الآبار المغناطيسية المحتملة ينقص مع انخفاض حجم الجسيمات ، V ~ R3 ، ويمكن مقارنته مع الطاقة الحرارية المميزة kBT. في هذه الحالة ، بسبب التقلبات الحرارية للعزم المغناطيسي ، يفقد الجسيم متوسط مغنطة ثابتة ويصبح مغناطيسيًا فائقًا. يتم تقدير وقت الإقامة المميز للعزم المغناطيسي في بئر محتمل معين (وقت استرخاء نيل) 
، حيث يكون الثابت
[9]. ينخفض وقت الاسترخاء بسرعة كبيرة مع تناقص قطر الجسيمات. بمجرد 
أن تصبح على ترتيب أو أقل من الوقت المميز لقياس العزم المغناطيسي 
، فإن العزم المغناطيسي متوسط الوقت للجسيم يساوي الصفر.لكن ظاهرة المغنطيسية الفائقة لها جانب إيجابي. إن التقلبات الحرارية ، التي تتأرجح العزم المغناطيسي للجسيمات في البئر المحتملة ، تخفض بشكل فعال حاجز الطاقة وتقلل بشكل كبير من حجم مجال انعكاس التمغنط للجسيم. لذلك ، فإن مجموعة من الجسيمات فوق المغناطيسية الفائقة قادرة على المغنطة في مجال مغناطيسي متغير خارجي بسعة معتدلة ، H0 ~ 100-200 Oe ، وهو أمر مهم للغاية لفرط الحرارة المغناطيسي ، لأن هذا يبسط شروط إنشاء مجال مغناطيسي متناوب ويقلل من تكلفة المعدات اللازمة.كما هو معروف من الديناميكا الحرارية [1 ، 2] ، فإن شدة امتصاص الطاقة للمجال المغناطيسي البديل تتناسب مع مساحة حلقة التباطؤ لمجموعة من الجسيمات النانوية المغناطيسية. في مجموعتنا ، تم إجراء الحسابات النظرية لحلقات التباطؤ منخفضة التردد للمجموعات النادرة من الجسيمات النانوية المغناطيسية من أنواع مختلفة [10 ، 11] ، بالإضافة إلى القياسات التجريبية المقابلة التي أجريت بالطريقة الأصلية [12 ، 13]. أظهرت الحسابات النظرية اعتمادًا كبيرًا على حلقات التباطؤ على تردد المجال المغناطيسي المتناوب كما هو موضح في الشكل. 4.التين. 4. الجسيمات النانوية المغناطيسية قادرة على امتصاص طاقة مجال مغناطيسي خارجي متناوب بشكل فعال عن بعد ، وبالتالي تسخين البيئة. ومع ذلك ، تعتمد هذه القدرة بشكل كبير على تكرار التعرض وعدد من المعلمات المادية الأخرى.
يُظهر التحليل النظري [10] (انظر الشكل 5) أن حلقات التباطؤ لفرقة فوق مغناطيسية تعتمد أيضًا بشكل كبير جدًا على متوسط قطر الجسيم إذا تم تثبيت الجسيمات بشكل ثابت في الوسط غير المغناطيسي المحيط. تم تأكيد هذه الحقيقة المهمة في عدد من التجارب الحديثة ، على الرغم من أنه في نفس الوقت تم إثبات اعتماد كبير على امتصاص الطاقة المحددة على عدد من العوامل الأخرى ، مثل تأثير تفاعل ثنائي القطب المغناطيسي في مجموعات كثيفة من الجسيمات النانوية المغناطيسية [12 ، 13].التين. 5. الحساب النظري [] للامتصاص النوعي لطاقة المجال المغناطيسي المتناوب بواسطة مجموعات متفرقة من الجسيمات النانوية للكوبالت (f = 500 kHz، H = 200 Oe) والمغنتيت (f = 400 kHz، H = 120 Oe) اعتمادًا على قطر الجسيم.
فرط الحرارة المغناطيسي ، كونه تعرضًا محليًا وبعيدًا ، ليس له على ما يبدو آثارًا جانبية خطيرة مثل العلاج الكيميائي أو العلاج الإشعاعي [8]. يبدو أن التطور الناجح لفرط الحرارة المغناطيسي سيعتمد على الحل الناجح لعدة مشاكل. بادئ ذي بدء ، من الضروري تحسين طرق إعداد مجموعات من الجسيمات النانوية مع امتصاص طاقة محددة كبيرة بما فيه الكفاية في مجال مغناطيسي متناوب ذي سعة معتدلة. سيؤدي ذلك إلى تقليل جرعة الجسيمات النانوية ، بما يكفي لتحقيق تأثير علاجي إيجابي. من الناحية المثالية ، سيكون من المرغوب فيه معرفة كيفية تسخين كميات صغيرة من الأنسجة محليًا من أجل قمع الأورام الصغيرة والخطيرة جدًا في مرحلة مبكرة. علاوة على ذلك ، من الضروري ضمان إنشاء مجال مغناطيسي متناوب بسعة كافية ،مع التوزيع المكاني الضروري في منطقة معينة من الجسم ، بتكلفة معقولة للطاقة ، ضمان السلامة ضد الصدمة الكهربائية ، تكلفة معتدلة. أخيرًا ، من الضروري معرفة كيفية التحكم في التأثير نفسه ، واختيار سعة المجال المغناطيسي وتواتره ، والمعلمات المغناطيسية والهندسية للجسيمات النانوية ، ووقت وتكرار التعرض ، مع مراعاة المعلمات الديناميكية الكهربائية والحرارية للوسط. من المرغوب فيه أيضًا التحكم في التوزيع المكاني والزمني لدرجة الحرارة في المنطقة المصابة. حاليا ، هذه المشاكل في مركز اهتمام الباحثين من مختلف التشكيلات.المعلمات المغناطيسية والهندسية للجسيمات النانوية ، ووقت وتكرار التعرض ، مع مراعاة المعلمات الديناميكية الكهربائية والحرارية للوسط. من المرغوب فيه أيضًا التحكم في التوزيع المكاني والزمني لدرجة الحرارة في المنطقة المصابة. حاليا ، هذه المشاكل في مركز اهتمام الباحثين من مختلف التشكيلات.المعلمات المغناطيسية والهندسية للجسيمات النانوية ، ووقت وتكرار التعرض ، مع مراعاة المعلمات الديناميكية الكهربائية والحرارية للوسط. من المرغوب فيه أيضًا التحكم في التوزيع المكاني والزمني لدرجة الحرارة في المنطقة المصابة. حاليا ، هذه المشاكل في مركز اهتمام الباحثين من مختلف التشكيلات.[1] . . , (, , 1985).
[2] .. , (, , 1972).
[3] L. Landau and E. Lifshitz, Phys. Z. Sowjetunion 8, 153 (1935).
[4] W.F. Brown, Jr., Micromagnetics (Wiley-Interscience, New York — London, 1963)
[5] N.A. Usov and J.W. Tucker. Material Science Forum 373-376, 429 (2001).
[6] S. Sun, C. B. Murray, D. Weller, L. Folks, and A. Moser, Science 287, 1989 (2000).
[7] D. Weller and A. Moser, IEEE Trans. Magn. 35, 4423 (1999).
[8] Q.A. Pankhurst, N.K.T. Thanh, S.K. Jones, J. Dobson, J. Phys. D: Appl. Phys. 42, 224001 (2009).
[9] W.F. Brown, Jr., Phys. Rev. 130, 1677 (1963).
[10] N. A. Usov, J. Appl. Phys. 107, 123909 (2010).
[11] N.A. Usov, B.Ya. Liubimov, J. Appl. Phys. 112, 023901 (2012).
[12] S. A. Gudoshnikov, B. Ya. Liubimov, and N. A. Usov, AIP Advances 2, 012143 (2012)
[13] S.A. Gudoshnikov, B.Ya. Liubimov, A.V. Popova, N.A. Usov. J. Magn. Magn. Mater. 324, 3690 (2012)