Levitējošas feromagnētiskas daļiņas dinamika ārējā laukā

Abstract

Spēja precīzi nomērīt magnētisko lauku ir aktuāla problēma dažādos fundamentālās fizikas pētījumos [1]. Viena no perspektīvām sistēmām, ar kuru varētu tikt sasniegta rekordliela izšķirtspēja, pielieto levitējošus feromagnētus lauka detektēšanai. Problēma ar šādu sensoru izveidi rodas ne tikai no praktiskiem apsvērumiem, bet arī no ierobežotās izpratnes par levitējošas feromagnētiskas daļiņas teorētisko aprakstu. Lai to risinātu, darbā tika veikta detalizēta šādas daļiņas dinamikas modelēšana atkarībā no ārējā magnētiskā lauka lieluma. Tika iegūts sfēriskas daļiņas apraksts, kurai novērota tās magnētiskā momenta vektora kustības režīma maiņa atkarībā no ārējā lauka intensitātes. Lai precīzāk aprakstītu eksperimentālos apstākļus, tika veikts modeļa vispārinājums uz elipsoidālu daļiņu, kurai veikta līdzīga kustības dinamikas izpēte. Rezultātā, piedāvāta un raksturota metodika ne tikai ārējā magnētiskā lauka, bet arī sīku noviržu no ideālas sfēras ģeometrijas noteikšanai.

Ability to accurately measure magnetic fields is a topical problem in various fundamental physics studies [1]. A promising system that could achieve record resolution uses levitated ferromagnets for field detection. The problem with such sensor development arises not only from practical considerations, but also from the limited understanding of the theoretical description of levitated ferromagnetic particles. To address this, detailed modelling of the dynamics of such particles was carried out in this work depending on the magnitude of the external magnetic field. A description of a spherical particle was obtained, for which the change in modes of motion of its magnetic moment vector was observed depending on the intensity of the external field. In order to more accurately describe experimental conditions, a generalization of the model was made for an ellipsoidal particle, which was subjected to a similar study of the dynamics of motion. As a result, a methodology for determining not only the external magnetic field, but also small deviations from the ideal sphere geometry has been proposed and characterized.