Download hilos magnéticos - Boletines Sociedad de Cerámica y Vidrio

BOLETÍN
DE LA S O C I E D A D
ESPAÑOLA
DE
Cerámica y Vidrio
A
R
T
I
C
U
L
O
• • •
Materiales magnéticos: hilos magnéticos
M. VÁZQUEZ
Instituto de Magnetismo Aplicado, UCM-RENFE, e Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, CSIC
Apdo. Correos 155. 28230 Las Rozas (Madrid)
En este trabajo se pasa revista a algunos de los materiales magnéticos en forma de hilo de mayor actualidad y transcendencia por
sus aplicaciones tecnológicas. Se inicia por una breve introducción haciendo hincapié en los distintos términos energéticos que determinan su comportamiento magnético. A continuación describimos las propiedades de algunos materiales filiformes como «whisker»
de hierro, hilos amorfos y nanocristalinos, microhilos barnizados y nanohilos. Por último, se describen algunas aplicaciones tecnológicas particulares en donde se hace uso de las propiedades determinantes de estos hilos magnéticos.
Palabras clave: Materiales magnéticos, procesos de imanación, sensores magnéticos
Magnetic materials: magnetic wires
The main magnetic characteristics of selected wire-shaped magnetic materials are here overviewed. After a first introduction of the
various energetic contributions determining their magnetic behaviour, some particular magnetic wires are described: Fe whiskers,
amorphous and nanocrystalline wires, glass-coated micro wires and nano wires. Finally, some of the technological appHcations are
described making particular emphasis in those devices where this sort of materials are currently employed.
Key word: Magnetic materials, imaning process, magnetic sensor.
1. INTRODUCCIÓN
El estudio del comportamiento magnético de distintos tipos
de materiales tiene tradicionalmente una importancia notable
puesto que ha permitido su utilización en numerosas aplicaciones prácticas gracias a sus propiedades específicas. Sin
embargo, para alcanzar un grado óptimo en su aplicabilidad es
necesario un conocimiento lo más amplio posible de los factores que la determinan. Los hilos magnéticos siempre han presentado un interés particular por sus aplicaciones especialmente como sensores magnéticos. Podríamos aquí recordar
que un hilo magnético, como puede ser considerada la aguja
imantada de las brújulas, fué uno de los primeros artificios tecnológicos magnéticos desarrollados por el hombre. En particular, detallaremos algunas características de los hilos y microhilos magnéticos que se fabrican y estudian en nuestro
Laboratorio. Por último, pasaremos revista a una selección de
aplicaciones y prototipos desarrollados por nosotros surgidos
como consecuencia de tales estudios.
El carácter magnético de todo material está determinado por
una serie de factores que podrían ser clasificados en tres tipos:
intrínsecos, estructurales y de forma. Los factores intrínsecos
están ligados al magnetismo microscópico y más en concreto al
momento magnético asociado a átomos y moléculas. Cuando
se habla de un material magnético, se sobreentiende que nos
referimos técnicamente a un material ferromagnético. Este tipo
de materiales se caracterizan en primer lugar por poseer un
momento magnético atómico neto. Además, los momentos
magnéticos atómicos interaccionan de forma cooperativa muy
208
intensa, a través de la interacción de canje cuya densidad de
energía se puede expresar de la forma:
E^ = A (da / dx)2
[1]
siendo A la constante de canje, y d a / d x representando la
variación espacial de la orientación de los momentos magnéticos atómicos. Así pues, los momentos magnéticos tratan de
orientarse paralelamente a sí mismos para dar lugar a una
energía de canje mínima y a un momento magnético neto
macroscópico muy elevado. Sin embargo, el eje de fácil imanación o dirección preferente según la cual se orientan esos
momentos es independiente de la interacción de canje, y
depende de factores estructurales determinados por las anisotropías magnéticas.
La anisotropía magnética por excelencia es la que proviene
de la existencia de un orden atómico estructural de largo alcance, es decir de la simetría de la red cristalina. La anisotropía
magnetocristalina refleja el acoplamiento entre los momentos
magnéticos atómicos y la simetría de la red cristalina. Se puede
representar mediante un término de energía cuya densidad en
primera aproximación y para cristales cúbicos es de la forma:
^m.c. = ^ [toiOC2)^ + («2^3^^ + (cx3a2)^]
[2]
siendo K la constante de anisotropía y a^ los cosenos directores
de los momentos magnéticos con relación a los ejes cristalográficos. Las direcciones que hacen mínima esta energía son denominadas de fácil imanación magnetocristalina (en particular.
Bol. Soc. Esp. Cerám. Vidrio, 36 [2-3] 208-214 (1997)
MATERIALES MAGNÉTICOS: HILOS MAGNÉTICOS
las direcciones <100> para el Fe con K>0, y las direcciones
<111> para el Ni con K<0).
La anisotropía magnética también puede ser inducida: i) Por
las deformaciones de la red producidas por la existencia de tensiones, a, dando lugar a la anisotropía magnetoelástica cuya
densidad de energía se expresa mediante:
: (3/2) Xasen^j
[3]
siendo A. la constante de magnetostricción del material y y el
ángulo formado por los momentos magnéticos con la dirección
determinada por la tensión. Las direcciones de fácil imanación
magnetoelástica corresponden a y = O y 90^ cuando X es positiva y negativa respectivamente (siendo las tensiones de tracción
o positivas). O bien, ii) Mediante tratamientos térmicos o mecánicos que originan modificaciones del orden estructural de
corto alcance. Tanto la anisotropía magnetocristalina como las
inducidas reflejan de algún modo las distancias y orientaciones
relativas de los átomos, es decir su microestructura.
Existe otro tipo de anisotropía denominada de forma, originada exclusivamente por la forma macroscópica del material o
bien de las partículas magnéticas que lo constituyen, y que se
puede expresar mediante una densidad de energía:
E N = - (1/2) ^0 Ms-Hd - (1/2) ^0 Ni M/
[4]
siendo H^ el campo desimanador y Nj el factor desimanador
correspondientes a una orientación particular según la cual se
aplica el campo magnético externo. Las intensidades del campo
y factor desimanador dependen de lo acusada que sea la forma
macroscópica del material considerado o de las partículas que
lo constituyen. Esta energía de forma refleja el hecho de que
energéticamente es desfavorable el que exista una componente
del vector imanación (momento magnético por unidad de volumen) según una dirección perpendicular a una superficie frontera entre dos medios magnéticos distintos. En definitiva, que
en la superficie de un material los momentos tratan de orientarse según una dirección tangente a la superficie. En el caso de
un hilo, el factor desimanador según la dirección axial vale
Ni - (271 d/1) [In (2d/l) -1]
axial muy pequeño. Por esta razón, los momentos magnéticos
tratarán siempre de orientarse paralelamente al eje del hilo o
dirección de fácil imanación asociada a la anisotropía de forma.
Esta característica les hace particularmente atractivos tanto
para estudiar en ellos procesos micromagnéticos básicos como
por sus aplicaciones tecnológicas.
En la búsqueda de hilos magnéticos con características extremas, debemos considerar aquellos donde alguna de las anisotropías antes mencionadas alcanzan valores muy elevados o
despreciables. En el caso d e los imanes permanentes, por ejemplo, se requieren los valores más elevados de anisotropía cristalina o magnetoelástica. Aquí, nos detendremos en los hilos
magnéticos blandos. Los casos que vamos a considerar son los
siguientes: a) Ausencia de anisotropía magnetoelástica o
Predominio de anisotropía cristalina sobre la magnetoelástica
(whiskers de hierro), b) Ausencia de anisotropía cristalina
(hilos y microhilos amorfos), c) Ausencia o bien, mínimos valores de ambas anisotropías cristalina y magnetoelástica (hilos
nanocristalinos), y d) Imanación por rotación (nanohilos).
2. HILOS MAGNÉTICOS CRISTALINOS
Probablemente, el tipo de «hilo» magnético clásico en donde
mejor se ha podido estudiar los procesos micromagnéticos de
imanación y estructura de dominios ha sido en los «whiskers»
de hierro. Estos monocristales son obtenidos mediante reducción de cloruro ferroso en atmósfera de hidrógeno a una temperatura de aproximadamente 700^C. Pueden alcanzar una
longitud de unos pocos centímetros y su sección es rectangular
o hexagonal con decenas de mieras de dimensión lateral (1,2).
Son monocristales cuasi-perfectos y por tanto presentan una
anisotropía magnetocristalina muy bien definida y de notable
intensidad según los ejes cristalográficos <100> determinados
por su red cúbica. La expresión matemática de esa energía
viene dada por la ec. [2]. Un ejemplo típico de la estructura de
dominios es la que se presenta en la figura 1 obtenida median-
[5]
siendo d y 1 el diámetro y la longitud del hilo respectivamente.
Según las direcciones perpendiculares, el factor desimanador
es Ni^27r.
Con objeto de reducir la energía magnetostática asociada a
estos campos desimanadores, el volumen del material se subdivide en distintas regiones o dominios magnéticos separados
por paredes frontera. Por último, bajo la acción de un campo
magnético aplicado, los momentos magnéticos tienden a orientarse paralelamente a él con objeto de hacer mínimo el término
de energía potencial magnética de la forma:
Ej^ = - |iQ Ms • H
[6]
En resumen, la orientación de la imanación estará determinada por el balance energético entre las diferentes contribuciones que venimos de indicar. La estructura de dominios a su vez
se alterará a medida que el campo aplicado se modifica.
Los hilos magnéticos que tratamos aquí presentan, independientemente de otras anisotropías magnéticas, una anisotropía
de forma muy acusada debido al elevado valor de la relación
longitud/diámetro, que determina un factor desimanador
Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio. Vol. 36 Núms. 2-3 Marzo-junio 1997
Fig. 1. Estructuras de dominios obtenidas mediante técnica de Bitter de las
caras superior y lateral de un monocristal de hierro <100> de sección cuadrada ( se corresponden al esquema de la fig. 2 en ausencia de campo aplicado).
209
so irreversible de desplazamiento de paredes d a n d o lugar
prácticamente a la saturación de los momento magnéticos en la
dirección del campo aplicado.
H=0
3. HILOS AMORFOS
Un caso radicalmente diferente es el de los hilos amorfos,
que se caracterizan por carecer estrictamente de ordenamiento
>-wI'""''^
atómico de largo alcance. Por lo tanto, su anisotropía magneto«Ml
v^ir^^
cristalina es despreciable y su comportamiento magnético esta"^v** >^'%k.
^\J>^ J^\^* | M |
rá gobernado por las anisotropías magnetoelástica y d e forma.
y
\
.
^
Los
hilos amorfos han podido ser obtenidos recientemente graVfi
*
J
/ ^ N. f^
B^
cias
al perfeccionamiento de la técnica de soUdificación ultramm
^ *w^
-*»
\ y
rrápida sobre agua a partir de la aleacción fundida. En este
^ ^ ^ S f ^
i»k^
caso, la longitud de hilo es prácticamente indefinida (típicamente,
los estudios se realizan con hilos del orden de 10 cm de
Fig. 2. Representación esquemática de la estructura de dominios en la remanencia (correspondiente a la fig. 1), y su modificación bajo la aplicación de un longitud) mientras que su diámetro es de aproximadamente
campo magnético axial relativamente débil. La orientación de la imanación en
0.1 mm. La estructura amorfa se alcanza gracias al enorme
cada dominio se representa mediante las correspondientes flechas.
ritmo de enfriamiento a partir de la aleación fundida (1250<^C)
que es del orden de lO^-lO^oc/s. La forma cilindrica del hilo
solidificado resultante es consecuencia de la. simetría del proa)
b)
c)
ceso de enfriamiento sobre agua. Este enfriamiento ultrarrápido introduce enormes tensiones internas y por lo tanto una elep
vada anisotropía magnetoelástica que determina el comporta1_
H
H
miento magnético en competición con la anisotropía de
forma(3,4). Como se desprende de la ec. [3], la magnetostric'o
C3
ción, X, del material será entonces determinante en el proceso
de
imanación.
0.1
1
0.1
Los hilos amorfos de composición basada en Fe o en Co (típicamente Fe75SÍ25B2o o C075SÍ25B20) poseen una elevada
constante de magnetostricción (k = 3.10"^y X = -3.10"^, respectivamente)
y presentan un comportamiento magnético biestaCampo Magnético (Oe)
ble (ciclo de histéresis cuadrado originado por un único salto
Barkhausen gigante) en campos débiles (campo de «switching»
Fig. 3. Ciclos de histéresis típicos de material amorfo de composición rica en
Fe en forma de cinta (a), de hilo (b), y de microhilo (c).
del orden de 50 mOe) como consecuencia del proceso de inversión de la imanación entre las dos direcciones del eje del hilo
que coinciden con sus ejes de fácil imanación magnetoelástica.
te técnica de Bitter, y correspondiente a un whisker <100> de
La figura 3 muestra 3 ciclos de histéresis típicos de aleaciones
sección cuadrada. En la figura 2 se representa esa estructura de
amorfas filiformes. Este proceso de inversión de la imanación
dominios tanto en la remanencia como una vez apHcado un
en todo el hilo se produce mediante la nucleación inicial de
débil campo magnético que modifica la posición de las paredes
pequeños dominios con imanación invertida en los extremos
frontera entre diversos dominios.
del hilo (ver Figura 4). Posteriormente, se produce el desenBajo la aplicación de un campo magnético, se modifica la disganche y propagación de una pared magnética a lo largo de
tribución de dominios dado que algunos de ellos presentan
todo el hilo cuando el campo aphcado alcanza un valor crítico
menor energía magnética potencial asociada al campo aplicadando lugar a pulsos de voltage inducidos en pequeños bobido. De este modo para un campo crítico se produce un procenados situados a lo largo del hilo (ver Figura 5).
y^y^
^^^^^^^^^^^^^^^
\
*,
y-*^
l/i >
II WIM
"^ _y1
mx
Vy^V
u
Fig. 4. Evolución de la estructura de dominios de cierre, obtenida mediante efecto Kerr magnetoóptico, en un hilo amorfo rico en Fe pulido axialmente ante un
campo magnético, H, creciente inferior al campo de «switching»[5]. La distancia al extremo del hilo es aproximadamente 2 cm. a) H=0 b) H=lÁ/m c) H=3A¡m
yd)H=6A/m
'
'
210
Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio. Vol. 36 Núms. 2-3 Marzo-junio 1997
MATERIALES MAGNÉTICOS: HILOS MAGNÉTICOS
a)
4. MICROHILOS BARNIZADOS
M
/
b)
b
^ • •
H
C)
^
d)
Fig. 5. Modelo de estructura de dominios para diferentes estados magnéticos
del ciclo de histéresis. En la parte inferior, se muestra también los picos de voltage inducidos en dos pequeñas bobinas (SI y S2) recogiendo el proceso local
de inversión de la imanación (observar el intervalo temporal entre los picos
recogidos por las bobinas separadas 10 cm).
í **
Otra familia de hilos magnéticos de alto interés tecnológico está constituida por los microhilos amorfos barnizados(7,8). Este material «composite» está formado p o r un
núcleo metálico ferromagnético revestido por un recubrimiento de vidrio aislante. El núcleo tiene estructura amorfa y
composición similar, a la de los hilos amorfos considerados
previamente y su diámetro puede oscilar a voluntad entre 1
y 20 mieras. La cubierta es de vidrio tipo pyrex de entre 2 y
8 mieras de espesor que les aisla eléctrica y químicamente.
Estos microhilos amorfos barnizados se obtienen mediante
enfriamiento ultrarrápido bajo tracción. En este caso, el
núcleo metálico y la capa aislante de vidrio pyrex funden a
temperatura similar. De hecho, el vidrio funde a partir del
calor transmitido por la aleación metálica a una temperatura
del orden de ISOO^C.
Los microhilos amorfos, debido al peculiar proceso de
fabricación, presentan unas tensiones internas muy elevadas
del orden de 10^ MPa, y por tanto su anisotropía magnetoelástica es también muy elevada. Esto permite que microhilos
ricos en Fe y elevada magnetostricción de signo positivo presenten un comportamiento magnético biestable para muestras de longitud tan reducida como 2 mm, mientras que en los
hilos antes descritos esa longitud mínima es de aproximadamente 7 cm.
Por el contrario, aquellos microhilos con magnetostricción
negativa presentan ciclos de histéresis prácticamente anhisteréticos como se puede apreciar en la figura 6. Su campo de anisotropía es, por otra parte, modificable mediante tratamientos
térmicos, pudiéndose alcanzar valores muy elevados de permeabilidad que además permanece constante en todo el proceso de imanación.
.^^"^^ 1
5. HILOS NANOCRISTALINOS
-4f-
zi
^
c
"o
-100
50
-50
1
1
b
100
1
I
1
1
^
g 40 1E
-40
1
-10
-5
—1
o
5
10
Campo magnético (Oe)
Fig. 6. Ciclos de histéresis rectangular y quasi-anhisterético típicos de
microhilos amorfos barnizados ricos en Co (a) y en Fe (b) que presentan respectivamente magnetostricción positiva y negativa.
Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio. Vol. 36 Núms. 2-3 Marzo-Junio 1997
Tanto los hilos como los microhilos con estructura vitrea
pueden perder su carácter amorfo para presentar estructura
multifásica (en particular para las aleaciones de composición
genérica FeSiBCuNb ó EeZrSiB) cuando son sometidos a determinados tratamiento térmicos a temperaturas del orden de
500-600^C. Esa estructura multifásica estable y homogénea
suele estar constituida por una fase amorfa enriquecida en Fe,
otra fase nanocristalina con granos de a-Fe(Si) (tamaño medio
de grano del orden de 10 nm) ambas ferromagnéticas con distinta temperatura de orden, y por último de granos segregados
de elementos para ó diamagnéticos (9,10).
En este tipo de materiales, el interés reside por una parte en
su aspecto básico al poder estudiar la competición entre anisotropías magnetocristalina y magnetoelástica en función del
grado de cristalización y naturaleza y tamaño de los nano y
microcristales generados. De hecho, cuando se alcanza el grado
óptimo de nanocristalización estos materiales se comportan
magnéticamente como extraordinariamente blandos reduciendo su coercitividad y aumentando su permeabilidad respecto a
los valores de la fase vitrea. Este carácter blando se debe por
una parte al efecto de promediado de la anisotropía magnetocristalina de los mencionados nanocristales. Asimismo, al
hecho de poseer una débil anisotropía magnetoelástica como
consecuencia de la relajación de tensiones internas y a la reducción de la constante de magnetostricción alrededor de un
orden de magnitud, ambos hechos consecuencia del tratamien-
211
M. VAZQUEZ
to térmico. La anisotropía magnética total se puede expresar
como:
Ej^=
K/(N)l/2^_(3/2)>,o
[7]
donde N representa el número de nanocristales contenidos en
1 11
la longitud de canje, Iç - (A/K)^/^ y K la densidad de energía
magnetocristalina que correspondería a cada nanocristal aislado. Ejemplos de la evolución estructural y del comportamiento
magnético en función de la temperatura de tratamiento se
representan en las figuras 7 y 8 respectivamente.
6. NANOHILOS MAGNÉTICOS
45,0
Por último, debemos también mencionar, si bien brevemente, el notable interés básico y de aplicabilidad tecnológica en el
próximo futuro que presentan los hilos magnéticos con dimensión transversal nanométrica. Los nanohilos magnéticos (en
particular, nanohilos de Ni) son obtenidos mediante técnicas
sofisticadas de litografiado y electroquímica, pudiéndose
alcanzar diámetros de alrededor de 50 nm(ll,12). Este valor es
típicamente inferior a la longitud de canje o anchura de pared
frontera entre dominios. Por tanto, no cabe hablar propiamente de dominios magnéticos, y el proceso de inversión de la imanación se realiza mediante rotaciones. En general, este proceso
de imanación presenta campos coercitivos superiores que el
originado por desplazamientos de paredes. La pequeña
dimensión transversal juega un papel fundamental a la hora de
determinar, al menos teóricamente, los procesos micromagnéticos alternativos de rotación uniforme, «curling», «buckling»,
etc... así como la influencia de las fluctuaciones térmicas y de
otro tipo en el campo de «switching».
52.5
60.0
67.5
75.0
82.5
90.0
2 - T h e t a (Grados)
97.5
105.0
Fig. 7. Proceso de desvitrificación de un hilo amorfo de composición
FeSiBCuNh: diagramas de rayos X para muestras sometidas a tratamientos a
diversas temperaturas: a) 450^C, b) 500°-C, c) 540^C y d) 600°-C .
M(T)
\^,
10'
10^
. 10^
HÍAm')
Fig. 8. Ciclos de histéresis de un microhilo de composición FeSiBCuNb sometido a tratamientos presentando así estructura amorfa (a), nano (b) y microcristalina (c). Es importante resaltar la posibilidad de incrementar el campo
coercitivo en más de dos órdenes de magnitud manteniendo el carácter biesta-
7. ALGUNOS EJEMPLOS DE APLICACIONES
TECNOLÓGICAS
Como ejemplo de las aplicaciones tecnológicas en las que
actualmente se emplean hilos magnéticos mencionados aqui,
vamos a considerar los siguientes casos:
siendo R^^ la resistencia óhmica, R el radio total del hilo, Jj las
funciones de Bessel y K=(l+i) (R/ô) siendo ô la penetración
asociada al efecto pelicular que se determina a partir de:
ina^f^í) -1/2
7.1. Sensores Magnéticos basados en el efecto de
Magnetoimpedancia Gigante
Los hilos amorfos con base de Co-Fe y alto contenido en Co
que presentan magnetostricción prácticamente nula (À.~-10'"),
carecen del comportamiento biestable descrito anteriormente.
Sin embargo, presentan otra propiedad muy sobresaliente
como es el efecto de Magneto-Impedancia Gigante, GMI, que ha
sido recientemente descubierto en estos materiales(13,14). Este
efecto consiste en la variación relativa de impedancia, Z, (partes
real e imaginaria) de hasta el 400% para campos magnéticos
continuos del orden de 10 Oe. La medida experimental de la
impedancia requiere el paso de una débil corriente alterna (del
orden de 0.1 mA) a frecuencia suficientemente elevada (0.1-10
MHz). La variación de MI se explica mediante el efecto pelicular, clásico en materiales magnéticos que presenten una extraordinariamente elevada permeabilidad circular como es el caso
de estos hilos ricos en Co. La impedancia viene expresada por
Z = (1/2) R^c (kR) [Jo (kR)/Ji (kR)]
212
[8]
[9]
siendo a la conductividad electrica, |IA la permeabilidad circular del medio, y f la frecuencia de la corriente que atraviesa el
material. Como se desprende de esta expresión, el efecto de
magnetoimpedancia gigante se observará tanto mejor cuanto
mayor sean los valores de la permeabilidad circular, la conductividad y la frecuencia de trabajo, es decir, cuanto mayores
sean las, usualmente indeseadas, corrientes de Foucault. En la
figura 9 se representa el efecto de magnetoimpedancia en función del campo aplicado donde la variación relativa de magnetoimpedancia se define a partir de
(AZ/Z) = [ Z (H) - Z (Hj^ax) ] / Z (Hj^^^)]
[10]
Por ello, estos hilos son ciertamente prometedores como elementos sensores de campo magnético, corriente eléctrica y
posición, siendo una alternativa real a los sensores basados en
efecto Hall o en determinadas aplicaciones que utilizan el efecto de magnetorresistencia gigante. Como ejemplo de aplicación
del efecto GMI, en la figura 10 se representa la curva característica de un sensor de corriente basado en dicho efecto. En este
Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio. Vol. 36 Núms. 2-3 Marzo-Junio 1997
MATERIALES MAGNÉTICOS: HILOS MAGNÉTICOS
caso particular, la magnitud sensada es realmente el campo
magnético generado por la corriente.
7.2. Sensores basados en la biestabilidad magnética
-20
20
H(Oe)
Fig. 9. Efecto de Magnetoimpedancia Gigante en un hilo amorfo de composición CoFeSiB en función del campo magnético continuo aplicado.
El efecto de biestabilidad magnética descrito en relación con
los hilos amorfos es utilizable en numerosas aplicaciones
haciendo uso fundamentalmente en los picos de voltage muy
agudos inducidos en pequeños bobinados como consecuencia
del proceso de la propagación de la inversión de imanación(15). Estos pulsos pueden ser utilizados en aplicaciones
muy diversas tales como generadores de pulsos, sensores de
posición y desplazamiento, sensores de campo magnético, sensores magnetoelásticos, contadores de revoluciones y goniómetros, etc....
En la figura 11 se representa en esquema un sensor magnetoelástico para la verificación y autentificación de firma basado
en la dependencia del comportamiento magnético con la intensidad y secuencia de las tensiones mecánicas ejercidas durante
el proceso de firma.
7.3. Codificación y tarjetas magnéticas
Una consecuencia del comportamiento biestable y de la
aguda señal inducida es que el anáhsis espectral de Fourier de
esa señal contiene una rica respuesta en diferentes armónicos.
Esto ha permitido la utilización de este tipo de hilos en tarjetas
de seguridad. En otros casos se puede utilizar un conjunto de
hilos biestables caracterizados por un campo coercitivo diferenciado de modo que bajo la aplicación de un campo magnético creciente se inducirá una serie de señales correspondientes
al proceso de inversión de la imanación de cada hilo. En la figura 12 se representa un esquema de funcionamiento de este sistema de codificación(18).
Fig. 12. Esquema de un
sistema simplificado de
codificación utilizando
un conjunto de hilos
biestables con campo
coercitivo resuelto (en
la parte superior de la
figura se muestra el
ciclo de histéresis para
un conjunto de 3 hilos).
M
Fig. 10. Sensor de corriente semi-integrado desarrollado en el ÎMA, y su curva
de calibrado voltage-corriente[16] (ver parte inferior).
1I
Bolígrafo para Autentificación de Firmas
Hilo Amorfo
Muelle
-^
t
2
Bobina receptora
Fig. 11. Esquema de un bolígrafo, sensor magnetoelástico, para la verificación
y autentificación defirmas[17].
Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio. Vol. 36 Núms. 2-3 Marzo-Junio 1997
mTTTiïiïïïïïïiïnïïmTT
213
Un caso de particular importancia es el que utiliza microhilos amorfos biestables sometidos a diversos tratamientos térmicos que dan lugar a materiales con campo coercitivo bien
diferenciado como se ha indicado en una sección previa (ver
figura 8).
8. CONCLUSIONES
En este trabajo se ha pasado revista a las características generales de los hilos magnéticos. Se ha discutido diversos aspectos
relativos a su fabricación mediante distintas técnicas de enfriamiento ultrarrápido así como el proceso de imanación en hilos
cristalino y amorfos. A continuación se han descrito algunas
técnicas que permiten la optimización del comportamiento
magnético como tratamientos de nanocristalización y fabricación de microhilos barnizados. Se menciona también el caso de
los nanohilos magnéticos como materiales del máximo interés
futuro. Por último, se han descrito algunos sensores magnéticos haciendo uso de hilos magnéticos y sus propiedades como
biestabilidad magnética (salto Barkhausen gigante) o magnetoimpedancia gigante = •
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Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y V i d r i o . V o l . 36 Núms. 2-3 M a r z o - j u n i o 1997