La levitación acústica es un fenómeno de alto interés que permite tanto la observación como el manejo de diversos tipos de muestras, ya sean sólidas o líquidas, libres del contacto con cualquier superficie. Esta técnica evita posibles cambios fisicoquímicas o contaminación de las muestras producto del contacto con un contenedor.

Un campo acústico es capaz de producir una fuerza sobre un objeto producto de la presión de radiación que genera sobre éste. Si esta fuerza es mayor al peso de la muestra y converge a una región del espacio, la levitación estable es posible. 

La comunidad científica, en las últimas décadas, ha reportado el uso de un campo acústico estacionario para la levitación de muestras, tal que los objetos son levitados en los nodos de presión del campo. Un campo estacionario usualmente es formado con la combinación de un transductor/reflector o con un arreglo de transductores [1,2].

Para el caso de la levitación de una muestra líquida, existen diversos estudios en los que se ha predicho un tamaño máximo de gota que es posible levitar. Este máximo se ha establecido para el caso de una gota de agua destilada en aproximadamente 3,14mm de diámetro efectivo, es decir un volumen aproximado de 16[μl] [3–6].

En este trabajo se presenta la observación experimental de una gota en levitación por un campo acústico de alta intensidad, en la que se alcanza un volumen cercano a 100μl.

En la figura se muestra una imagen de ésta. El levitador consta de una placa vibrante que oscila en su primer modo, y un reflector cóncavo, los cuales forman un campo acústico no resonante con nodos de presión que permiten la levitación. Así, en este trabajo, se describen las características del levitador antes mencionado, el campo acústico producido por éste, y la geometría de la gota para diferentes volúmenes e intensidades del campo. Se hace énfasis en las condiciones requeridas para conseguir gotas de tal volumen en levitación estable.

Esperamos que este trabajo sirva para extender la aplicación de la levitación acústica en análisis, tratamiento o transporte de muestras en diversas áreas de aplicación, en las que la mantención de la pureza de las muestras sea de vital importancia. Ejemplos de necesidades de este tipo abundan en áreas como la industria farmo-química, bioquímica o la industria de alimentos.

Referencias

 [1] M. A. Andrade, N. Pérez, and J. C. Adamowski, Review of Progress in Acoustic Levitation, Braz. J. Phys. 48, 190 (2018).

[2] R. H. Morris, E. R. Dye, P. Docker, and M. I. Newton, Beyond the Langevin Horn: Transducer Arrays for the Acoustic Levitation of Liquid Drops, Phys. Fluids 31, 101301 (2019).

[3] D. Foresti, M. Nabavi, and D. Poulikakos, Contactless Transport of Matter in the First Five Resonance Modes of a Line-Focused Acoustic Manipulator, J. Acoust. Soc. Am. 131, 1029 (2012).

[4] M. A. Andrade and A. Marzo, Numerical and Experimental Investigation of the Stability of a Drop in a Single-Axis Acoustic Levitator, Phys. Fluids 31, 117101 (2019).

[5] K. Aoki and K. Hasegawa, Acoustically Induced Breakup of Levitated Droplets, AIP Adv. 10, 055115 (2020).

[6] D. Zang, Special Topic on Drops and Flows in Acoustic Levitation, Phys. Fluids 33, (2021).

Se ha propuesto y probado la posibilidad de escribir dominios magnéticos utilizando torque por transferencia de spín en lugar de un campo magnético externo, lo que vuelve al estudio de las corrientes de spín tecnológicamente relevante. Un método bien documentado para generar corrientes de espín se conoce como bombeo de espín [1]. En este método, la resonancia ferromagnética se usa para inducir una corriente de espín en un material no magnético, generalmente un metal pesado con un alto acoplamiento spin-órbita. Se ha informado [2] de una conversión de carga a spín en óxidos de cobre comparable a la observada en metales pesados, lo que brinda una alternativa más asequible a los metales pesados ​​como el platino o el paladio.

En este estudio hemos sintetizado una bicapa CoFeB/CuxO mediante el método de pulverización catódica. Utilizamos una capa ferromagnética de CoFeB como fuente de corriente de spín y una segunda capa de cobre oxidado naturalmente, CuxO, un metal ligero con bajo acoplamiento spin-orbita como sumidero de espín. Los experimentos de “Spin Pumping” se realizaron en un equipo Bruker EMX Plus a temperatura ambiente, utilizando microondas en la banda X (9 Ghz) para excitar una cavidad donde se encontraba la muestra. Se midió una señal de “Spin Pumping” comparable a la observada en platino. Se observó una dependencia inversa entre la señal y el espesor de la capa de óxido de cobre. El debate sobre el proceso físico que subyace a la conversión de carga a espín en los óxidos aún está abierto, se necesitan más estudios para determinar si el proceso dominante es el efecto Hall de spin o el efecto Rashba [3]. 

Referencias

[1]Tserkovnyak, Y., Brataas, A., & Bauer, G. E. W. (2002). Spin pumping and magnetization dynamics in metallic multilayers. Physical Review B, 66(22). https://doi.org/10.1103/physrevb.66.224403

[2] An, H., Kageyama, Y., Kanno, Y., Enishi, N., & Ando, K. (2016). Spin–torque generator engineered by natural oxidation of Cu. Nature Communications, 7(1). https://doi.org/10.1038/ncomms13069

[3] Lesne, E., Fu, Y., Oyarzun, S et al., (2016). Highly efficient and tunable spin-to-charge conversion through Rashba coupling at oxide interfaces. Nature Materials, 15(12), 1261–1266. https://doi.org/10.1038/nmat4726

La gestación del presente trabajo yace en la firma de un convenio entre la Universidad de Santiago de Chile y ME Elecmetal, el 22 de junio de 2017, que buscaba fortalecer el desarrollo de iniciativas de innovación y tecnológicas en áreas de la minería mediante la formulación de proyectos I+D entre ambos entes. En ese contexto es que se plantea la necesidad del desarrollo de una nueva generación de aceros fundidos para su uso como revestimientos de equipos dedicados a la reducción de tamaño de minerales, que hoy (y hace más de 100 años) se fabrican de los denominados aceros Hadfield (Fe12Mn1,2C).

El presente trabajo, trata sobre el estudio de aceros fundidos de alto contenido de manganeso (% Mn > 20%) y baja energía de falla de apilamiento (EFA), entre 10 J/m2 y 35 mJ/m2. Las aleaciones de estudio fueron Fe22Mn0,2C, Fe22Mn0,5C y Fe22Mn0,8C y fueron sometidas a deformación en frío mediante laminación y luego fueron evaluadas en cuanto a su resistencia a la abrasión mediante un equipo de rueda de caucho y arena seca. Las composiciones se definieron mediante el diseño de aleaciones según cálculos basados en modelos termodinámicos que relacionan la composición química y EFA en el sistema FeMnC, calculando los contenidos de C para el sistema Fe22Mn que desarrollaban EFA de 10, 20 y 30 mJ/m2 respectivamente. El propósito fue evaluar y relacionar los cambios microestructurales (producto de la deformación), con durezas y resistencia a la abrasión en las aleaciones señaladas.

Para la definición de las condiciones bajo las que se evaluarían las aleaciones de interés (cantidades de deformación en frío) se realizó una caracterización de una cóncava de chancadora de cono secundaria, proporcionada por un fabricante nacional tras su uso en faena. Se estudió su microestructura, resistencia a la abrasión y durezas.

El trabajo se dividió en tres fases. La primera fase, se centró en la definición de las variables bajo las que se evaluarían las aleaciones, para ello se caracterizó una cóncava de chancadora de cono, determinando la laminación en frío equivalente a la deformación en uso que proveía de la dureza y resistencia al desgaste abrasivo. En la segunda fase, estas condiciones fueron las que se replicaron para las aleaciones de interés. Tras ello fueron evaluadas mediante microscopía (óptica y electrónica), difracción de rayos X y ensayo de desgaste ASTM G65. Finalmente, se profundizó en los modelos termodinámicos incluyendo la influencia de las concentraciones de Cr, Ni, Cu, Si y Al al sistema FeMnC, para proponer en función de los resultados obtenidos un conjunto de aleaciones que parecieran interesantes seguir estudiando.