El efecto Barkhausen es el nombre que se da al ruido que se produce en la salida magnética de un ferroimán cuando se modifica la fuerza magnetizante que se le aplica. Descubierto por el físico alemán Heinrich Barkhausen en 1919, es causado por cambios rápidos en el tamaño de los dominios magnéticos (átomos con orientación magnética similar en materiales ferromagnéticos).
El trabajo de Barkhausen en acústica y magnetismo condujo al descubrimiento, que se convirtió en la principal pieza de evidencia experimental que apoyaba la teoría de dominios del ferromagnetismo propuesta en 1906 por Pierre-Ernest Weiss . El efecto Barkhausen es una serie de cambios repentinos en el tamaño y la orientación de los dominios ferromagnéticos, o cúmulos microscópicos de imanes atómicos alineados ( espines ), que ocurren durante un proceso continuo de magnetización o desmagnetización. El efecto Barkhausen ofreció evidencia directa de la existencia de dominios ferromagnéticos, que previamente se habían postulado teóricamente. Heinrich Barkhausen descubrió que un aumento lento y suave de un campo magnético aplicado a una pieza de material ferromagnético, como el hierro, hace que se magnetice, no de forma continua sino en pasos diminutos.
Cuando se modifica el campo magnético externo que atraviesa una pieza de material ferromagnético , por ejemplo, moviendo un imán hacia o desde una barra de hierro , la magnetización del material cambia en una serie de cambios discontinuos, lo que provoca "saltos" en el flujo magnético a través del hierro. Estos pueden detectarse enrollando una bobina de alambre alrededor de la barra, unida a un amplificador y un altavoz. Las transiciones repentinas en la magnetización del material producen pulsos de corriente en la bobina, que cuando se amplifican producen un sonido en el altavoz . Esto produce un sonido crepitante, que se ha comparado con el de un caramelo al abrirse, los Rice Krispies o el sonido de un fuego de leña. Este sonido, descubierto por primera vez por el físico alemán Heinrich Barkhausen , se llama ruido de Barkhausen . Se pueden observar efectos similares aplicando solo tensiones mecánicas (por ejemplo, flexión) al material colocado en la bobina de detección.
Estos saltos de magnetización son causados por cambios discretos en el tamaño o la rotación de los dominios ferromagnéticos. Los dominios cambian de tamaño por las paredes del dominio que se mueven dentro de la red cristalina en respuesta a los cambios en el campo magnético, por el proceso de los dipolos cerca de la pared que cambian de giro para alinearse con los giros en el dominio vecino. En una red cristalina perfecta esto puede ser un proceso continuo, pero en los cristales reales los defectos locales en la red, como los átomos de impurezas o las dislocaciones en la estructura forman barreras temporales al cambio de giro, haciendo que la pared del dominio se quede colgada del defecto. Cuando el cambio en el campo magnético se vuelve lo suficientemente fuerte como para superar la barrera de energía local en el defecto, hace que un grupo de átomos cambie su giro a la vez, mientras la pared del dominio "se rompe" más allá del defecto. Este cambio repentino en la magnetización causa un cambio transitorio en el flujo magnético a través de la barra, que es captado por la bobina como un "clic" en el auricular.
La pérdida de energía debido a las paredes del dominio que se mueven a través de estos defectos es responsable de la curva de histéresis de los materiales ferromagnéticos. Los materiales ferromagnéticos con alta coercitividad suelen tener más de estos defectos, por lo que producen más ruido de Barkhausen para un cambio de flujo magnético determinado, mientras que los materiales con baja coercitividad, como las laminaciones de transformadores de acero al silicio, se procesan para eliminar los defectos, por lo que producen poco ruido de Barkhausen.
La cantidad de ruido de Barkhausen para un material determinado está relacionada con la cantidad de impurezas, dislocaciones de cristales , etc. y puede ser un buen indicador de las propiedades mecánicas de dicho material. Por lo tanto, el ruido de Barkhausen se puede utilizar como un método de evaluación no destructiva de la degradación de las propiedades mecánicas en materiales magnéticos sometidos a tensiones mecánicas cíclicas (por ejemplo, en el transporte por tuberías ) o partículas de alta energía (por ejemplo, reactores nucleares ) o materiales como aceros de alta resistencia que pueden estar sujetos a daños por rectificado. A la derecha se muestra un diagrama esquemático de una configuración no destructiva simple para tal propósito.
El ruido de Barkhausen también puede indicar daño físico en una estructura de película delgada debido a varios procesos de nanofabricación, como el grabado de iones reactivos o el uso de una máquina de fresado de iones . [1]
El efecto Wiegand es una extensión macroscópica del efecto Barkhausen [2] , ya que el tratamiento especial del cable Wiegand hace que este actúe macroscópicamente como un único dominio magnético de gran tamaño. Los numerosos dominios pequeños de alta coercitividad en la capa exterior del cable Wiegand se conmutan en una avalancha, lo que genera el cambio rápido del campo magnético del efecto Wiegand.
