NanoBioMagnetics for Life

Bionanomagnetics, Bionanophotonics, & Bionanoplasmonics

Latest News + Magnetics Blog

Conrad Rizal, PhD, MIEEE

MIT ACS Elevate PD Research Scholar

GEM Systems Inc. & York U.

135 Spy Court,

Markham, ON, Canada

Tel: +1-647-570-4039;

E-mail: conrad(DOT)rizal@gemsys(DOT)ca;

crizal(AT)yorku(DOT)ca

Latest News:

Bigyan Blog -III  10-30-2016

Bigyan Blog - Magnets II

History of Magnets and Magnetic Materials

I-HOUSE UC San Diego News - 2015 Visiting Scholar 

January 8, 2016

Report I - Application of Magnetic Materials 

चुम्बकीय सामाग्री र पृष्ठभुमि, संभावित प्रयोग र चुम्बकीय पदार्थ को भप्बिश्य 

MYSANSARSCIENCE BLOG

January 08, 2016

चुम्बकीय पदार्थ हरु को उपयोगिता सम्बन्धि को इतिहास धेरै लामो छ र वेद-वेदान्त को अबधि सम्म फैलिएको छ। तर अहिले आएर चुम्बकीय पदार्थ हरु को उपयोगिता र महत्तो ह्यात्तई बढेर गएको छ, बिशेस गरेर नया उपकरण हरुको बिकाशले यसको उपोगीयोता बढ्दै गएको हो । मेरो पन्ध्र बर्षको अनुसन्धान मा मैले चुम्बकीय पदार्थ हरु को पयोगिता येति धेरै बढेर गएको एस अघि कहिल्लेइ अनुभ गरेको थिएन. हो, कम्प्युटर क्षेत्र मा, चुम्बकीय सेन्सर (जीएमआर सेन्सर को नाममा चिनिञ्छ, जसमा पदार्थ को बिधुतिय अबरोथ शक्ति, थोरै चुम्बकीय फिल्ड लगाउदा पनि अत्यतिक मात्रामा कम हुने असर भएको सेन्सर) को प्रयोग इसबी सन् १९९० भन्दा पनि पहिले देखि हुदैआएको थियो । तर इसबी सन् १९९७ मा पहिलो पटक जीएमआर सेंसर को प्रयोग आइ बि एम (IBM) ले कम्प्युटर मा “रिड हेड” को रुपमा प्रयोग गरेर देखाइ दियो। पछि एसले त इन्टरनेट मा रिभुलेशन नै ल्याइदियो । म तेतातिर अहिले जान चाहन्न । मैले अनुसन्धान गर्दै आएको बिषय अहिले “जीएमआर सेन्सर” र “नानोकर्ण” (एक मीटर लम्बाई भएको पदार्थलाइ, एक करोड पटक सम्म टुक्रा - टुक्रा पर्दा हुन आउने एक अँश लाइ एक नानो मीटर भनिन्छ) र यी दुवै मिलाएमा (अर्थात, जीएमआर सेन्सर र नानो कर्ण मिलाएमा ) कसरि अरु कुनै पनि माध्यम बाट थाहा पाउन नसकिने थुप्रै क्रोनिक रोग हरु, जस्तै, क्यान्सरको प्रारम्भिक अवस्था (रोग लाग्ने बित्तिकै), पता लगाउ सकिन्छ र जसबाट यसको तुरुन्त रोकथाम र उपचार गर्न सकिन्छ ।

तर जीएमआर सेन्सर र नानो कर्ण लाइ उपयोग गरि ब्येबहारमा उतार्न केहि बाधा-अड्चन हरु छन् । उदाहरनकोलागि अस्पतालहरुमा व्यावहारिक रुपमा प्रयोग गर्न, सेंसरको सम्बेदनशीलता र नानोकर्ण को चुम्बकीय मोमेन्ट क्रमश रुमतापक्रम 10 / Oe (ओरेस्तेड) द्वारा र 300 इएमयु / ग्राम भन्दा बढी हुनुपर्छ । र नया प्रबिधि बिकासको लागि अहिले तदारुकता को साथ अनुसन्धान भै रहेको छ र मेरो प्रमुख प्राथमिकता पनि रोग लाग्ने बित्तिकै ( जसलाई अर्ली डिजिज डिटेक्सन प्रबिधि भनिन्छ) कसरि त्यो रोग पत्त्ता लगाउन सकिन्छ र तुरुन्तै उपचार गरी रोग विस्तार हुन् बाट बचाउन सकिन्छ भन्ने अनुसन्धान सङग सम्बन्धित छ । चुम्बकीय नानो कर्णको अर्को उपयोगिता पाउनुहुनेछ चुम्बकीय इमजिङ छेत्रमा । व्यापक अनुसन्धान कै क्रममा छ, यो पनि । चुम्बकीय नानोकर्ण को उपयोगमा येतिमा नै सिमित छैन । एकान्तरण चुम्बकीय फिल्ड प्रयोग गरि चुम्बकीय नानोकर्ण लाइ प्रयोग ल्याई क्यान्सर को सेल मार्न सकिन्छ । त्यसै गरी , औसधिको रुपमा प्रयोग गर्न अझ विस्तार गर्न सकिन्छ ल्याई म्याग्नेटिक नानो कर्ण को उपयोग येतिमा मात्रै सिमित छैन. ऊर्जा उत्पादन गर्न र अन्तरिक्ष अनुसन्धान मा विस्तार गर्न पनि सकिन्छ।

मैले थाहापाएसम्म, सभावित नयाँ प्रविधिहर बिकास गर्नको लागि ईन्जिनियरहरु, भौतिकशास्त्रीहरु, रसायनशास्त्री हरु, जीवशास्त्रीहरु, इत्यादीको बीचमा बलियो, मैत्रीपुर्ण, र दिर्घकालिन सहयोग हुन आवश्यक छ । इच्छुक महानुभाब हरुले तलको लिंक मार्फत अध्यन गर्न सक्नु हुनेछ । अहिलेलाइ , यो छोटो विवरण येही समाप्त गर्न अनुमति चाहन्छु । साथै, निकट भबिष्यमा अझ चुम्बकीय पदार्थ को उपयोग सम्बन्धि रोचक सामग्री लिएर ब्रिस्तित रुपमा हुनेछु । धन्न्यबाद ।

Science Blog

Report II  Magnets- Historical Propectives

January 21, 2016

In my first report published in January 8 2016, I reported that the history of the magnetic materials and the field of magnetism dates backs to ancient times - well before the stone and pre-stone ages (about 5000 years from now). Science Blog

And I tried to provide a relationship between magnetism and bio medicine.  In this report, I will elaborate on how these magnetic materials were perceived in old ages and what led them to become most important materials in modern era.

Interestingly, the magnetic history began at the same time as the history of science began. The curiosity in magnetic materials specially prompted by the ability of the remote control nature of magnet to attract or dispel materials from a distance, and captivated the minds and hearts of people at the early stage and it is still continuing today.

To understand more about an invisible magnetic energy or force, we need to have practically either two pieces of permanent magnets or one piece of permanent magnet and the other piece of magnetic materials such as Fe, Co, Ni, etc., or even Loadstones –  weak magnetic materials. 

Not sure if you know about Load-stones? You might have heard about them but have not had a chance to get to know more about them.  Not to worry if you do not know much about them, I will tell them here. They are widely popular and abundantly available rocks in the earth and they are rich in magnetite -also known as Fe3O4. What is fascinating about these rocks are that they are still very good magnets, although thousands of years ago they were magnetized by huge lightning strikes that impinge on them?

While it would not be wrong to say that the application of magnets dates back to stone and pre-stone ages, to our knowledge, the initial application of magnet in the form of “Spoon, also named as a south pointer” by humans’ dates back to mid-11th century (1064 AD) in China.  A century later, a European re-invented the magnet in the form of Compass.  The discovery of the Compass eventually helped Mr. Christopher Columbus discover America in the late 15th century (1492 AD). During the period of 5th and 15th century, also known as the medieval age, many compared the magnet to the human soul because of its interesting movement, and also believed that the alignment of the compass along the north and south direction was due to the effect of position of stars around the earth. After the medieval age, however, it was William Gilbert, who confirmed in the early 17th century (1600 AD) that the alignment of magnetic

World war has great effect in magnetic research, but primarily the important development in magnetism was made by Swiss Mathematician Daniel Bernoulli in late 18th century (1743 AD) who invented Horse Shoe magnet, that is still widely used in school text books around the globe.

By the 18th century, people already knew that the magnet has two poles, one is north and the other south. They also knew that electrons in metals has two charges, negative and positive. Because of these similarities between magnets and electrons researchers to go further deeper to understand these two (magnet and electrons).

A true relationship between magnets (magnetism) and electrons (electricity) was accidently discovered in the early 19th century (1820 AD) by Hans Christian Oerstan from Denmark. Right after that Andrew-Marie Ampere and Dominic Francois Arago from Paris demonstrated that a current carrying coil was equivalently a magnet.

I imagine you have all heard about Michael Faraday. It was Michael Faraday who discovered electromagnetic induction in the early 19th century (1821 AD). Michael Faraday. He used a still magnet and current carrying coil and disc of mercury to demonstrate the principle of electric motor. Michael Faraday also discovered the interrelationship between magnetics and optics in the late 19th century (1845 AD). I will talk more about magnetic materials and magnetism in my future report. I will also continue writing about the bio-magnetic application of magnetic materials in my future edition.

I imagine you have all heard about Michael Faraday. It was Michael Faraday who discovered electromagnetic induction in the early 19th century (1821 AD). Michael Faraday. He used a still magent and current carrying coil and disc of mercury to demonstrate the principle of electric motor. Michael Faraday also discovered the interrelationship between magnetics and optics in the late 19th century (1845 AD). I will talk more about magnetic materials and magnetism in my future report. I will also continue writing about the bio-magnetic application of magnetic materials in my future edition. Please check back soon.

To download paper, click Ferromagnetic Alloys: Magnetoresistance, Microstructure, Magnetism, and Beyond (Review)

History of Magnetism (Contd.) 

February 4, 2016

मैले माइसंसार को जनवरी ८, २०१६ को रिपोर्टमा म्याग्नेटिक पदार्थको बायोम्याग्नेटिक छेत्रमा उपयोगिताबारे जानकारी दिएकोथिए ।  त्यसको लगत्तै मैले जनवरी २१, २०१६ मा प्रकाशित रिपोर्टमा म्याग्नेटिक पदार्थको इतिहास बारे संछेपमा जानकारी दिने प्रयास गरेको थिए । हामीलाई थाहा छ कि कुनै पनि मूल कुरा बुझ्नको लागि त्यस बस्तुको जरा सम्म नपुगी हुदैन । त्यसै गरि म्याग्नेटिक पदार्थहरुको उपयोगिता बुझ्नको लागि तेस्को जरा सम्म नपुगी हुदैन भन्ने ठानी जनवरी २१ को रिपोर्टमा म्याग्नेटिक पदार्थको इतिहास सम्बन्धि संछिप्तमा प्रस्तुत गरेको थिए । आजको रिपोर्टमा पनि म्याग्नेटिक पदार्थको इतिहासलाईनै निरन्तरता दिने जमर्को गेरको छु । जसरि गाडी चालकले छिटो - छिटो गाडी हाकेमा गन्त्यब्य पुग्न पनि सकिन्छ वा नपुग्न पनि सकिन्छ, अर्थात् बिच्मै दुर्घटनमा पनि पर्न सकिन्छ, तर , ढिलो गरेर नियेमले दिए बमोजिम, ट्राफिक नियेम पालना गरि, बिस्तारै हतार नगरी गाडी चलाएमा,  गन्तब्य स्थानमा अबस्य पनि पुगिन्छ भन्ने हाम्रो नेपाली मिठो उखान टुक्का जस्तै, मैले बिसतारै भएपनि, तपाईहरुलाई म्याग्नेटिक पदार्थको इतिहास बाट सुरु गरि, इनिहरुको उपयोगिता मेडिकल छेत्रमा कसरि भैरहेको छ र भविष्यमा पनि यसको महत्तो कसरि बढ्दै जाने छ भन्ने बारेमा  माइसंसार को बिज्ञान ब्लग मार्फत सरल नेपाली भाषामा, सबैले भुझ्न सक्ने गरि मा प्रस्तुत गर्दै जानेछु ।

म्याग्नेटिक पदार्थ सुन्दा जति सरल लाग्छ, एस्लाई बुझ्न र पहिचान गर्न तेती नै कठिनछ, तर असम्भव चाही छैन है! जनवरी २१ को रिपोर्टमा, हामीले, गिल्बर्ट, बर्नोउलि, (फ्रंक्लिन, ओरेस्टेड, एमपेर,), र बिशेष गरि माइकल फ्याराड़ेले  १९२१ इ.वि. मा गरेको इलेक्ट्रिक चार्ज र चुम्बकको आपशी सम्बन्ध छ भनि प्रमाणित गरेको र पछि १९४५ मा फेरि चुम्बक र प्रकाशको किरणको बिचमा आपसी संम्बन्ध छ भनि प्रयोगगरि देखाइ दिए । तेतिबेला नाम चलेका भौतिक शास्त्री र गणित् शास्त्री जेम्स क्लार्क म्याक्सवेल लाइ प्रोत्सान त मिल्यो नै तर चिन्ता पनि उत्तिकै लागेर आयो । जाबो पुस्तक पसलेले  (उनको दृस्टीमा) एस्तो चमत्कार गर्ने? भनेर उनि तात्तीय पनि । माइकल फ्याराड़ेको एकपछि अर्को नया अविस्कारबाट प्रेरितभै, म्याक्सवेलले चार वटा प्रसिद्द गणितिए शुत्र, जुन उनको आफ्नै नाम बाट चिनिन्छन,  ल्याए जसले माइकल फ्याराड़े ले गरेको प्रयोगको रिजल्टलाइ थेउरिटकल रुपमा ब्याख्या गर्न सकोस । अचम्म को कुरा के छ भने, यी चार शुत्रहरु हेर्दा ज्यादै सरल प्रकृतिका छन् तर बुझ्न, सस्कृतको श्लोक झैँ गारो छ, र ब्याख्या गर्न पनि गारो नै छ, तर असम्भव चाइ छैन है! धेरै बैगानिक साथी हरु संग कुरा गर्दा पनि म्याक्सवेल का शुत्रलाइ सरल भाषामा ब्याख्या गर्न धौ धौ परेको मैले देखे । तेसैले मैले यहा,  सरल भाषामा बुझ्ने गरि ब्याख्या गर्न प्रयास गर्ने छु. र तिनी हरु एस् प्रकार छन्:

 DIV.E = r (i) DIV.. B = 0 (ii) Curl × E = -dB/dt (iii) (1/µ0) Curl × B = j + x dE/dt (iv) 

 (1)

 

यहा, शुत्र एक (i) ले गस (Gauss) को बिधुत नियेमलाइ  प्रतिनिधित्य गर्छ. जसको अर्थ हो कुनै पनि भोलुम (Volume) बाट निस्कने बिधुत तेस भोलुम (Volume) भित्र रहेको चार्ज संग सिधै सम्बन्ध राख्छ । दोस्रो शुत्रले गसको (Gauss’s) म्याग्नेटिक नियेम्लाई प्रतिनिधित्य गर्छ, जसको अर्थ हो इलेक्ट्रिकको  पोजीटीभ र नेगेटिभ चार्ज भए जस्तै म्याग्नेट को एकल पोल उत्तर वा एकल पोल दक्षीण कहिलेइ पनि  एक्लै हुदैन । अर्थात, बन्द छेत्रमा पस्ने वा घुस्न खोज्ने  म्याग्नेटिक फ्ल्क्स शुन्य हुन्छ । शुत्र तिन, जुन फ्याराड़े - म्याक्सवेलको शुत्रको रुपमा चिनिन्छ, कुनै पनि बन्द छेत्र भित्र जम्मा हुने भोल्टेज,  म्याग्नेटिक फ्लाक्स परिबर्तनको दर संग सिधा सम्बन्ध राख्छ । (यो शुत्र लाइ फ्याराड़ेको ल ओफ इन्डक्सन को रुपमा पनि चिनिन्छ ) र शुत्र चार अम्पेरे को सर्कुटल ल को रुपमा चिनिन्छ, जसको अर्थ हो, कुनै पाएँ बन्द घेरा भित्र,  इलेक्ट्रिक करेन्ट र इलेक्ट्रिक फिल्ड को समय सगैं हुने परिबर्तन सिधै ओरिपरि रहेको म्याग्नेटिक फिल्ड भित्र छिर्ने छेत्र संग सम्बन्धित् हुन्छ ।

तपाइहरुलाइ, सरल भाषामा ब्याख्या गर्द गर्दे पनि यी चारवटा शुत्रको अर्थ बुझ्न अझै पनि गारो भएको हुन सक्छ । तेसैले मैले छोटकरीमा एसको शार व्यक्त गर्न चाहन्छु । संछिप्तामा भन्ने हो भने, जसरि, इलेक्ट्रिक फिल्ड को शुत्रहरुले कुनै पनि एक पोइन्टको ओरिपरि आवस्थित इलेक्ट्रिक चार्ज र इलेक्ट्रिक फिल्ड संगको सम्बन्ध राख्छन, तेसै गरि म्याग्नेटिक फिल्ड को शुत्रहरुले कुनै एउटा पोइन्ट को ओरिपरि म्याग्नेटिक फिल्ड र त्यो पोइन्टको ओरिपरि अवस्थित करेन्ट डेनसीटी संग सम्बन्ध राख्छन । म्याक्सवेल को यी चारओटा शुत्र हरुको सभैभन्दा महत्यपूर्ण कुरा के हो भने यी शुत्रहरुले कुनै पनि इकेट्रोम्याग्नेटिक विकिरण, जस्तै शुर्य को किरण, जसमा दुवै इलेक्ट्रिक र म्याग्नेटिक किरण संग-सगै प्रकास को गतिमा यात्रा गरेका हुन्छन, र प्रकासको गति, भ्याकुममा, येस्को वेवलेन्थ (Wavelength) र फ़्रिक़ुएन्सि (Frequencey) को गुणात्मक मान हुन आउछ । येहा बुझ्नु पर्ने कुरा के छ भने यो शुत्र, प्रकासको लागि मात्र नभएर ब्रह्माण्डमा रहेका सबै खाले इलेक्ट्रो म्याग्नेटिक तरङ्ग हरुमा लागु हुन्छ। 

Fig. 1: इलेक्ट्रिक र म्याग्नेटिक जोडा., यात्रा गरि रहेका छन्  (गति @ 3 × 108 मीटर/सेकेंड्स ). E H ९० डिग्री फरक छन् ।

 

माथि म्याक्सवेलका चार शुत्र हरुमा देख्नु भएको, म्यनेटिक र इलेक्ट्रिक कन्सटेन्ट, जुस्त क्रमश:, पर्मिअबिलिटि  र पर्मिटीविटी भनिन्छ, तिनी हरुलाई गुणा गरेर स्कुयर रुट गरि, इन्भ्र्स गर्दा, भ्याकुम मा सुर्य को किरण को गति ठ्याक्कै, ३ करोड प्रति मिटर हुन आउछ, i.e., c = । अचम को कुरा त के छ भने, सुर्यको गति म्याक्सवेल को शुत्रमा उल्लेखित एभरेज इलेक्ट्रिक फिल्ड (Eavg) र म्याग्नेटिक (BAvg) फिल्डको अनुपात संग ठ्याक्कै मिल्न आउछ (अर्थात् ३ करोड मीटर प्रति सेकेण्ड)।

इलेकट्रीसिटी र म्याग्नेटिक पदार्थको अधार इलेक्ट्रिकचार्जहरु र म्याग्नेटिक डाइपोल (म्याग्नेटिक डाइपोलहरु र इलेक्ट्रिक करेन्ट को लुप हरु भन्नु एकै हो ) हो भन्ने कुरामा अब कुनै शंका छैन । म्याग्नेटिक छेत्रमा, म्यक्सवेलको शुत्र को साथ साथै लारेंज़को शुत्र अर्को महोत्त पूर्ण अबिषाकर हो । लोरेंज़ को शुत्रले कुनै पनि एउटा गतिशील पार्टीकल जसको चार्ज, q र गति, v  छ, तेस्ले अनुभव गर्ने  इलेक्ट्रिक र म्याग्नेटिक बल, तल को शुत्र (२) ले दिन्छ ।

f=q(E+ v×B)

(2)

 

इलेकट्रीसिटी र म्याग्नेटिक पदार्थ को आधार इलेक्ट्रिक चार्जहरु र म्याग्नेटिक डाइपोल (म्याग्नेटिक डाइपोलहरु र इलेक्ट्रिक करेन्ट को लुप हरु भन्नु एकै हो ) हो भन्ने कुरामा अब कुनै शंका छैन । म्याग्नेटिक छेत्रमा, म्याक्सवेलको शुत्र को साथ साथै लारेंज़ को शुत्र अर्को महोत्त पूर्ण अभिस्कार हो । लोरेंज़ को शुत्रले कुनै पनि एउटा गतिशील पार्टीकल जसको चार्ज, q र गति, v  छ, तेस्ले अनुभव गर्ने  इलेक्ट्रिक र म्याग्नेटिक बल, तल को शुत्र (२) ले दिन्छ ।

अहिले आएर म्याग्नेटिक पदार्थ को व्यापक प्रयोग हुदै आएको छ, विषेस गरेर,  टेलीकम, कम्प्युटर, र अन्य कन्जुमेर समान हरु. व्यापक रुपमा प्रयोग हुदै आएका इलेट्रोम्याग्नेट हरु पुन: साना साना पर्मानेन्ट म्याग्नेट हरु बाट रुपान्तरित हुदैछन । मैले जनवरी ८ मा प्रकाशित रिपोर्टमा उल्लेख गरे झैँ यी म्याग्नेट हरुको सर्बाधिक प्रयोग कम्प्युटर छेत्र मा भएको छ र जसको फलशोरूप अहिले इन्टरनेटको रेभोलुसन भएको छ। कम्प्युटर बाहेक अरु छेत्रहरु, जस्तै, अर्थ साइन्स, स्पेस टेक्नोलोजी, फुड साइन्स, इन्भैरोमेंट मोनीटरिङ्ग, इत्यादी. र, मग्नेटिक पदार्थको प्रयोग मेडिकल छेत्र मा  अत्येन्त बढेर गएको छ। मैले आउदो दिनमा म्याग्नेटिक पदार्थको उपयोग मेडिकल डायेगनोस्टिकस, DNA सीक्योंसिंग (Sequencing), पोइन्ट ओफ केयेर जाच (point of care testing), क्यान्सर पत्ता लगाउने, रोकथाम र उपचार सम्बन्धि सामग्री हरु प्रस्तुत गर्ने छु । माइ संसार हेर्दै गर्नु होला । अंग्रेजी रुपान्तर पढ्न चाहने हरुले तलको लिंक क्लिक  गर्नु होला.

 

Hit Web Counter