Сегодня на базе Южно-Уральского государственного университета успешно функционируют 8 международных научных лабораторий под руководством ведущих зарубежных ученых из США, Канады, Мексики, Великобритании, Франции, Словакии, Индии.
В рамках работы Международного научного совета в 2019 году также были утверждены проекты еще четырех лабораторий. В их числе Лаборатория магнитных оксидных материалов, ведущим ученым которой станет д.ф.-м.н., профессор Владимир Гудков (УрФУ). О том, какие исследования будут проводить на базе лаборатории, рассказал заведующий лаборатории роста кристаллов НОЦ «Нанотехнологии» ЮУрГУ, доктор химических наук, доцент Денис Винник.
– С какой целью в ЮУрГУ будет открыта Лаборатория магнитных оксидных материалов?
– Лаборатория опирается на результаты проведенных ранее исследований, она будет работать в рамках сформированного научного направления: получение гексагональных ферритов и твердых растворов на их основе. Наша задача в рамках лаборатории — создание теории, которая позволит объяснить влияние замещения на атомарном уровне в решетке гексаферрита бария на изменение структуры и, соответственно, свойств этого материала. Другими словами, создав теорию и сформировав представление о том, как изменение химического состава влияет на конечное изменение свойств, мы сможем контролировать и настраивать свойства получаемых материалов. Лабораторию также отличает то, что к руководству ею будет привлечен один из ведущих российских ученых, профессор Гудков, который является общепризнанным мировым лидером по изучению оксидных монокристаллов методом ультразвука в слабых и сильных магнитных полях.
– В чем заключается особенность таких материалов, как ферриты?
– Ферриты — это материалы на основе оксида железа. Особенность кристаллической структуры ферритов в том, что она имеет 5 различных позиций железа в кристаллической решетке. Именно это позволяет модифицировать структуру и свойства материала в достаточно широких пределах. Наш интерес к бариевым ферритам обусловлен их уникальными функциональными характеристиками. Химическая стабильность и коррозионная стойкость делает эти материалы экологически безопасными. Низкая удельная электропроводность позволяет применять гексаферритовые магниты при наличии высокочастотных магнитных полей, что перспективно для микроэлектроники. Сейчас данный материал имеет большой потенциал в поглощении электромагнитного излучения (ЭМИ) в микроволновом диапазоне. Гексаферриты находят применение в микроволновых технологиях, а также при передаче данных, защите от волнового воздействия на высоких частотах.
Фото: Монокристалл гексаферрита стронция; монокристаллы германата свинца
– Почему гексаферрит бария сейчас активно исследуют ученые по всему миру?
– Гексагональные ферриты открыты достаточно давно, в середине ХХ века. Изначально их применяли для создания постоянных магнитов. Следующим этапом было изготовление систем записи и хранения информации, и последние 10–15 лет существует новая тенденция: происходит переориентировка на применение микроволновых свойств материала (это СВЧ-электроника, различные антенны и др.). Для создания элементов СВЧ-электроники эти материалы сейчас наиболее востребованы, это общемировой тренд. Предсказав влияние замещающего элемента в структуре материала на его конечные микроволновые свойства, мы можем предполагать, какими будут свойства самого материала. Наша задача после прогнозирования и моделирования на теоретическом уровне — получить этот материал, изучить его химический состав и определить, насколько наши предположения были верны.
– Как будет развиваться международное сотрудничество ЮУрГУ в рамках работы лаборатории?
– На протяжении ряда лет наша группа работает с Институтом неорганической химии Университета Штутгарта (Германия), Лаппеенрантским технологическим университетом (Финляндия). Кроме того, стремимся развивать внутрироссийское сотрудничество: в числе наших партнеров Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, Институт геологии и минералогии Сибирского отделения РАН, Институт физики полупроводников Сибирского отделения РАН и др. Также в рамках работы лаборатории будут проводиться совместные исследования с Лабораторией сильных магнитных полей (Германия), Техасским университетом в Остине (США), Московским физико-техническим институтом, Физико-техническим институтом им. А. Ф. Иоффе РАН и др.
– Какое еще применение может найти гексаферрит бария, кроме СВЧ-электроники?
– В связи с увеличением количества различных приборов и устройств электромагнитное загрязнение становится все более серьезной проблемой в мире. Потенциальным применением ферритов может стать его использование при создании покрытий, снижающих или исключающих полностью влияние электромагнитного излучения на различные устройства и живые организмы.
– В чем будет заключаться уникальность Лаборатории магнитных оксидных материалов?
– На сегодняшний день в мире сформирован тренд по применению ферритов в СВЧ-электронике. Количество научных публикаций по данной тематике стремительно возрастет. С одной стороны, мы движемся в рамках мирового тренда, но, с другой стороны, у нас есть конкурентные преимущества в виде методик получения ферритов в виде монокристаллов. Нашим преимуществом является то, что мы достигаем бóльших степеней замещения железа, кроме того, мы совмещаем востребованное направление ферритов и получение новых материалов в виде высокоэнтропийных составов (растворов, содержащих не менее 5 компонентов в сопоставимых количествах). Все это позволяет в большем диапазоне варьировать свойства материалов.