Старший научный сотрудник лаборатории роста кристаллов Южно-Уральского госуниверситета Владимир Живулин выиграл грант РНФ на проведение исследовательских работ по градиентному замещению атомов железа в кристаллических структурах на основе гексаферрита М-типа. Создание таких замещённых структур открывает новые, самые широкие возможности для точного подстраивания электрических и магнитных свойств функциональных материалов в производстве современных СВЧ- и электронных устройств. Результаты исследования опубликованы в высокорейтинговом журнале Journal of Magnetism and Magnetic Materials.
Создание новых материалов для электроники
Современный интерес к ферритам вызван высоким спросом на элементы высокочастотной электронной компонентной базы, которые широко применяют в современном машиностроении и приборостроении. Модификация химического состава гексаферрита приводит к изменению его свойств в довольно широких пределах, что дает возможность подстройки свойств материала под нужды промышленности. Поэтому исследование структуры и свойств таких материалов имеет большое значение.
В Лаборатории роста кристаллов НОЦ "Нанотехнологии" ЮУрГУ ученые получают модифицированные монокристаллы гексаферрита бария и, таким образом, получают возможность управлять их свойствами.
«Выращивание монокристаллов осуществляется из расплавов сложного состава, включающего в себя оксиды железа и бария (или стронция, или свинца), оксиды замещающих элементов, а также растворители – оксиды бора, натрия и т.п., которые позволяют осуществлять процесс выращивания при относительно низких температурах – не более 1400 градусов. Тщательное экспериментальное исследование структуры и свойств кристаллических фаз, полученных таким образом, в некоторых случаях демонстрирует образование не просто замещённых структур, но кристаллов, в которых степень замещения железа плавно или скачкообразно меняется. Фактически наблюдается образование кристаллических структур с градиентным замещением», – рассказывает Владимир Живулин, кандидат физико-математических наук.
Монокристалл гексаферита бария имеет свойство поглощать электромагнитные волны в определенном довольно узком диапазоне частот. Реализация градиентного замещения позволит расширить диапазон частот поглощаемого электромагнитного излучения, либо реализовать при помощи одного монокристалла возможность плавного изменения частоты поглощения. Такие материалы представляют большой интерес для производства СВЧ электроники.
Выращивание монокристаллов с уникальными свойствами
Ученый Южно-Уральского государственного университета планирует проведение исследований фундаментального характера, направленных на понимание того, каким образом реализуется градиентное замещение в монокристалле, какие факторы и каким образом влияют на проявление этого эффекта. Полученная при этом информация в перспективе позволит управлять эффектом образования кристаллов с градиентным замещением, получая структуры с нужными параметрами.
«Сегодня монокристаллы вызывают большой интерес, так как могут обеспечить высокий уровень качества конечного продукта, имеют более широкий спектр применений и минимальное количество дефектов, но процесс их создания очень сложен. В Лаборатории роста кристаллов под руководством доктора наук Дениса Винника успешно проводятся работы по выращиванию монокристаллов. Объемные монокристаллические структуры гексаферритов со значительной степенью замещения атомов железа созданы только в ЮУрГУ. В ходе проведённых экспериментальных работ в рамках модифицирования структуры гексаферрита бария путем замещения железа различными элементами впервые в мире удалось получить полизамещенный феррит M-типа», – подчеркивает Владимир Живулин.
Результаты, которые планируется получить в рамках запланированной работы, послужат основой для создания новых, перспективных для применения в различных областях современной электроники функциональных материалов на базе градиентнозамещённых кристаллов гексаферритов М-типа. Проект ученых Южно-Уральского государственного университета будет развиваться в направлении стратегии научно-технологического развития Российской Федерации в части перехода к новым материалам.