Уникальные монокристаллы на основе ферритов, которые можно использовать в терагерцовой электронике, создали в лаборатории Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ). У полученных материалов особый терагерцовый отклик, он проявился при добавлении к основной формуле свинца. Результаты исследования опубликованы в высокорейтинговом журнале «NPG Asia Materials» (Q1).
Разработка материалов на основе ферритов – основное направление деятельности научной группы Южно-Уральского государственного университета под руководством доктора химических наук Дениса Винника. Эти материалы необходимы для электроники высоких частот, систем связи и функциональных покрытий.
В одном из последних исследований ученые преставили результаты выращивания монокристаллов гексаферрита бария, часть атомов которого заменили свинцом. Как рассказал Денис Винник, исследования материалов на основе ферритов проводятся по всему миру, однако ранее ученые не получали объемные монокристаллы такого типа. Исследование свойств в терагерцовом диапазоне частот исследовано под руководством профессора МФТИ Бориса Горшунова.
«Как правило, все стараются модифицировать подрешетку железа, ведь в магнитном материале свойства определяет именно этот катион, и, замещая железо, можно настраивать магнитные характеристики материала. Может показаться, что барий меньше влияет на свойства материала, но в данной работе представлены результаты, которые свидетельствуют, что замещение даже 10% ионов бария на свинец значительно изменяет электрические характеристики создаваемого материала, и они существенно отличаются от исходной матрицы гексагонального феррита», – рассказал заведующий кафедрой «Материаловедение и физико-химия материалов» Политехнического института ЮУрГУ, руководитель НИИ «Перспективные материалы и технологии ресурсосбережения» Денис Винник.
Задачей ученых было не полностью изменить состав материала на основе феррита, а установить влияние на свойства гексаферрита минимального замещения бария свинцом. В соответствии с этими расчетами подобрали состав питательного раствора и начали работу над выращиванием монокристаллов.
Для успешного проведения дальнейших исследований необходимо обеспечить размер кристаллов не менее 10 миллиметров. Лаборатория роста кристаллов ЮУрГУ – одна из немногих, в которых есть возможность выращивать высококачественные монокристаллы требуемого размера. Это стало возможным благодаря разработанным методам синтеза порошковых, керамических и поликристаллических форм, которые сегодня продолжает совершенствовать команда лаборатории роста кристаллов под руководством заведующего лабораторией Владимира Живулина.
Исследование проходило при сотрудничестве с Московским физико-техническим институтом (МФТИ), Южным федеральным университетом, также участие в работе принимали представители академического сообщества Сибирского отделения РАН и коллеги из Германии и Чехии. Именно в МФТИ отправили после первичной характеризации выращенные кристаллы для дальнейшего изучения. Ученые, проанализировав электромагнитные свойства полученного материала, отметили: при замещении свинцом изменяется терагерцовый отклик материала, то есть характер его взаимодействия с терагерцовым излучением. Это значит, что полученный гексаферрит может применяться в терагерцовой электронике, которую называют электроникой будушего.
«Привлекательность гексаферритов также объясняется их нетоксичностью, даже несмотря на присутствие свинца в химической формуле, и устойчивостью к коррозии», – добавил Денис Винник.
В будущем ученые ЮУрГУ попробуют увеличить степень замещения бария свинцом и вырастить монокристалл требуемого размера для дальнейшего изучения его свойств коллегами.
Отметим, что команда Дениса Винника также работает над проектом «Функциональные материалы и керамика», представленный в рамках программы «Приоритет 2030». В Год науки и технологий ЮУрГУ стал участником этой программы и победителем по треку «Исследовательское лидерство».
Южно-Уральский государственный университет (ЮУрГУ) – это университет цифровых трансформаций, где ведутся инновационные исследования по большинству приоритетных направлений развития науки и техники. В соответствии со стратегией научно-технологического развития РФ университет сфокусирован на развитии крупных научных междисциплинарных проектов в области цифровой индустрии, материаловедения и экологии. Университет выполняет функции регионального проектного офиса Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня (УМНОЦ).