Команда исследователей ЮУрГУ вместе с коллегами разработала новый магнитный материал на основе бария, железа и марганца, предназначенный для применения в жестких дисках и электронной технике. Его можно изготовить промышленным способом с небольшим числом технологических этапов, а магнитные и электрические характеристики регулируются посредством механического воздействия.
Итоги работы опубликованы в Results in Chemistry. Создание электронного устройства требует множества последовательных операций как с технологической, так и с химической стороны.
В ЮУрГУ пояснили, что добавление каждого нового химического компонента или элемента прибора обычно сопровождается десятками и сотнями стадий, что усложняет производство и увеличивает стоимость конечного изделия. По словам старшего научного сотрудника Лаборатории роста кристаллов ЮУрГУ Светланы Гудковой, в условиях широкого распространения ноутбуков, смартфонов и автомобилей с большим числом магнитных датчиков возрастает потребность в материалах, чьи магнитные свойства меняются под механическим или электрическим влиянием.
Подобные вещества создают на базе ферритов — оксидов железа в сочетании с оксидами других металлов, формирующих кристаллическую решётку, где одна из осей значительно длиннее двух остальных. Такие условно «удлинённые» решётки включают большое количество атомов, что даёт возможность менять состав и, следовательно, свойства, не разрушая исходную матрицу.
Учёные ЮУрГУ совместно с коллегами из МФТИ, СПбГУ и Курчатовского института синтезировали магнитный материал на основе бариевого феррита с частичной заменой ионов железа марганцем для корректировки магнитных характеристик. Они также зафиксировали, что внедрение марганца влияет и на электрические свойства образца.
В университете отметили, что электронные оболочки ионов марганца и железа похожи — эти элементы соседствуют в периодической системе Д. Менделеева.
Кроме того, оба металла могут существовать в различных степенях окисления и обмениваться электронами, что меняет магнитные свойства материала. «От доли марганца, внедрённого в структуру бариевого феррита, зависят проводимость и магнитные характеристики образца», — пояснили исследователи.
Если электрическое воздействие управляет магнитными свойствами материала и наоборот, такие вещества называют мультиферроиками. «Наш материал — перспективный кандидат на роль нового мультиферроика», — заключила специалист.