Фундаментальные проблемы физики магнитных наносистемНИР

The fundamental problems of the magnetic nanosystems physics

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
4 1 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. Фундаментальные проблемы физики магнитных наносистем
Результаты этапа: В 2014 году были продолжены исследования динамики уединенных изгибных волн на сверхзвуковой доменной границе ортоферрита иттрия. Была получена зависимость угла наклона переднего фронта уединенной волны от ее амплитуды. Эта зависимость нелинейна и существенно отличается от аналогичной зависимости для солитонов. Было продолжено дальнейшее исследование магнитных свойств органогенных горизонтов почв в зонах влияния горно-металлургических комбинатов «Печенганикель» и «Североникель» на Кольском полуострове. В лесных экосистемах в зоне аэротехногенной нагрузки комбината "Печенганикель" наблюдалось значимое возрастание намагниченности образцов почв с приближением к комбинату, установлено что зависимость намагниченности загрязненных подстилок в магнитных полях, превышающих поля насыщения, имеет суперпарамагнитный характер. Проведены исследования возможностей магнитных методов контроля биологических и природных объектов естественного происхождения, ведутся совершенствование методов управления движением магнитных микрочастиц с помощью магнитного поля (магнитный пинцет). Исследованы зависимости магнитных свойств бариевых ферритов от степени замещения различными элементами (Алюминием, вольфрамом, титаном). Исследовано влияние магнитного поля на восстановление наночастиц кобальта из оксида в потоке водорода. Проведено исследование зависимости упругих, магнитных и электрических свойств мультиферроиков и магнитоэластиков от внешних воздействий. Было выявлено анизотропное влияние внешнего магнитного поля на эффективную диэлектрическую проницаемость магнитореологических эластомеров на основе различных типов магнитных частиц. Исследования влияния механических напряжений (сжатия) материала на зависимость диэлектрической проницаемости от внешнего магнитного поля показали уменьшение эффекта. Получены новые данные об особенностях перемагничивания аморфных железо-обогащенных микропроводов при наличии растягивающих и закручивающих напряжений. Опубликовано 18 работ в регулярных журналах и 3 в сборниках, получено два патента, представлено более 20 докладов на конференциях.
5 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. Фундаментальные проблемы физики магнитных наносистем
Результаты этапа:
6 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Фундаментальные проблемы физики магнитных наносистем
Результаты этапа: 1. Внесены изменения и улучшения в метод лазерной интерференционной литографии для создания периодических наноструктур. Площадь получающегося образца увеличена до двух квадратных сантиметров. Отработан и улучшен технологический процесс для нанесения и проявления фоторезиста нового типа (SU-8), включающий пост-отжиг. Отработаны различные толщины нанесения. Отработаны 1D и 2D квадратные структуры. Периоды структур — от 17 до 0.3 мкм. Проведено тестирование плазменного травления стекла по изготовленной маске из фоторезиста. 2. Исследована микро-биоподвижность с помощью спектроскопии флуктуаций интенсивности в проходящем и рассеянном свете. Определены частоты колебаний и получены графики колебаний в реальном времени. Исследованы магнитные свойства модифицированных наноалмазов. Исследована конденсация ядер клеток с целью получения супрамолекулярных структур в неоднородном магнитном поле. 3. Численно обнаружено, что приложение внешнего магнитного поля к образцу магнитофотонного кристалла вызывает возбуждение блоховской поверхностной волны в геометрии, запрещенной для такого возбуждения в случае отсутствия магнитного поля – магнитооптическое переключение. Численно изучено магнитооптическое переключение магнитоиндуцированной блоховскойповерхностной волны (МБПВ) в одномерном магнитофотонном кристалле. Анализ спектров возбуждения МБПВ свидетельствует о зависимости параметров резонанса МБПВ от спектрально-угловых позиций резонансов блоховской поверхностной волны и волноводной моды магнитофотонного кристалла. Показано, что магнитооптическое переключение МБПВ возникает за счет эффекта фарадеевского вращения и что эти эффекты взаимно усиливают друг друга. Показано, что вблизи резонанса МБПВ эффект фарадеевского вращения значительно возрастает и может достигать 12 градусов, что на два порядка превышает значение фарадеевского вращения в пленке ЖИГа той же толщины без наноструктурирования. 4. Были проведены исследования зависимости видимой ширины доменной границы в пластинках ортоферрита иттрия, вырезанных перпендикулярно оптической оси, от ориентации плоскости границы относительно кристаллографических осей. После анализа спектра колебаний доменных границ с разной структурой была определена подвижность. Эти эксперименты являются частью исследований высокоскоростных процессов перемагничивания в прозрачных ферромагнетиках, актуальных для решения фундаментальных и прикладных задач. Был проведен анализ трансформации магнитных свойств почв Кольского полуострова под влиянием загрязнения промышленными выхлопами. Наблюдалась обратная корреляционная связь намагниченности органогенных горизонтов почв с расстоянием в зоне аэротехногенной нагрузки комбината "Североникель". Проведены исследования возможностей магнитных методов контроля биологических и природных объектов естественного происхождения, ведутся совершенствование методов управления движением магнитных микрочастиц с помощью магнитного поля (магнитный пинцет). Проведено исследование зависимости упругих, магнитных и электрических свойств мультиферроиков и магнитоэластиков от внешних воздействий. Было выявлено анизотропное влияние внешнего магнитного поля на эффективную диэлектрическую проницаемость магнитореологических эластомеров на основе различных типов магнитных частиц. Исследования влияния механических напряжений (сжатия) материала на зависимость диэлектрической проницаемости от внешнего магнитного поля показали уменьшение эффекта. Изучены характеристики резонансного магнитоэлектрического взаимодействия в композитных мультиферроидных структурах, состоящих из слоев пьезоэлектриков и магнитострикционных материалов. Новые данные получены об особенностях перемагничивания аморфных микропроводов и их систем. 5. Исследованы структурные и магнитные характеристики Co/Cu/Co тонкопленочных структур и завершено изучение особенностей магнитных характеристик Co/Bi/Co образцов с толщиной слоев кобальта 5 нм, а слоев Bi и Сu, изменяющихся от 0.2 до 50 нм и от 0.5 до 4 нм, соответственно. Обнаружено сильное влияние толщины немагнитных слоев на магнитные свойства изучаемых тонкопленочных систем, объясненное наличием обменного взаимодействия между магнитными слоями через немагнитную прослойку. Продолжено изучение магнитных характеристик аморфных микропроводов на основе кобальта и железа с диаметром магнитной жилы 1060 микрон, полученных с помощью модернизированного метода Улитовского-Тейлора. Обнаружено сильное влияние упругих напряжений на магнитные характеристики изучаемых образцов. 6. Создана вакуумная магнитооптическая установка для исследования влияния адсорбции различных газов на статические и динамические магнитные свойства прозрачных ферромагнетиков. Магнитооптическим методом с использованием эффекта Фарадея в тонких пластинках слабого ферромагнетика - бората железа (FeBO3), плоскость которых параллельна базисной плоскости кристалла, при комнатной температуре установлено, что при слабой (обратимой) адсорбции молекул воды квазистатическая магнитная восприимчивость образцов существенно изменяется. Изменение восприимчивости в насыщенных парах воды составило около 30%. Наблюдающийся эффект обратим. Время установления нового значения восприимчивости после напуска паров воды (~90 с) в два раза больше времени установления исходной восприимчивости после откачки. Наблюдающийся эффект объяснен появлением одноосной поверхностной магнитной анизотропии в базисной плоскости, индуцированной слабой адсорбцией молекул воды. Установлено, что обратимая адсорбция молекул воды при комнатной температуре приводит к уменьшению частоты релаксации доменных границ в кристаллах бората железа. В насыщенных парах воды уменьшение частоты релаксации составило около 20%. После откачки паров воды величина частоты релаксации принимает исходное значение. Наблюдаемый эффект объяснен появлением на поверхности образцов точечных магнитных дефектов, индуцируемых адсорбцией. Указанные дефекты увеличивают эффективное торможение доменных границ при их колебаниях во внешнем переменном магнитном поле. Влияние адсорбции молекул воды на коэрцитивную силу образцов бората железа не обнаружено. 7. Были проведены экспериментальные исследования магнитных свойств слабомагнитных органогенных лесных почв. Была подтверждена зависимость технической намагниченности насыщения от уровня техногенной нагрузки / расстояния до источника загрязнения в окрестностях комбината «Печенганикель». Вместе с тем, предполагаемых закономерных изменений восприимчивости парапроцесса с уровнем техногенной нагрузки не было выявлено. Это может быть объяснено маскирующим влиянием ошибок измерений и/или естественной пространственной изменчивости магнитных свойств почв. Последнее обстоятельство предполагает необходимость проведения фракционирования образцов слабомагнитных органогенных горизонтов изучаемых почв и, возможно, выделения / обогащения образцов ферримагнитной фракцией. 8. Исследованы магнитные и транспортные свойства тонких пленок нестехиометрических сплавов MnxSi1-x (x~0.51-0.52), полученных импульсным лазерным напылением. Обнаружено существование эпсилон фазы MnSi с температурой Кюри порядка 30К, при этом установлено, что пленки находятся в ферромагнитном состоянии при температурах превышающих комнатную. Показано, что в исследованном температурном диапазоне аномальный эффект Холла меняет знак при толщине пленок выше 90 нм. Для объяснения обнаруженных особенностей поведения предложена феноменологическая модель сплава. Предполагается, что высокотемпературный ферромагнетизм в образцах связан с дефектами структуры. На основе наночастиц манганита La0.67Sr0.33MnO3, полученных золь-гель методом, в полимере разработан композитный магнитный материал для биомедицинских приложений, в частности для доставки лекарств. Показана возможность эффективного использования композита для транспортировки ципрофлоксацина в среды как с грамположительными, так и грамотрицательными бактериями. Исследованы свойства нанокристаллических и аморфных пленок сплавов FeZrN с различным содержанием циркония и азота. Показано, что соотношение структурных фаз слабо изменяется при температурной обработке. Определены значения эффективной магнитной анизотропии, которая значительно изменяется при отжиге. Найдены оптимальные режимы отжига. Показано, что при уменьшении размера зерен нанокристаллитов вклад магнитоупругой анизотропии существенно уменьшается. Для работы с магнитными микро- и нано- объектами разработаны токовый магнитный пинцет и микроманипулятор на основе магнитных микропроводов, работа которых проверена на модельных объектах. Проведена теоретическая оценка силовых воздействий в разработанных устройства, подтвержденная непосредственными измерениями. Исследованы возможности применения магнитоактивных эластомеров для биомедицинских применений в качестве временных упругих протезов, управляемых магнитным полем, при лечении заболеваний органов зрения. Проведены исследования магнитных и термодинамических свойств перовскитов Gd0.2Sr0.8CoO3-delta, находящихся в упорядоченном и разупорядоченном состояниях. Упорядоченное состояние в нестехиометрическом составе по кислороду обнаруживает аномалии в теплоемкости, коэффициенте теплового расширения и температурной зависимости намагниченности при температурах около 350 К. Предложено феноменологическое объяснение полученных зависимостей.
7 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Фундаментальные проблемы физики магнитных наносистем
Результаты этапа: Краткое текстовое изложение результатов работы, выполненной в 2017 г. 4.1 Были произведены дальнейшая модификация и усовершенствование установки для лазерной интерференционной литографии, приведшие к успешному получению одномерных и двумерных образцов решеток-масок для изготовления плазмонных структур с периодом, на данный момент, 450 нм. Последовательное экспонирование позволяет получать плазмонные структуры свыше 2 кв. см. 4.2. В спектрах угла фарадеевского вращения в образцах магнитофотонных кристаллов обнаружены резонансы в форме Фано, соответствующие возбуждению блоховских поверхностных волн и волноводных мод в спектрах отражения; максимальное экспериментально полученное значение угла фарадеевского вращения составило 2.1 градуса. 4.3. В пленках ферритов-гранатов методом двукратной высокоскоростной фотографии были исследованы условия перемагничивания под действием короткого мощного светового импульса, а также влияние импульса накачки на динамическую доменную границу. Магнитостатическими методами были исследованы различные структуры магнитных образований на дефектах в пленках ферритов-гранатов. 4.4. Изучены особенности магнитных свойств Со/Сu/Co и Fe / полимер / Fe систем низкоразмерных тонкопленочных систем. Предложена модель, объясняющая магнитно-полевое поведение изучаемых образцов. Продолжено изучение магнитных характеристик аморфных микропроводов на основе кобальта и железа, полученных с помощью модернизированного метода Улитовского-Тейлора, а также микророботов, созданных на их основе. Обнаружено сильное влияние упругих напряжений на магнитные характеристики изучаемых образцов. 4.5. Разработана методика магнитооптического исследования квазистатических и динамических свойств отдельной доменной границы в прозрачном легкоплоскостном слабом ферромагнетике. Исследована слабая адсорбция молекул воды и одноатомных спиртов на величину смещения в магнитном поле, динамику и коэрцитивную силу отдельной доменной границы в монокристаллах слабого ферромагнетика – бората железа. 4.6. Исследованы магнитные свойства модифицированных наноалмазов для биомедицинских приложений. С помощью метода магнитной сепарации получен эффект магнитного захвата клеток с сорбированными наноалмазами. Исследованы биологические ритмы движения беспозвоночных ( с помощью спектроскопии флуктуаций интенсивности рассеянного света). Определены параметры движения ядер клеток в неоднородном магнитном поле. 4.7. Исследованы зависимости упругих, магнитных и электрических свойств, как статических, так и динамических, магнитных и мультиферроидных эластомеров от внешних воздействий на различных частотах 4.8. Исследованы статические и динамические свойства аморфных и нанокристаллических сплавов различной размерности в широком температурном диапазоне при различных механических и химических воздействиях. 4.9. Исследованы физические свойства наночастиц и нанокомпозитов, в зависимости от технологии приготовления, параметров обработки и состава. Исследовано магнитосопротивление образцов (Cr1-xMnx)2AlC МАХ-фаз, редкоземельных сплавов TbSm и FeGa в магнитных полях до 6,7 Тл. 4.10 Были продолжены экспериментальные исследования магнитных свойств почв в зоне влияния предприятия цветной металлургии. Впервые обнаружено, что нижележащая почвообразующая порода обладает максимальной намагниченностью, что свидетельствует о глубокой деградации почв в условиях атмосферного загрязнения.
8 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Фундаментальные проблемы физики магнитных наносистем
Результаты этапа: 4.1. Исследованы структурные и магнитные характеристики низкоразмерных тонкопленочных трехслойных образцов на основе железа/кобальта и полимерной/гадолиниевой прослойки. Изучен обратный магнитоэлектрический эффект в двухслойном композитном образце, состоящем из пьезоэлектрической Pb(Zr,Ti)O3 пластины и аморфной FeSiBNbCu ферромагнитной ленты. Впервые были установлены особенности магнитных свойств и магнитополевого поведения низкоразмерных тонкопленочных систем Fe/PDP/Fe и FeSiBNbCu/Pb(Zr,Ti)O3. Обнаружено, что толщина Fe и PDP слоев влияет на магнитополевое поведение Fe/PDP/Fe образцов, проявляющееся в изменении формы петель гистерезиса. Появление двухступенчатой формы петли гистерезиса свидетельствует о наличии антиферромагнитного обменного взаимодействия между магнитными слоями через немагнитную прослойку. Впервые магнитооптический метод исследования магнитных материалов позволил обнаружить и проанализировать особенности обратного магнитоэлектрического эффекта (МЭ) в двухслойной композитной структуре, состоящей из аморфного FeSiBNbCu слоя и Pb(Zr,Ti)O3 пластины. Установлено, что изменение ориентации перемагничивающего поля H от совпадающего с длинной стороной изучаемого образца к перпендикулярному направлению сопровождается изменением величины и знака обратного МЭ–эффекта. Обнаружено, что максимальное абсолютное значение обратного МЭ–эффекта α порядка 0.1 Гс•см/В 4.2. Методом двукратной высокоскоростной фотографии было проведено исследование влияния импульса накачки на динамическую доменную границу в пленках ферритов-гранатов и аморфных сплавах гадолиний-железо-кобальт. Методом накачки –зондирования проведено исследование особенностей динамического перемагничивания пленки феррита-граната, находящейся в градиентном магнитном поле. В рамках проведения этих исследований было продолжено сотрудничество с Университетом им. Радбоуда г. Неймеген (Нидерланды). В настоящее время исследование динамических характеристик магнитных материалов – это одна из важнейших задач как прикладной, так и фундаментальной науки. Разрабатывается принципиально новая методика исследования динамических процессов в магнетиках, объединяющая метод накачки-зондирования с методом двукратной высокоскоростной фотографии. Известно, что в современных жестких дисках время записи единицы информации составляет порядка 1 нс, первые эксперименты, проведенные по новой методике, показали, что это время может быть сокращено примерно на порядок. 4.3. Установлено влияние толщины феррит-гранатовых пленок с перпендикулярной анизотропией на изменение доменной структуры и ширины доменов, индуцируемых слабой адсорбцией молекул, имеющих существенно различающиеся размеры. В металлических ферромагнетиках, монокристаллах железа и аморфном ферромагнетике на основе железа, ранее наблюдалось влияние слабой адсорбции, протекающей по механизму образования водородных связей, на частоту релаксации доменных границ. Представляет интерес исследование слабой адсорбции на магнитные свойства ферродиэлектриков. Проведено исследование влияния адсорбции воды и метанола, протекающей по указанному механизму, на частоту релаксации доменных границ в диэлектрическом магнетике – слабоферромагнитном борате железа (FeBO3). В пределах чувствительности имеющейся аппаратуры эффект влияния слабой адсорбции на частоту релаксации доменных границ в борате железа зарегистрировать не удалось. 4.4. Продолжены исследования магнитных свойств минеральных горизонтов таежных почв на северной границе распространения лесов. Выявлена связь магнитных свойств почв с уровнем и продолжительностью техногенной нагрузки; идентифицированы основные фазы, определяющие магнитные свойства почв. 4.5. Исследован процесс сорбции магнитных наноалмазов на биологические частицы. Показана аккумуляция наноалмазов с клетками в неоднородном магнитном поле. Проведены измерения частот колебаний беспозвоночных методом спектроскопии флуктуаций интенсивности рассеянного света. Исследована конденсация хроматина в супрамолекулярные структуры в неоднородном магнитном поле. 4.6. Для реальных экспериментальных условий численно рассчитана сверхбыстрая модификация диаграммы рассеяния димера из двух ми-резонансных наноцилиндров арсенида галлия, показано, что, при возбуждении в них магнитных квадрупольных резонансов, направление рассеяния может меняться на 7 градусов в течение 10 пс. Результаты являются новыми и соответствуют международному уровню в области проводимых исследований, что подтверждается устным докладом на международной конференции METANANO и подготовкой публикации для засылки в рецензируемый журнал. 4.7. Обнаружено усиление генерации третьей оптической гармоники более чем на 4 порядка при возбуждении таммовских блоховских поверхностных волн на длинах волн излучения накачки и третьей гармоники в одномерных фотонных кристаллах. Разработан метод детектирования блоховских поверхностных волн в схеме «накачка-зонд» с использованием фемтосекундных лазерных импульсов с шириной спектра более 30 нм. Результаты являются новыми и соответствуют международному уровню в области проводимых исследований, что подтверждается публикацией в рецензируемом журнале Phys. Rev. B (IF = 3.836) и устным докладом на международной конференции SPIE Photonics Europe (Страсбург, Франция). 4.8.Получены образцы материалов, выращенных аддитивным методом селективного лазерного плавления и исследованы их прочностных свойств и структурных особенностей. 4.9. Проведено исследование магнитных, магнитомеханических и магнитоэлектрических свойств магнитореологических материалов и мультиферроидных эластомеров в зависимости от типа наполнителя и от внешних воздействий на различных частотах, в различных температурных диапазонах. Впервые обнаружен обратный магнитодеформационный эффект в новых типах магнитореологических материалов на основе пористой силиконовой структуры с наполнение в виде магнитного эластомера. Предложены механизмы формирования физических свойств магнитных эластомеров на основе наночастиц кобальтовых и бариевых ферритов. Обнаружено магнитоэлектрическое преобразование в мультиферроидных эластомерах на основе магнитномягкого наполнителя с добавлением сегнетоэлектрической компоненты. На основе оценки энергий электрического и магнитного диполь-дипольных взаимодействий показана возможность наблюдения эффекта при равных концентрациях сегнетоэлектрических и ферромагнитных частиц в полимерной матрице. 4.10. Еще одним из приоритетных направлений является исследований статических и динамических свойств аморфных и нанокристаллических сплавов различной размерности в широком температурном диапазоне. Обнаружена немонотонная зависимость магнитоимпеданса при фиксированной частоте от толщины ферромагнитной жилы провода состава Fe-Co-Ni-B-Si. Скручивание проводника оказывает значительно большее влияние на эффект магнитоимпеданса для проводников с жилой большего диаметра. При этом частота максимума эффекта также смещается с увеличением толщины жилы микропровода.
9 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Фундаментальные проблемы физики магнитных наносистем
Результаты этапа: 1. Впервые были установлены особенности магнитных свойств и магнитополевого поведения низкоразмерных тонкопленочных систем Fe / полидифениленфталид (PDP) /Fe и Co/Gd/Co систем. Впервые с помощью магнитооптического метода в двухслойной композитной структуре FeSiBNbCu/Pb(Zr,Ti)O3 обнаружен обратный магнитоэлектрический эффект. 2. Исследованы магнитные свойства аморфных Co69Fe4Cr4Si12B11 микропроводов, полученных с помощью модернизированного метода Улитовского-Тайлора, с диаметром магнитной жилы вплоть до 300 мкм. Обнаружено сильное влияние закручивающих напряжений на магнитные характеристики изучаемых образцов. Экспериментально проанализирована возможность их использования в практических приложениях. 3. Методом двукратной высокоскоростной фотографии исследована динамика доменных границ в аморфных сплавах гадолиний-железо-кобальт. Экспериментально показано, что зависимость скорости движения доменной границы в GdFeCo от величины внешнего магнитного поля является возрастающей с начальным линейным участком и последующим насыщением на уровне 1 км/с. Воздействие импульса накачки на динамическую доменную границу не оказывает влияния на ее динамику. 4. Были продолжены исследования магнитных свойств лесных почв Кольского полуострова. Трансформация почв под воздействием загрязнения приводит к возрастанию ферромагнитных свойств по мере приближения к источнику загрязнения. Установлено, что магнитные свойства почв подвержены сильной естественной пространственной изменчивости. Выявлен не менее чем двухфазный характер кривых намагничивания. Показано, что характер перемагничивания второй (т.е. вносящей меньший вклад в суммарную намагниченность) фазы может качественно отличаться от характера перемагничивания первой, основной фазы. 5. Проводились исследования биологических объектов в неоднородном магнитном поле. Получены частотные и амплитудные характеристики биения ресничек беспозвоночных, содержащих ферритин, в неоднородном магнитном поле. 6. Проведены исследования влияния слабой адсорбции на частоту релаксации доменных границ бората железа. Разработан высокочувствительный прибор для измерения слабых магнитооптических эффектов в отраженном свете. Основную роль в реализации высокой чувствительности прибора играет фазовый детектор, эффективность которого определяется его динамическим диапазоном, составляющем более трех порядков. 7. Изучен обратный магнитодеформационный эффект в магнитных эластомерах, предложены механизмы для его описания, связанные с изменением распределения частиц в полимере и изменением распределением магнитных полей. Обнаружено квазистатическое магнитоэлектрическое преобразование в слоистых структурах на основе пьезоэлектрической полимерной пленки и магнитных эластомеров. 8. Проведен численный расчет импедансных характеристик аморфных микропроводов с параметрами, соответствующими экспериментальным данным. Полученные результаты свидетельствуют о значительном отклонении значения циркулярной магнитной проницаемости от полной магнитной проницаемости, определяемой с помощью магнитометрических измерений. Такое несоответствие подтверждает неоднородность распределения магнитной проницаемости по сечению микропровода. 9. В работе проведено детальное наблюдение эволюции, происходящей одновременно в магнитной, электронной и структурной подсистемах сплавов La(Fe,Si)13, когда материал претерпевает метамагнитный переход первого порядка. Была установлена корреляция между изменениями, происходящими при намагничивании, магнитострикции и полученном магнитокалорическом эффекте.
10 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. Фундаментальные проблемы физики магнитных наносистем
Результаты этапа: Мультиферроидные материалы являются перспективными для создания различных электронных и спинтронных устройств, в частности, устройств памяти, детекторов постоянных и переменных полей и т.д. Одним из самых распространенных однофазных мультиферроиков является феррит висмута. Ранее было показано, что допирование феррита висмута d-металлами улучшает его магнитные и сегнетоэлектрические свойства, термическую стабильность. Исследования, проведенные в рамках сотрудничества кафедры магнетизма с Воронежским Государственным Университетом, продемонстрировали, что допирование феррита висмута ионами кобальта приводит к значительному увеличению намагниченности и магнитной восприимчивости в сравнении с недопированным BiFeO3. Искажения исходной матрицы (BiFeO3), обусловленные ионным размерным фактором, вызывают изменения углов и длин связей Fe—O—Fe, следовательно, и силы обменного взаимодействия. Допирование феррита висмута ионами кобальта также приводит к возникновению конфигураций Fe—Co—Fe и Fe—O—Co—Fe, имеющих тенденцию к ферромагнитному упорядочению. Возможным механизмом увеличения намагниченности является повышение значения константы спин­орбитального взаимодействия для атомов кобальта, что приводит к увеличению скоса магнитных подрешеток в антиферромагнетике. Для практического применения наиболее перспективными являются композиционные материалы, в которых реализовано объемное сочетание сегнетоактивных и магнитных материалов. Была показана возможность создания частиц YFeO3–CaZr(Ti)O3 со структурой ферромагнитное ядро - сегнетоэлектрическая оболочка. Было также обнаружено увеличение анизотропии частиц в связи с появлением механических напряжений, создаваемых оболочкой. В сотрудничестве с Тверским Государственным Университетом были обнаружены мультиферроидные свойства композитного материала на основе керамики ниобата натрия–калия и феррита бария. Легированные манганиты лантана La1‒xАxMnO3+δ стехиометрического и нестехиометрического составов представляют большой интерес как с научной, так и с прикладной точки зрения. При этом, мало внимания уделено слабому легированию соединений. Результаты измерений магнитных свойств манганитов лантана, слабо легированных кальцием (La1‒xАxMnO3+δ, x = 0.05, 0.1, 0.2), свидетельствуют о наличии суперпарамагнитного поведения магнитных кластеров во всех образцах, которое подтверждает мессбауэровские исследования. Для образцов стехиометрического состава наблюдается фазовое расслоение и конкуренция антиферромагнитно (PnmaII и PnmaII*) и ферромагнитно (PnmaI) упорядоченных фаз. Ферромагнитные наночастицы также представляют большой практический интерес во многих областях, включающих запись информации с высокой плотностью и медицинские приложения. В сотрудничестве с НИУ МИСиС было показано, что кавитационный метод изготовления позволяет получить наночастицы со строго регулярной кристаллической структурой, в результате чего намагниченность насыщения таких порошков может достигать значений, характерных для объемных образцов. Использование различных жидкостей-носителей в процессе изготовления позволяет регулировать размер получаемых частиц. При этом, коэрцитивная сила получаемых материалов мала, а поля насыщения превышают 6.5 кЭ. Данные результаты позволяют предположить, что в отсутствие магнитного поля частицы переходят в состояние с закрученным распределением намагниченности – вихревое или “curling”. Для биомедицинских же приложений, в частности для целевой доставки лекарств, важна не только биосовместимость материалов, но также и обеспечение эффективности их использования. Создание покрытий наночастиц обеспечивает стабилизацию водного раствора частиц и предотвращает их агрегацию. Становится возможна локализация вводимого лекарственного препарата, что позволяет уменьшить дозировки и увеличить эффективность лечения. С этой целью исследуются частицы железа и оксидов железа с водорастворимыми альгинатными или NIPAM покрытиями. Исследования разбавленных магнитных полупроводников на основе допированного галлием оксида цинка продемонстрировали, что в многослойной структуре GZO/Co наблюдается ступенчатое поведение намагниченности, связанное с последовательным перемагничиванием слоев кобальта. Отожженный же образец не проявляет ферромагнитного отклика, что, наиболее вероятно, связано с подавлением формирования кластеров кобальта в структуре. В последнее время также усиливается интерес к ортоферритам, в частности в области спинтроники, благодаря возможности спиновой переориентации и, как следствие, возможности уменьшения времени записи информации до наносекунд. Было показано, что для ортоферрита туллия наблюдается переход слабый ферромагнетик – антиферромагнетик в диапазоне температур 65 - 85 К. Также были проведены исследования магнитных свойств интерметаллических соединений (Сe0.65Pr0.35)2Co7. Системы R2Co7 длительное время приковывали интерес в качестве материалов для постоянных магнитов. Ранее было получено, что добавление празеодима не только увеличивает намагниченность насыщения и коэрцитивную силу, но также увеличивает температуру Кюри таких сплавов. Исследования свойств сплавов вблизи фазового перехода позволят создать теоретический базис для описания взаимодействий в тернарных сплавах на основе редкоземельных металлов. Большую роль как с практической так и с фундаментальной точек зрения имеют исследования магнитномягких кристаллических сплавов, а также аморфных магнитных материалов. В частности, большой интерес представляет эквиатомный сплав FeCo. Тем не менее, хрупкость этого материала ограничивает возможности его практических применений. Для решения данной проблемы в состав сплава добавляется ванадий, в результате чего ухудшаются ферромагнитные свойства материала из-за формирования дополнительной парамагнитной фазы. Деформации под высоким давлением провоцирует переход парамагнитной гамма-фазы в альфа-фазу, что позволяет подавить парамагнитный вклад в магнитные свойства сплава. Большое внимание уделяется также аморфным сплавом. Экспериментально были проверены положения теории Бирюкова, описывающей аморфные сплавы. Было показано, что константы электростатического и магнитного взаимодействий в этом классе материалов независимы при температурах ниже температуры кристаллизации. Было также показано, что аморфные материалы могут рассматриваться в магнонной модели аналогично фононной теории в кристаллических ферромагнетиках. Исследования свойств аморфных микропроводов продемонстрировали возможность управления подвижностью доменных границ с помощью термического воздействия. Конкуренция процессов релаксации механических напряжений и изменения величины магнитострикции, приводящие к изменению подвижности доменной границы, приводят к немонотонности зависимости скорости и подвижности доменной границы от температуры и длительности термической обработки. Использование аморфных микропроводов в качестве наполнителя магнитополимерных композитов позволяет получить высокоанизотропный материал с большой намагниченностью насыщения даже при малых коэффициентах заполнения. Такие композиты представляют большой интерес для экранирования электромагнитного поля, например, в аэрокосмической отрасли. Ранее были опубликованы работы, в которых авторы опробовали метод реакционных тиглей путем исследования бинарной системы Fe-Sn. Ими была обнаружена проблема «пропавших фаз». Она связана с отсутствием фазы Fe5Sn3 в диффузионной зоне реактивного тигля, хотя она существует в равновесной фазовой диаграмме при 800 °C и образуется в сплавах полученных обычным плавлением. Эта проблема объясняется кинетикой процесса формирования новой фазы и взаимодействием между равновесными фазами в диффузионной зоне. Для решения вышеупомянутой проблемы в нашей работе мы исследовали влияние электрического тока высокой плотности на метод реакционного тигля. Ожидалось, что электрический ток повлияет на процесс зародышеобразования в диффузионной зоне и ускорит процесс диффузии. Исследования показали, что в реакционном тигле Fe-Sn, отожженном при 800 °C в течение 3 часов при постоянном электрическом токе с плотностью 50 А/мм2, направление тока сильно влияет на процесс фазообразование. В частности, когда направление тока обратно направлению реакции растворения Fe→Sn, было обнаружено отсутствие граничной фазы Fe3Sn. Следует отметить, что применение электрического тока приводит к увеличению скорости диффузии в несколько раз. Это позволит сократить время, необходимое для проведения комбинаторного анализа с помощью метода реактивного тигля. В образце отожженном при температуре 800 °С в присутствии переменного электрического тока методами рентгеновской дифракции и просвечивающей электронной микроскопии была обнаружена метастабильная фаза со стехиометрическим составом Fe3Sn2 и кубической кристаллической решеткой. Исследования обратной решетки показали наличие двух осей зоны, одна из которых соответствует поворотной оси 3 (6) порядка, вторая соответствует оси 4 порядка. Такая комбинация осей может соответствовать кубической сингонии, структурный тип B2. Cостав La0.75Sr0.25MnO3 был выбран в качестве оптимального с точки зрения максимизации значения удельной мощности поглощения (SAR). Были получены суперпарамагнитные наночастицы различного диаметра в диапазоне 26-106 нм, температурой блокировки 335 K и температурой Кюри 367 K. Эксперименты по нагреву частиц в переменном магнитном поле показали, что он прекращается при температуре блокировки, ниже температуры Кюри. SAR зависит от амплитуды переменного магнитного поля по степенному закону с показателем 2.4, что свидетельствует не только о механизмах релаксации Нееля и Броуна, но также и гистерезисного нагрева, что нехарактерно для суперпарамагнитных частиц. Таким образом, изученный материалы является потенциально перспективным кандидатом для использования в методе МЖГ за счет естественного механизма контроля нагрева (пороговой температуры), что важно во избежание перегрева тканей в клинической практике. Максимальный нагрев наблюдался для частиц с диаметром 38 нм. Полученные результаты показывают, что температура блокировки (в случае суперпарамагнитных частиц) может быть естественным ограничением возможного перегрева тканей в методе МЖГ. Данное обстоятельство открывает широкие возможности по созданию перспективных составов, так как температура блокировки может быть подобрана путем регулировки размера наночастиц в процессе синтеза, в отличие от температуры Кюри, которая является внутренним свойством материала, и ее тонкая настройка весьма затруднительна и существенным образом зависит от стехиометрического состава. Особенно это важно для перспективных составов с высокими значениями температуры Кюри: для них можно подобрать температуру блокировки, близкую к терапевтическому диапазону, регулируя размер синтезируемых частиц. Таким образом, обнаруженное явление существования пороговой температуры нагрева в суперпарамагнитных наночастицах важно с научной точки зрения в смысле выявления роли тех или иных механизмов нагрева в зависимости от температуры (преобладание того или иного механизма при данной температуре), а с практической – в качестве дополнительного, а в некоторых случаях, и основного механизма естественного ограничения нагрева наночастиц в методе МЖГ. Проведено исследование движения биологических микрообъектов в условиях внешних воздействий и магнитного поля. Теоретически показано, что реснички беспозвоночных колеблются в магнитном поле. Спектры Фурье колебаний биообъектов регистрировались с помощью спектроскопии флуктуаций интенсивности рассеянного света. Получены частотные и амплитудные характеристики биения ресничек беспозвоночных в неоднородном магнитном поле. Подтверждено постоянство частоты биения ресничек беспозвоночных, при нормальных условиях особи генерировали одну и ту же частотную полосу, которая сдвигалась и расщеплялась при изменении температуры и в неоднородном магнитном поле. Ранее проведенные исследования оптического перемагничивания пленок феррита-граната показали, что причиной перемагничивания в этих материалах является тепловое воздействие импульса накачки, которое локально резко уменьшает анизотропию, вызывая прецессию намагниченности вокруг нового направления эффективного поля. С помощью метода двукратной фотографии было показано, что однородное нагревание приводит к увеличению подвижности доменной границы. Была предложена модель, основывающаяся на том, что локальный нагрев приводит к ускорению динамической доменной границы. Однако в эксперименте наблюдали обратную картину – локальный нагрев приводил к торможению границы или не оказывал никакого влияния на ее динамику. Наблюдаемый результат зависел от скорости границы и мощности импульса накачки. Поскольку структуры статической и динамической доменной границы феррита-граната различны, такой результат воздействия импульса накачки на динамическую границу был связан с локальным изменением ее внутренней структуры, что приводило к формированию магнитных вихрей. Известно, что возникновение таких вихрей внутри динамической доменной границы приводит к ее торможению. Предложена новая модель, в основе которой лежит баланс сил, управляющих движением магнитных вихрей внутри динамической доменной границы, которая качественно описывает результаты эксперимента. Измерения показали, что для наблюдения магнитооптических эффектов, обусловленных составляющей намагниченности, нормальной к базисной плоскости слабого ферромагнетика бората железа (FeBO3), чувствительности имеющейся в лаборатории аппаратуры оказалось недостаточно. Теория Дзялошинского предсказывает существование слабого ферромагнитного момента параллельного оси третьего порядка и нормальной к базисной плоскости в борате железа. До настоящего времени магнитооптические эффекты, обусловленные указанной компонентой намагниченности, никем не наблюдались. С учетом сказанного был разработан высокочувствительный прибор для измерения слабых магнитооптических эффектов в отраженном и проходящем свете [1]. Прибор сконструирован с использованием отечественной элементной базы и состоит из двух основных узлов: селективного усилителя и фазового детектора, настройка которых осуществляется независимо. Основную роль в реализации высокой чувствительности прибора играет фазовый детектор, эффективность которого определятся его динамическим диапазоном, составляющим более трех порядков, что превосходит динамический диапазон доступных в продаже аналогов. Динамический диапазон прибора– это отношение величины шума к величине минимального полезного сигнала, который может быть измерен прибором. Основным узлом фазового детектора является микросхема 525ПС2А, используемая в качестве аналогового перемножителя. Высокая стабильность и низкие собственные шумы микросхемы 525ПС2А позволяют получить большой динамический диапазон перемножения, составляющий более трех порядков.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".

Прикрепленные файлы

№ Имя Описание Имя файла Размер Добавлен
1. Аннотационный отчет за 2015 год 2015_magn_1_otchet_vedy_perov.doc 44,0 КБ 8 декабря 2015 [perov]
4. Аннотационный отчет Annotatsionnyij_otchet_vedy-perov_2020_v1.doc 84,0 КБ 19 декабря 2020 [perov]