Простой и нежелезный. Ученые создали новый магнит

Новый магнитный материал для жестких дисков и электроники на основе бария, железа и марганца предложили специалисты ЮУрГУ в составе научного коллектива. Промышленное производство материала возможно за небольшое количество технологических стадий, а регулирование магнитных и электрических свойств можно осуществлять с помощью механического воздействия. Результаты исследования представлены в Results in Chemistry.

Создание электронного устройства — многостадийный процесс как с технологической, так и с химической точки зрения. Добавление каждого следующего химического элемента или компонента прибора происходит в десятки и сотни этапов, что не только усложняет производство, но и повышает конечную стоимость продукта, объяснили в Южно-Уральском государственном университете (ЮУрГУ).

В эпоху распространения личных ноутбуков и компьютеров, смартфонов, автомобилей с множеством магнитных датчиков необходимо большое количество материалов, которые под механическим или электрическим воздействием изменяют магнитные свойства, рассказала старший научный сотрудник Лаборатории роста кристаллов ЮУрГУ Светлана Гудкова.

Такие материалы создаются из ферритов — оксидов железа и других оксидов металлов, которые способны создать кристаллическую решетку с многократным отличием по длине одной из сторон по отношению к двум другим. Такие условно "длинные" решетки содержат много атомов, что и дает возможность варьировать состав, а как следствие и свойства без разрушения исходной матрицы.

Специалисты Южно-Уральского государственного университета совместно с коллегами из МФТИ, СПбГУ и Курчатовского института создали магнитный материал на основе феррита бария с частичной заменой железа на марганец для изменения магнитных свойств.

Также они обнаружили, что внедрение марганца в феррит может менять и электрические свойства вещества.

Электронные оболочки ионов марганца и железа схожи, эти элементы "соседи" в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева, добавили в вузе. Кроме того, и тот, и другой металлы могут существовать в разных степенях окисления и передавать друг другу электрон, тем самым меняя магнитные свойства материала.

"В зависимости от того, сколько атомов марганца встроится в структуру феррита бария, проводимость и способность магнититься у материала будет разная. Когда посредством электрического воздействия можно управлять магнитными свойствами материала и наоборот, такие материалы называют мультиферроиками. Наш материал отличный кандидат на роль нового мультиферроика", — объяснила специалист.

Получить мультиферроики с разными характеристиками для разных применений можно замещением атомов железа другими атомами из таблицы Менделеева. Это как в блюдо вместо сахара можно положить фруктозу, и вкус блюда практически не изменится, а влияние на организм будет значимым.

Заменять можно не только железо, но и другие атомы, в том числе барий. Его замена приведет к большему изменению проводимости, добавила специалист.

Способность ионов марганца замещать разные металлы в составе ферритов может помочь в исследовании особенностей таких материалов. За "магнитность" таких кристаллов отвечают 24 иона железа, которые расположены в пяти разных по кислородному окружению позициях. Некоторые ионы железа окружены как бы в центре пирамиды других атомов, остальные заключены между двумя пирамидами с разным количеством граней, пояснила Гудкова.

"Добавляя меньше или больше марганца, исследуя структуру замещенного феррита, мы сможем больше узнать о том, какие частицы железа или ионов щелочноземельного металла критичны для его магнитных и электрических свойств. Свои экспериментальные данные мы сравниваем с расчетными моделями, параллельно совершенствуем математический аппарат для ферритов", — добавили в вузе.

В современных исследованиях ферритов и усовершенствовании этих материалов применяется так называемое допирование, то есть внесение в "основное" вещество небольших количеств "сторонних" атомов, многие из которых принадлежат редким в земной коре элементам (индию, галлию, европию или лантану), подчеркнули в ЮУрГУ. Изменение свойств такого вещества будет зависеть не только от вносимых частиц, но и от технологии изготовления материала.

"Наш замещенный гексаферрит получен методом твердофазного синтеза — из порошков. Такая технология широко распространена, является наиболее доступной и экономически оправданной для широкого применения в промышленности", — рассказала Гудкова.

В будущем авторский коллектив планирует исследовать структуру нового материала и изучить возможности его альтернативного применения.

Источник: https://ria.ru/20251127/nauka-2057773704.html