Новый способ получения однофазных гексаферритов

Получение гексагональных ферритов – основное направление работы международной лаборатории магнитных оксидных материалов ЮУрГУ. Здесь несколько лет изучают, как замещение ионов железа ионами других химических элементов отражается на свойствах гексаферритов. Эти материалы сегодня успешно применяются, особенно активно их используют в СВЧ-электронике для защиты от микроволнового излучения. Также материалы на основе оксида железа, гексаферриты, находят применение в качестве постоянных магнитов.

Для ученых гексаферриты интересны тем, что на их примере можно изучать природу обменных взаимодействий ионов железа в разных энергетических состояниях. Специалисты меняют электрические и магнитные характеристики гексаферритов, чтобы на глубинном уровне разобраться в природе магнитного упорядочивания и особенностях взаимодействия с электромагнитным полем. Делается это через замену ионов железа. Обычно их замещают изовалентными катионами, то есть катионами с одинаковыми зарядами. Но ученые из ЮУрГУ в своем исследовании решили прибегнуть к редкому гетеровалентному замещению. Причем использовали не два иона-заместителя 2+ и 4+, как уже делали коллеги, а синтезировали гексаферриты бария с гетеровалентным замещением ионом титана 4+. Это должно было вызвать переход части ионов железа в метастабильное состояние 2+, которое нехарактерно для гексаферрита.

– У нас теперь есть доказательства, что получение однофазных материалов с гетеровалентным замещением титаном возможно. При анализе магнитной структуры и зарядового упорядочения установлено, что добиться четкого зарядового состояния для ионов железа 2+ при комнатной температуре – задача невыполнимая. Энергетическое состояние системы как бы «маскирует» зарядовое состояние железа, не выявляя степени окисления 2+. А вот при понижении температуры становится возможным четко определить, в каком анионном окружении иону железа при замещении титаном 4+ энергетически «выгодно» перейти в 2+, а в каком – остаться в степени окисления 3+. Совокупность данных дифракции нейтронов и зарядового упорядочения позволит объяснить модель природы магнитного и электрического упорядочения ионов железа при гетеровалентном замещении, – пояснил руководитель лаборатории магнитных оксидных материалов со стороны ЮУрГУ, профессор, доктор химических наук Денис Винник.

Интерес международного научного сообщества

Исследование проводилось в широкой международной кооперации с представителями Национальной академии наук Беларуси (Минск), Объединенного института ядерных исследований (Дубна) и Санкт-Петербургского государственного университета. Участие в изучении влияния ионов титана на гексаферриты бария при гетеровалентном замещении принимали также ученые из Финляндии и Чехии. Уникальные результаты получены в рамках совместного проекта Российского фонда фундаментальных исследований с Белорусским фондом. Денис Винник считает, что данные носят фундаментальный характер и требуют дальнейших изысканий.

– Судя по первым итогам, есть надежда на развитие данного направления. Запланированы серьезные эксперименты – прежде всего, по дифракции нейтронов и мессбауэровские исследования в широком диапазоне температур, вплоть до температуры кипения жидкого гелия. Это позволит объединить и проанализировать полученные результаты, – говорит Денис Александрович.

Результаты, полученные учеными ЮУрГУ и их коллегами, могут найти применение в материаловедении – например, в разработке функциональных материалов для радиоэлектроники.