Простой и нежелезный. Ученые создали новый магнит
27.11.2025 08:00
В этом контексте ученые Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ) представили инновационный магнитный материал, созданный на основе соединений бария, железа и марганца. Этот материал обладает уникальными свойствами, которые делают его перспективным для применения в жестких дисках и различных электронных компонентах.
Процесс создания электронных устройств всегда был сложным и многоэтапным, требующим тщательного контроля как химических, так и технологических параметров. В отличие от многих существующих материалов, новый магнитный сплав от ЮУрГУ можно производить с минимальным числом технологических стадий, что значительно упрощает и удешевляет промышленное изготовление. Более того, магнитные и электрические характеристики материала можно эффективно регулировать посредством механического воздействия, что открывает дополнительные возможности для адаптации свойств под конкретные задачи.Такой подход к разработке материалов позволяет не только повысить производительность и надежность электронных устройств, но и способствует развитию новых направлений в области магнитной электроники. Результаты данного исследования были опубликованы в авторитетном научном журнале Results in Chemistry, что подтверждает значимость и новизну полученных данных. В перспективе этот материал может стать основой для создания более компактных, энергоэффективных и долговечных жестких дисков и других электронных компонентов, что важно для современной индустрии высоких технологий.Современные технологии требуют использования сложных материалов с уникальными магнитными свойствами, что значительно влияет на процесс их производства и стоимость конечных изделий. В частности, добавление каждого нового химического элемента или компонента в прибор осуществляется через десятки, а порой и сотни технологических этапов. Такой многоступенчатый процесс не только усложняет изготовление, но и существенно увеличивает цену готовой продукции, пояснили специалисты Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ).В условиях стремительного роста популярности личных ноутбуков, смартфонов и автомобилей, оснащённых многочисленными магнитными датчиками, возникает необходимость в большом количестве материалов, способных изменять свои магнитные характеристики под воздействием механических или электрических факторов. Об этом подробно рассказала старший научный сотрудник Лаборатории роста кристаллов ЮУрГУ Светлана Гудкова, подчеркнув важность таких материалов для современных электронных и автомобильных технологий.Таким образом, развитие магнитных материалов и совершенствование технологий их производства остаются ключевыми задачами для науки и промышленности. Оптимизация этих процессов позволит не только снизить себестоимость продукции, но и повысить её качество и функциональность, что крайне важно для удовлетворения растущих потребностей рынка высокотехнологичных устройств.Современные магнитные материалы играют ключевую роль в развитии технологий, от электроники до энергетики, благодаря своим уникальным свойствам и широкому спектру применения. Одним из перспективных направлений является создание материалов на основе ферритов — сложных оксидов железа и других металлов, обладающих особой кристаллической структурой. Эти ферриты формируют кристаллическую решетку, в которой одна из осей значительно отличается по длине от двух других, создавая так называемую "длинную" или анизотропную решетку. Такая структура включает большое количество атомов, что позволяет гибко изменять состав материала, подбирая различные элементы для замещения, и тем самым варьировать физические и магнитные свойства без разрушения исходной кристаллической матрицы.Недавно учёные из Южно-Уральского государственного университета в сотрудничестве с коллегами из Московского физико-технического института, Санкт-Петербургского государственного университета и Курчатовского института разработали новый магнитный материал на основе феррита бария. В их работе была проведена частичная замена ионов железа на ионы марганца, что позволило существенно изменить и улучшить магнитные характеристики материала. Такой подход открывает новые возможности для создания специализированных магнитных систем с заданными параметрами, востребованных в различных областях — от высокочувствительных датчиков до элементов памяти и преобразователей энергии.Таким образом, исследования в области ферритных магнитных материалов продолжают активно развиваться, обеспечивая фундамент для инновационных технологий будущего. Внедрение новых методов модификации кристаллической структуры и состава ферритов способствует созданию материалов с уникальными свойствами, которые могут найти применение в самых передовых сферах науки и техники.Современные исследования в области материаловедения продолжают раскрывать новые возможности для улучшения характеристик ферритов, особенно за счёт введения различных примесей. Недавно учёные обнаружили, что внедрение марганца в структуру феррита способно существенно изменять не только магнитные, но и электрические свойства данного вещества, открывая перспективы для создания более эффективных магнитных материалов и устройств.Как пояснили специалисты университета, марганец и железо имеют схожие электронные оболочки и занимают соседние позиции в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева. Эта близость обусловливает их способность существовать в нескольких степенях окисления и обмениваться электронами между собой. Такой электронный обмен влияет на магнитные характеристики феррита, позволяя тонко настраивать свойства материала в зависимости от состава.Кроме того, количество атомов марганца, интегрированных в кристаллическую решётку феррита бария, оказывает прямое влияние на его проводимость и магнитную восприимчивость. Чем больше марганца включено в структуру, тем более выраженными становятся изменения в этих свойствах, что открывает широкие возможности для применения таких материалов в электронике, магнитных сенсорах и других технологических областях. Таким образом, управление содержанием марганца в ферритах становится ключевым фактором для разработки новых функциональных материалов с заданными характеристиками.Современные материалы, способные изменять свои магнитные свойства под воздействием электрического поля и, наоборот, реагировать электрическими характеристиками на магнитное воздействие, называются мультиферроиками. Такие вещества привлекают внимание исследователей благодаря своей уникальной способности к взаимному управлению электрическими и магнитными параметрами, что открывает широкие возможности для создания новых устройств и технологий. «Наш материал является перспективным кандидатом на роль нового мультиферроика», — отметила эксперт, подчеркивая его потенциал.Для того чтобы получить мультиферроики с разнообразными свойствами, подходящими для различных сфер применения, можно заменить атомы железа в кристаллической решетке другими элементами из таблицы Менделеева. Этот процесс аналогичен кулинарному приему, когда в рецепте вместо сахара используют фруктозу: внешний вкус блюда остается почти неизменным, однако воздействие на организм становится иным и зачастую более полезным. Такой метод позволяет тонко настраивать характеристики материала, создавая оптимальные условия для конкретных технических задач.Таким образом, исследование и модификация мультиферроиков открывают новые горизонты в области материаловедения и инженерии. Благодаря возможности управлять их свойствами с помощью электрических и магнитных воздействий, эти материалы могут стать основой для инновационных сенсоров, энергоэффективных устройств и элементов памяти следующего поколения. Продолжающиеся исследования в этой области обещают значительный прогресс в создании высокотехнологичных решений для различных отраслей промышленности и науки.Современные исследования в области материаловедения показывают, что замена атомов в кристаллической решётке может значительно влиять на свойства материалов. В частности, заменять можно не только железо, но и другие атомы, такие как барий. Замена бария приводит к более заметным изменениям в проводимости ферритов, что открывает новые возможности для настройки их электрических характеристик, отметила специалист.Особое внимание уделяется способности ионов марганца замещать различные металлы в составе ферритов. Это явление играет важную роль в изучении уникальных свойств таких материалов. Магнитные свойства ферритов обусловлены 24 ионами железа, которые распределены по пяти различным позициям с разным кислородным окружением. Некоторые из этих ионов железа находятся в центре пирамидальной структуры, образованной другими атомами, в то время как остальные расположены между двумя пирамидами с разным числом граней, что влияет на их магнитное взаимодействие, пояснила Гудкова.Таким образом, понимание структуры и взаимозаменяемости ионов в ферритах позволяет не только лучше изучать их магнитные и электрические свойства, но и создавать материалы с заданными характеристиками для различных технологических применений. Это направление исследований обещает значительный прогресс в разработке новых функциональных материалов.Современные методы исследования магнитных материалов постоянно развиваются, что позволяет глубже понять взаимосвязь между их составом и физическими свойствами. В частности, изучение замещенного феррита с различным содержанием марганца открывает новые горизонты в определении роли отдельных частиц железа и ионов щелочноземельных металлов в формировании магнитных и электрических характеристик вещества. Путем варьирования концентрации марганца и тщательного анализа структуры феррита исследователи получают ценные экспериментальные данные, которые затем сопоставляют с теоретическими расчетными моделями. Одновременно с этим ведется работа по совершенствованию математических методов моделирования ферритов, что позволяет повысить точность прогнозов их свойств и оптимизировать процессы их создания, — отметили специалисты университета.Важным инструментом в развитии и улучшении ферритовых материалов является допирование — процесс введения в основную кристаллическую решетку небольших количеств примесей, часто состоящих из редких элементов, таких как индий, галлий, европий или лантан. Эти «сторонние» атомы существенно влияют на магнитные и электрические свойства ферритов, позволяя создавать материалы с заданными характеристиками, востребованными в современной электронике и магнитотехнике, подчеркнули в Южно-Уральском государственном университете (ЮУрГУ). Благодаря таким методам возможно не только улучшение существующих материалов, но и разработка новых, более эффективных ферритов для различных технических применений.Таким образом, сочетание экспериментальных исследований с теоретическим моделированием и использованием допирования открывает перспективы для создания высокотехнологичных магнитных материалов. Эти достижения не только расширяют фундаментальные знания о ферритах, но и способствуют развитию инновационных технологий в области электроники, связи и энергетики, что делает данный научный подход особенно актуальным и перспективным в современном мире.Изменение характеристик материала определяется не только составом вводимых частиц, но и выбранной технологией его производства, что играет ключевую роль в конечных свойствах изделия. В частности, наш замещённый гексаферрит был изготовлен методом твердофазного синтеза, основанного на взаимодействии порошков. Этот способ широко применяется в промышленности благодаря своей доступности и экономической эффективности, что делает его предпочтительным для массового производства, — пояснила Гудкова. Помимо этого, технология позволяет контролировать микроструктуру материала, что открывает дополнительные возможности для настройки его функциональных свойств. В дальнейшем исследовательская группа намерена глубже изучить структуру нового материала, а также выявить перспективные направления его альтернативного применения в различных отраслях, что может значительно расширить область использования данного вещества. Таким образом, комплексный подход к выбору технологии и составу материала способствует созданию инновационных решений с улучшенными характеристиками и широким спектром практического применения.Источник и фото - ria.ru
