Синтез и физические свойства новых нано- и микрогетерогенных систем функциональногоназначения

Исследованы температурные зависимости комплексной диэлектрической проницаемости ε*, тангенса угла диэлектрических потерь tgσ на различных частотах и удельной проводимости на постоянном и переменном токах для нового слоистого перовскита Bi5₅Ti₃Fe₀,₅Ni₀,₅O₁₅. Проведен анализ величин энергии активации полной электропроводности и электропроводности в объеме зерна, который показал, что полная электропроводность σac исследуемого соединения Bi5₅Ti₃Fe₀,₅Ni₀,₅O₁₅ определяется электропроводностью границ зерен. Для гетерофазной системы (1-х)BiFeO₃ - xMgFe₂O₄ получены результаты измерения вольт-амперных характеристик и электрического сопротивления в диапазоне частот 50 - 500 кГц. Измерения выполнены в режиме нагрев – охлаждение со скоростью 0,1 - 4°С/мин в диапазоне температур 50 - 300°C. Проведен анализ механизма проводимости системы (1-х)BiFeO₃ - xMgFe₂O₄ по полученным частотным зависимостям проводимости и вольт-амперным характеристикам, который показал, что электрический транспорт осуществляется посредством прыжкового механизма по локализованным состояниям в диэлектрической матрице, а также может быть обусловлен областями p - n-перехода. В системе(1-х)BiFeO₃ - xMgFe₂O₄ обнаружен позисторный эффект при температуре 260°С, не совпадающей с температурами фазовых переходов. Наблюдаемая область ПТКС может быть связана с наличием кислородных вакансий. Величина температурного коэффициента сопротивления на 7,5%/°C больше, чем у некоторых других позисторных элементов и серийно выпускаемых термисторов. В температурном интервале 20 - 250°С на частотах 25 Гц - 1 МГц изучены диэлектрические свойства композита 0,85BiFeO₃ - 0,15MgFe₂O₄, полученного по обычной керамической технологии. Обнаружена диэлектрическая релаксация, природа которой обсуждается на основе механизма взаимодействия сегнетоэлектрических доменных границ с точечными дефектами. Получены образцы двухслойной тонкопленочной структуры ZnO/ZnO - Fe с различным процентным содержанием Fe. В диапазоне 300 - 700 К исследованы температурные зависимости удельного электрического сопротивления слоев ZnO и ZnO - Fe, а также термовольтаический отклик в образцах двухслойной тонкопленочной структуры ZnO/ZnO - Fe с различным процентным содержанием Fe. Для структур с содержанием железа 5 и 10 ат. % зависимости термовольтаического эффекта от температуры монотонно возрастают в диапазоне 300 - 700 К, что связано с ростом подвижности носителей заряда. Температурная зависимость термовольтаического отклика для структуры с содержанием Fe 19 ат. % в диапазоне от 300 - 600 К имеет положительный знак и проходит через максимум при 500 К, а при T ~ 600 К изменяет свой знак на отрицательный. Анализ зависимостей, перестроенных в координатах lnU = f(1/T), показал, что температурная зависимость термовольтаического эффекта в исследуемой системе описывается законом Аррениуса с энергией активации 0,14 ± 0,01 эВ. Получены тонкие пленки нанокомпозитов [(Co₄₁Fe₃₉B₂₀)ₓ(SiO₂)₁₀₀₋ₓ] и гибридных мультислоев нанокомпозит - полупроводник {[(Co₄₁Fe₃₉B₂₀)ₓ(SiO₂)₁₀₀₋ₓ]/[С]}₅₀ при различном содержании х наноразмерных гранул ферромагнитного металла Co₄₁Fe₃₉B₂₀ в матрице SiO₂ и различной толщине углеродной прослойки h < 2 нм. Исследованы их магнитные и электрические свойства, высокочастотная магнитная проницаемость, магнитооптические спектры и спектры ФМР. Установлено, что при х < xper, где xper – порог перколяции по электрической проводимости, как однослойные нанокомпозиты, так и мультислои с прослойками являются суперпарамагнитными: отсутствует гистерезис при комнатной температуре, а температура блокировки, определенная по квазистатическим измерениям, не превышает 20 - 30 K и слабо зависит от толщины прослойки углерода. В то же время при 50 МГц при толщинах прослойки h = 1,2 - 1,8 нм действительная и мнимая части комплексной магнитной проницаемости при комнатной температуре достигают существенно более высоких значений по сравнению с нанокомпозитами без прослоек углерода, по величине более характерных для ферромагнетиков. Такая зависимость указывает на взаимодействие обменного типа между наногранулами слоев через прослойку углерода. Обсуждается влияние проводящей прослойки на статические и динамические магнитные свойства системы взаимодействующих суперпарамагнитных частиц.