Влияние двойного катионного замещения на диэлектрические свойства монокристаллов гексаферрита бария Ba(1-x)Pb(x)Fe(12-y)Al(y)O(19) (1й этап)

Благодаря своим выдающимся диэлектрическим и магнитным свойствам гексаферриты привлекают все большее внимание при разработке электронных компонентов систем связи следующего поколения. Сложная кристаллическая структура гексаферритов и критические зависимости их электрических и магнитных свойств от внешних факторов, таких как магнитные / электрические поля, давление и легирование, открывают широкие возможности для целенаправленной настройки этих свойств при разработке конкретных устройств. В рамках работ по Проекту были исследованы электромагнитные свойства замещенного свинцом гексаферрита бария, Ba1-xPbxFe12O19, соединения, обладающего чрезвычайно богатым набором физических явлений, присущих диэлектрической и магнитной подсистемам и способных существенно влиять на его электромагнитный отклик на терагерцовых частотах. Нами проведены первые детальные измерения температурно-зависимого (5–300 K) диэлектрического отклика монокристаллического Ba1−xPbxFe12O19 в чрезвычайно широком спектральном диапазоне 1 Гц – 240 ТГц. Были полностью проанализировали многочисленные явления с соответствующим широким распределением удельных энергий, которые могут повлиять на терагерцовые свойства материала. Наиболее важным фундаментальным открытием является обнаружение терагерцового возбуждения, подобного сегнетоэлектрику, с необычным температурным поведением его частоты и силы. Были предложены микроскопические модели, объясняющие происхождение возбуждения и его нестандартную температурную эволюцию. Несколько более узких терагерцовых возбуждений связаны с электронными переходами между компонентами тонкой структуры основного состояния Fe2 +. Полученные данные о разнообразных электромагнитных свойствах соединений Ba1−xPbxFe12O19 дают информацию, делающую весь класс гексаферритов привлекательным для изготовления электронных устройств терагерцового диапазона. Кроме того проведено детальное исследование терагерцового и инфракрасного диэлектрического отклика типичного представителя семейства гексаферритов, свинцово-замещенного гексаферрита бария M-типа, легированного алюминием, Ba0.2Pb0.8AlxFe12-xO19, x (Al) = 0,0, 3,0, и 3.3. Были изучены уникальные крупные и качественные монокристаллы. Систематические и детальные исследования зависимостей терагерцовых (частоты 8-8000 см-1) спектров комплексной диэлектрической проницаемости от температуры 4-300 К и химического состава x(Al) = 0,0, 1,2, 3,0. , 3.3, выполнены для поляризаций E-вектора электрического поля зондирующего излучения, нормально и параллельно кристаллографической оси c. Обнаружен ряд полос резонансного поглощения в инфракрасном диапазоне терагерцовых частот, которые отнесены к полярным фононам и переходам между энергетическими уровнями тонкоструктурированного основного состояния ионов Fe2+ (5E). В отличие от нелегированного BaFe12O19, смягчения низкочастотного фонона A2u не наблюдается, что свидетельствует о подавлении фазового перехода смещения в замещенных соединениях. Основываясь на диэлектрических данных и детальных рентгеновских экспериментах, мы обнаружили, что для всех концентраций ионов Al3+, x(Al) = 0,0, 1,2, 3,0 и 3,3, они в основном занимают позиции октаэдрических позиций 2a и 12k и что степень замещение железа в тетраэдрических позициях несущественно. Полученные данные о широкополосных диэлектрических свойствах кристаллов Ba0,2Pb0,8AlxFe12-xO19 наряду с фундаментальными данными дают информацию, которая может быть использована при разработке и производстве электронных устройств с рабочими частотами, лежащими в терагерцовом спектральном диапазоне.