Фундаментальные проблемы создания новых магнитных материалов на основе многокомпонентных сплавов и соединений переходных металлов в различных структурных состояниях. Шифр «Магнит»

Цели исследования − разработка магнитных материалов для устройств преобразования энергии, обладающих высокими эксплуатационными характеристиками; установление механизмов формирования основного магнитного состояния и магнитных фазовых переходов в интерметаллических соединениях и сплавах на основе переходных металлов; определение взаимосвязи ближнего и дальнего порядка и функциональных свойств сплавов на основе железа; микромагнитное моделирование пиннинга и динамики магнитных структур в тонких магнитных пленках; оптимизация свойств магнитных нанопорошков для их применения в биосенсорике; развитие метода ЯМР-релаксометрии с использованием наночастиц для анализа движения флюида в пористой среде. В 2024 году разработаны новые подходы и предложены новые составы для редкоземельных постоянных магнитов. Установлены корреляции между гранулометрическим составом порошков Nd–Fe–B после виброизмельчения в течение различного времени с добавкой поверхностно-активных веществ (ПАВ), микроструктурой спеченных магнитов и их магнитными гистерезисными свойствами. Применение комбинированных ПАВ позволило повысить максимальное энергетическое произведение порошка Sm2Fe17N3 до 23.6 МГЭ и его коррозионную стойкость. Определен диапазон составов сплавов Sm-Co-Fe-Cu-Zr, наиболее подходящих для высокотемпературных постоянных магнитов с рабочей температурой до 550 °С. Методом ленточного литья с низкими скоростями закалки получен сплав (Sm,Zr)(Fe,Co)10.3Ti0.7, который сохраняет сильно магнитноанизотропную фазу при измельчении до частиц с размером 5.8 мкм и имеет максимальную намагниченность, поэтому его можно использовать для жидкофазного спекания постоянных магнитов с легкоплавкой добавкой. Обнаружено, что эквиатомный сплав GdRuSi обладает высокими значениями магнитокалорического эффекта, 10.7 Дж/кгК при изменении магнитного поля 0–50 кЭ, в области температуры сжижения азота 77.4 К, благодаря чему соединение может быть полезно на практике. Синтезированы новые интерметаллиды GdFe1-xCrxSi, GdFe1-xVxSi, и GdFe1-xNixSi, с тетрагональным структурным типом CeFeSi и обнаружено резкое возрастание температуры магнитного упорядочения при замещении железа хромом и ванадием. В нестехиометрических соединениях ErFe2Mnx обнаружено, что легирование марганцем приводит к значительному увеличению (до 39%) анизотропной магнитострикции при 77 К в магнитном поле 18 кЭ при снижении магнитокристаллической анизотропии. В сплавах на основе железа Fe100-xNix (x < 20) обнаружено, что структура закаленных образцов представляет собой систему ОЦК-областей различного содержания, образующуюся в результате мартенситного превращения. Разработаны магнитострикционные составы на основе FeGa для высокочастотных приложений. Предложен и реализован новый подход улучшения кристаллографической текстуры в листах магнитострикционного сплава Fe-Ga. В сплавах Fe-Al обнаружено существование химического порядка в расположении атомов. Показано изменение динамического магнитного гистерезиса в зависимости от частоты магнитного поля в электротехнической стали Fe-3%Si. Показано, что воздействие ультразвуковыми колебаниями на поверхность листов электротехнической стали приводит к снижению полных магнитных потерь на (10–15) %. Изучено влияние замещения железа марганцем в классическом Файнмете на его магнитные свойства и структуру после нанокристаллизующего отжига в присутствии растягивающих напряжений. Обнаружено, что такой отжиг приводит к наведению поперечной магнитной анизотропии, а константа наведенной магнитной анизотропии уменьшается в 4 раза. Показано, что легирование хромом сплава FeRh позволяет эффективно управлять магнитотепловыми свойствами сплава. Установлено, что соединения TaS2–ySey, интеркалированные атомами Fe, проявляют ферромагнитное поведение и обладают гигантской коэрцитивной силой (до 60 кЭ) при низких температурах. Обнаружено, что ионы железа в матрице TiO2 образуют димеры или кластеры с отрицательным обменным взаимодействием. Получены новые магнитные нанокомпозитные материалы на основе наночастиц FexCo1-x@C, Fe3O4, γ-Fe2O3, которые могут быть использованы при разработке материалов для доставки лекарств с контролируемым высвобождением. Синтезирован ряд органических веществ для их использования в различных биомедицинских приложениях. Показано, что движение жидкости, содержащей магнитные наночастицы, через пористую среду приводит к уменьшению времени релаксации T2, что позволяет повысить чувствительность метода ЯМР при фиксации скорости жидкости и определении проницаемости пористых образцов. Результаты исследований изложены в 38 статьях, опубликованных в 2023 году.