Синтез и исследование наноразмерных и объемных магнитотвердых оксидов с рекордными характеристиками (3 этап заключительный)

Исследованы материалы с рекордными магнитными характеристиками, перспективные для терагерцовой электроники, спинтроники, телекоммуникаций будущих поколений. Получены керамики редкой модификации оксида железа3+ - ε -Fe2O3. Полученные образцы охарактеризованы методами рентгенофазового анализа (РФА) и полнопрофильного анализа методом Ритвельда. Исследования уширения линий и размеров кристаллитов проводились с использованием модели размерной деформации. Методами SQUID-магнитометрии измерялись петли магнитного гистерезиса; изучена магнитная восприимчивость к переменному току. Исследованы субтерагерцовые и терагерцовые электродинамические свойства (частоты 90 – 700 ГГц, температуры 5 – 300 К, нулевое внешнее магнитное поле). Рассчитаны значения констант магнитокристаллической анизотропии МКА (K_MCA^lowest и K_MCA^highest). Применены также методы просвечивающей электронной микроскопии ПЭМ в светлом поле, электронной дифракции (ED), HAADF-STEM и композиционного картирования STEM-EDX. Показано, что при комнатной температуре керамика сохраняет гигантскую коэрцитивную силу 20 кЭ и субтерагерцовое поглощение на частоте 190 ГГц, свойственное исходным наночастицам. Спекание приводит к увеличению частот естественного ферромагнитного резонанса при 200 – 300 К и увеличению коэрцитивной силы при температурах ниже 150 К. Предложено простое, но рабочее объяснение низкотемпературной динамики макроскопических магнитных параметров материалов ε-Fe2O3 путем перехода мельчайших наночастиц в суперпарамагнитное состояние. Результаты подтверждены температурной зависимостью константы магнитокристаллической анизотропии и микромагнитным моделированием. Результаты освещены в СМИ: https://zanauku.mipt.ru/2023/07/20/redkij-oksid-zheleza-speksya-v-nanokeramiku/ https://naked-science.ru/article/column/redkij-oksid-zheleza-speksya-v-nanokeramiku https://www.nkj.ru/prtnews/48417/ https://scientificrussia.ru/articles/redkij-oksid-zeleza-speksa-v-nanokeramiku Впервые разработана методика получения эпсилон-оксида железа(III) путем конверсии наночастиц гексаферрита М-типа. Подход основан на покрытии наночастиц гексаферрита оболочкой из диоксида кремния и последующей термической обработкой композита. Показано, что данная технология в будущем позволит перерабатывать наночастицы гексаферрита из уже использованных магнитных лент в наночастицы эпсилон-оксида железа(III), которые могут быть использованы в качестве магнитных сред для новых поколений магнитной записи. Исследовано влияние конверсии Co2+/Co3+ на магнитостатические и магнитодинамические характеристики феррита кобальта. На примере шести образцов Co[II]Fe(2-x)Co[III](x)O4, x=0, 0.1, 0.3, 0.5, 1, 1.5 показано, что коэрцитивная сила и намагниченность насыщения меняются с концентрацией Co3+ монотонно, в то время как магнитодинамика показывает пиковую зависимость: частота ЕФМР сначала увеличивается, достигая максимума в 0.44 ТГц при х=0.3, а затем плавно убывает, и при x>1 становится меньше, чем у незамещенного феррита кобальта Co[II]Fe[III]O4. Значение 0.44 ТГц является самой высокой частотой ЕФМР, о которой когда-либо сообщалось.