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

Магнитные материалы широко применяются в системах преобразования энергии, и их совершенствование оказывает существенное влияние на экономию электроэнергии и на выбросы СО2 в атмосферу. Преобразование электрической энергии в механическую работу осуществляется с помощью электродвигателей, а обратное преобразование – с помощью генераторов. Такие устройства имеют наивысшую эффективность при использовании современных магнитомягких и магнитотвердых материалов. Редкоземельные постоянные магниты играют ключевую роль при постепенном переходе в автомобилестроении от двигателей внутреннего сгорания к гибридным и полностью электрическим приводам. При этом требуются магнитные материалы, сохраняющие работоспособность при повышенных температурах. Более совершенные аморфные и нанокристаллические магнитные материалы востребованы в современных высокочастотных системах преобразования напряжения и тока. Улучшение и оптимизация свойств магнитотвердых и магнитомягких материалов и расширение температурного интервала их работы вносит значительный вклад в повышение энергоэффективности экономики. Наибольшее потребление электроэнергии в быту сегодня связано с работой домашних холодильников и кондиционеров. Методы магнитного охлаждения, основанные на магнитокалорическом эффекте, потенциально имеют более высокую эффективность по сравнению с традиционными компрессорными системами, но их применимость сдерживается ограниченным набором эффективных материалов для магнитотепловых устройств. В направлении создания новых магнитотвердых, магнитомягких и магнитокалорических материалов активно работают научные группы в США, Германии, Японии и других странах. Для синтеза новых магнитных материалов очень важно понимать фундаментальные проблемы формирования магнитных свойств. При формировании основного магнитного состояния при низких температурах определяющими зачастую оказываются эффекты кристаллического поля и симметрия локального атомного окружения. В массивных материалах существенную роль играет конкуренция обменных взаимодействий и магнитная анизотропия. При переходе в наноструктурированное состояние (быстрая закалка, интенсивная пластическая деформация, механоактивация) фундаментальный интерес представляет изучение межфазного обменного взаимодействия наноразмерных фаз. В нанопорошках и тонких пленках велика роль поверхностных эффектов, которые влияют на формирование магнитных структур, стабильность фазового состава, реакционные свойства порошков, что оказывает ключевое влияние на возможность их применения в биосенсорике. Изучение фундаментальных магнитных свойств как практически важных, так и модельных материалов, с использованием современных теоретических представлений и методов микромагнитного моделирования находится в русле мировых исследований магнитных материалов, и получаемые научные результаты соответствуют мировому уровню. Цель исследования: Разработка магнитных материалов для устройств преобразования энергии, обладающих высокими эксплуатационными характеристиками (редкоземельные постоянные магниты с низким температурным коэффициентом индукции и постоянные магниты для высокотемпературных приложений; упорядочивающиеся магнитотвердые сплавы на основе FePd, магнитомягкие нанокристаллические сплавы с повышенной термостабильностью; материалы с большим магнитокалорическим эффектом; высокомагнитострикционные материалы). Установление механизмов формирования основного магнитного состояния и магнитных фазовых переходов в интерметаллических соединениях на основе переходных металлов (эффекты кристаллического поля в интерметаллидах с некрамерсовскими ионами; конкуренция обменных взаимодействий и анизотропии в халькогенидах, интеркалированных атомами переходных металлов, и редкоземельных интерметаллидах со слоистой кристаллической структурой; квантовый фазовый переход в 5f-интерметаллидах). Определение взаимосвязи ближнего и дальнего порядка и функциональных свойств сплавов на основе железа (FeSi, FeAl, FeGa). Развитие методов термомагнитной обработки для улучшения свойств магнитомягких материалов. Микромагнитное моделирование пиннинга и динамики магнитных структур в тонких магнитных пленках. Оптимизация свойств магнитных нанопорошков Fe@C, Co@C, Ni@C, CuZn, CuO, Fe3O4 для их применения в биосенсорике. Биологическая и физико-химическая аттестация наночастиц. Развитие метода ЯМР-релаксометрии с использованием наночастиц для анализа движения флюида в пористой среде.