Особенности структуры и физических свойств новых функциональных материалов (керамики и тонких пленок) мультиферроиков на основе BiFeO3 и YMnO3, перспективных для применения в микро- и наноэлектронике

Экспериментальное исследование процессов структурообразования многокомпонентных оксидных систем, обладающих сочетаниями сегнетоэлектрических, магнитных, магнитоэлектрических, сегнетоэластических и других свойств новых функциональных материалов, способных найти применение в современной технике (системы обработки и хранения информации, сенсоры, устройства нано- и микросистемной техники), в настоящее время актуально и перспективно. Такие объекты достаточно часто представляют собой перовскитоподобные соединения с общей химической формулой ABO3. Среди них выделяются химические композиции, в которых при определенных условиях одновременно проявляются различные типы упорядочений и, как следствие, уникальные сочетания свойств. К настоящему времени достигнут настолько высокий уровень интегральной электроники гражданского и военного назначения, что необходимо считаться с рядом ограничений (физических, химических, геометрических, конструкционных) при дальнейшем её развитии. Поэтому многие ведущие научные группы в области физического материаловедения занимаются поиском новых материалов, пригодных для разработки современных нано- и микроустройств, который основывается преимущественно на изготовлении объектов в различных твердотельных состояниях (т.е. изучении роли размерных эффектов) или модифицировании отдельных перспективных материалов в попытке целенаправленного улучшения проявляемых в них свойств. Целью предлагаемого исследования является изучение взаимного влияния на структуру и свойства двух классических, но разных мультиферроиков - феррита висмута (BiFeO3) и манганита иттрия (YMnO3). Объектом исследования является их твердый раствор в пропорции ~ 1:1, так как примерно в этом случае проходит так называемая морфотропная фазовая граница где наблюдаются наиболее сильные, как показали наши предварительные исследования, структурные трансформации. В широком диапазоне температур будут осуществлены исследования структуры, эффекта Мёссбауэра, диэлектрических, пьезоэлектрических, магнитных и магнитоэлектрических характеристик изготовленных объектов. Наличие в структуре данных материалов катионов переменной валентности провоцирует высокую дефектность «реальной» структуры данных материалов, что приведет несомненно к фиксированию при исследовании их диэлектрических свойств релаксационных различной природы. Поэтому наряду с классическими описаниями диэлектрических спектров будет дополнительно применена экспериментальная модель, записанная для анализа комплексной электропроводности. В цели проекта входит получение объектов исследования в виде тонких пленок, выращенных на подложках MgO и/или Si с последующим изучением возможностей их применения. В настоящий момент существуют исследования, посвященные изучению тонких пленок как отдельно феррита висмута и манганита иттрия, так и их смеси. Однако в виду сложности структурных состояний в твердых растворах (1-x)BiFeO3-xYMnO3 все они посвящены малым добавкам вторых компонентов (до 15 %). Поэтому детальное изучение структуры, физических свойств и размерных эффектов системы (1-x)BiFeO3-xYMnO3 при х = 0.4 - 0.5, в которой ожидается возникновение особых структурных состояний или морфотропных областей с экстремальными свойствами в виду смешения двух принципиально разных мультиферроиков, представляет особый интерес. Именно решению этой научной проблемы, достаточно сильно сопряженной с технологической проблемой, и будет посвящен данный проект.