Новые, не содержащие свинца, перовскиты-мультиферроики в системах твердых растворов на основе феррита висмута с добавками редкоземельного и магнитного ионов: синтез при высоком давлении и исследование физических свойств.

Мультиферроики – материалы, обладающие одновременно двумя или более параметрами порядка, например сегнетоэлектрическим и магнитным, привлекают к себе огромное внимание ввиду возможности перекрестного контроля их магнитными и электрическими свойствами, что может найти чрезвычайно широкое применение. Наиболее широко исследуется перовскит BiFeO3, в котором температуры сегнетоэлектрического и магнитного фазового перехода значительно превышают комнатную температуру. Одним из основных недостатков BiFeO3 является то, что магнитное упорядочение в нем антиферромагнитное, из-за наличия спин-модулированной структуры циклоидного типа, вследствие чего в нем возможен только квадратичный магнитоэлектрический эффект, величина которого очень мала. Для разрушения циклоиды обычно в BiFeO3 вводят LnFeO3 (Ln-La, Nd, Sm, .....). При этом возникает антиферромагнитный порядок G-типа c возможностью появления слабого ферромагнетизма в зависимости от кристаллической структуры (переходит ли сегнетоэлектрическая ромбоэдрическая фаза R3c в неполярную орторомбическую Pbnm или нет) и от направления легкой оси. В твердых растворах Bi1-хLnхFeO3 циклоида разрушается в области х=0,2 и при этих же концентрациях LnFeO3 находится морфотропная область между фазами R3с и Pbnm. Ряд первопринципных расчетов показывает возможность реализации ферро- или ферримагнитных фаз в твердых растворах BiFeO3- BiCrO3 при условии достижения высокой степени композиционного (химического) упорядочения ионов железа и хрома. Однако у полученных до настоящего времени составов этой системы (синтезировать которые в структуре перовскита можно только под высоким давлением), ни упорядочения ионов железа и хрома, ни ярко выраженных ферро- или ферримагнитных свойств не наблюдалось. Как показали наши недавние исследования, проведенные в рамках совместных российско-белорусских грантов РФФИ № 20-52-00045 и 18-52-00029, для пары Fe-Cr причина этого несоответствия теории и эксперимента может заключаться в особенности взаимодействия двух магнитных ионов, заключающейся в локальном упорядочении (кластеризации) ионов, что приводит к образованию нанообластей, обогащенных магнитными ионами одного сорта. Это взаимодействие максимально, при соотношении концентраций магнитных ионов близком к 1:1. Целью проекта является проверка этой гипотезы путем исследования большого числа составов, в том числе содержащих пары магнитных ионов Fe-Mn и Fe-Co и составов как из R3c, так и из Pbnm областей, а также систем, содержащих в В-подрешетке не только два магнитных, но и один немагнитный ион, в частности, Bi1-xAxFe1-yzМzInyO3 (A-Ba, Ca, Nd; M-Cr,Mn,Co). Полученные данные будут использованы для описания магнитных и электрических фазовых состояний и фазовых переходов в твердых растворах мультиферроиков. Основываясь на результатах исследования фазовых диаграмм методами рентгеноструктурного анализа, мессбауэровской и диэлектрической спектроскопии, а также теоретических исследований с использованием феноменологического рассмотрения и методов Монте-Карло и теории функционала плотности, будут предложены новые фундаментальные способы создания магнитоэлектрических материалов.