Синтез, фазовые состояния и структурные предпосылки формирования физических свойств в наноструктурированных ферритах на основе магнетита

Поиск и изучение материалов с заданными функциональными свойствами является одной из ключевых проблем современной физики конденсированного состояния. В последние десятилетия наблюдается повышенный интерес к ферритам в виде наночастиц. Это связано с тем, что в наноразмерном состоянии свойства вещества могут существенно отличаться от обычного микрокристаллического состояния. При уменьшении размера зерна или наночастицы до сравнимого или меньшего, чем критический размер однодоменной частицы, следует ожидать не свойственных микрокристаллическим соединениям физических явлений и эффектов. Квантовые размерные эффекты и большая площадь поверхности магнитных наночастиц резко меняют магнитные свойства, в связи с чем наночастицы демонстрируют суперпарамагнитные свойства и квантовое туннелирование намагниченности, поскольку каждую частицу можно рассматривать как единый магнитный домен. Общая черта функциональных оксидных соединений железа - наличие магнитного упорядочения подрешеток переходного металла и сильное изменение магнитных свойств при вариации термодинамических параметров и воздействие внешнего магнитного поля. Для получения магнитных наночастиц «настроенных» под решение конкретных задач требуется разработка новых методик синтеза материалов, изучение морфологии частиц, состава и магнитных свойств на макро- и атомарном уровнях. Изучение таких сложных систем требует развития методов их синтеза, подходов, позволяющих разделить вклады от разных межатомных взаимодействий, определить положение атомов и повороты кислородных октаэдров и тетраэдров. Одним из наиболее перспективных подходов является изменение термодинамических параметров: давления и температуры. Настоящий проект направлен на разработку и оптимизацию синтеза новых наноструктурированных шпинелей на основе магнетита R:Fe3O4 (R – La, Sm, Dy, Lu), определение пределов возможного допирования РЗ элементами, развитие методики исследования подобных соединений при высоких давлениях, исследование их макросвойств, и систематические исследования микроскопических структурных механизмов формирования магнитных состояний и определение взаимосвязи между этими состояниями и особенностями кристаллической структуры, поиск новых структурных фаз при высоком давлении, детальное исследование структурных фазовых диаграмм в широком диапазоне давлений 0 – 30 ГПа и температур 10 – 300 К. Новизна предлагаемых исследований заключается в комплексном подходе к изучению структурных механизмов формирования физических свойств в сложных микрокристаллических и наноструктурированных шпинелях на основе магнетита в широком диапазоне давлений и температур. Уникальные возможности изучения механизмов формирования новых структурных фаз в различных соединениях при контролируемом изменении структурных параметров (межатомных длин связей и углов, величин смещения атомов из электронейтральных положений) дают рентгеновские и нейтронные дифракционные эксперименты, а также рамановская спектроскопия в широком диапазоне давлений.