Разработка, получение и исследование новых сегнетоэлектрических и магнитоэлектрических материалов для устройств наноэлектроники, систем записи и хранения информации нового поколения, сенсорной техники и медицины

Настоящий проект посвящен разработке новых сегнетоэлектрических и магнитоэлектрических материалов, обладающих заданными функциональных свойствами, путем формирования их структуры на наномасштабном уровне. Одними из наиболее перспективных для этих целей являются искусственно создаваемые сегнетоэлектрические и мультиферроидные нанокомпозиты с выраженными границами между компонентами. Свойства таких структур существенно изменяются при выходе размеров составляющих их компонент на наноуровень. В основе указанного изменения свойств наноматериалов в первую очередь лежит высокое взаимовлияние составляющих их структуру компонент, связанное с нескомпенсированностью электронных связей приповерхностных атомов. Исследование влияния загруженности электронных связей нанокомпозитных материалов на их свойства будет одним из направлений данного проекта. При разработке элементной базы современной электроники повышенное внимание уделяется искусственно созданным сегнетоэлектрическим сверхрешеткам, представляющим собой периодические многослойные структуры из последовательно нанесенных слоев различных материалов. При создании сегнетоэлектрических сверхрешеток наибольшее внимание уделяют комбинациям материалов перовскитовой группы. Это связано с простотой их структуры и изученностью свойств данных составов. Такие структуры имеют хорошо организованные межкомпонентные границы с возможностью существенного варьирования их свойств за счет замены материалов сочленяемых в решетки компонент с различными размерами элементарных ячеек. Одним из основных факторов, определяющих свойства указанных структур, считаются механические напряжения, возникающие из-за несовпадения размеров элементарных ячеек материалов, составляющих сверхрешетку. Выявление и изучение зависимости свойств сегнетоэлектрических сверхрешеток и композитов от деформационных факторов, деполяризующих полей, обусловленных различием поляризации в компонентах, а также от химического состава компонент будет следующим направлением исследований данного проекта. Уникальные возможности для практического использования представляют мультиферроики, объединяющие электрические и магнитные свойства подсистем и возможность перекрестного управления ими. Природные однофазные мультиферроидные составы встречаются редко, а их магнитоэлектрический (МЭ) отклик мал или возникает при температурах относительно низких для практических применений. Более привлекательными выглядят МЭ композиты, включающие магнитострикционную и пьезоэлектрическую фазы, которые характеризуются большими величинами МЭ отклика при температурах много выше комнатной. С точки зрения практики перспективны слоистые МЭ композиты. По сравнению со смесевыми композитами они имеют простую структуру и обладают более высокими МЭ коэффициентами из-за возможности поляризовать пьезоэлектрическую компоненту отдельно от магнитной. Так как МЭ эффект в композитах обусловлен цепочкой связей магнитострикция – упругая деформация – пьезоэлектрический эффект, выявление факторов, способствующих повышению магнитоэлектрической связи, в том числе в области электромеханического резонанса, будет являться третьим важнейшим направлением исследований данного проекта. Таким образом, для сегнетоэлектрических и мультифероидных наноматериалов характерна существенная зависимость свойств от структуры и химического состава материала на наноуровне, которую можно использовать для вариации их рабочих параметров в широких пределах. Проводимое в данном проекте исследование, направленное на выявление связей между составом и структурой сегнетоэлектрических и мультиферроидных материалов с одной стороны и их свойствами с другой стороны, позволит найти способы управления характеристиками сегнетоэлектрических и мультифероидных композитов, актуальные для практики.