Новый тип материалов для современной электроники создали ученые Национального исследовательского института «Московский институт электронной техники» совместно с зарубежными коллегами. По словам авторов, их разработка является экологически чистой альтернативой материалам на основе ядовитого свинца, которые активно запрещаются во всем мире. Данные опубликованы в журнале Materials Letters.

Кристаллическая структура химических соединений металлов характеризуется упорядоченным расположением элементов, которыми являются атомы c различным электрическим зарядом. Благодаря своим электрическим и магнитным свойствам некоторые и них могут формировать дополнительные упорядоченные системы, влияющие на физико-химические свойства материала.

Воздействуя на соединения металлов механически, электромагнитным полем или температурой, можно менять порядок связи в этих системах, тем самым меняя и свойства материала. Некоторые соединения реагируют только на один из факторов, но есть и так называемые мультиферроики – материалы, подверженные сразу нескольким типам упорядочения, что, по словам ученых, делает их незаменимыми в современной электронике.

Подобные свойства феррита висмута BiFeO3, как объяснили ученые МИЭТ, известны несколько десятилетий, но его применение оставалось ограниченным из-за слабых электромагнитных свойств, проявляющихся лишь при низких температурах. Для того, чтобы усилить их, ученые заместили часть атомов железа и висмута на атомы кальция и марганца. Такая модификация, по их словам, не только улучшает свойства соединения, но и позволяет использовать их при комнатной температуре.

«Замещение атомов путем твердофазного синтеза позволяет получать материалы с улучшенными электромеханическими, магнитными и магнитоэлектрическими характеристиками. Сегодня они востребованы почти повсеместно: в качестве пьезоэлектрических и магнитострикционных элементов, сенсоров магнитных полей, а также в солнечной энергетике и еще ряде областей», – рассказал доцент Института перспективных материалов и технологий МИЭТ Максим Силибин.

Ученые подчеркнули, что большинство мультиферроиков, применяемых сегодня, содержат свинец, опасный для организма. Во всем мире его использование постепенно запрещается, и поэтому ученые МИЭТ уверены, что созданные ими экологически чистые материалы на основе феррита висмута найдут самое широкое применение.

Достигнутые результаты, как объяснили ученые, расширяют представления о связи между кристаллической структурой и свойствами мультиферроиков. Благодаря новым данным, специалисты МИЭТ разработали промышленный метод синтеза соединений этого типа с заданными электромагнитными параметрами.

В перспективе ученые МИЭТ планируют развить технологию производства мультиферроиков на основе BiFeO3 в виде тонких пленок, наиболее востребованных в электротехнике. Исследования проводятся в рамках гранта РНФ 18-19-00307.