Ученые исследовали материал для сверхбыстрой компьютерной памяти

10:22, 3 июля 2020

Они обнаружили, что добавление титана в гексаферрит бария позволяет создать особую подструктуру в решетке

Поверхность адиабатической потенциальной энергии тетраэдрического ян-теллеровского комплекса. Иллюстрация: Scientific Reports.

Ученые из МФТИ совместно с коллегами из УрФУ объединили оптический и акустический подходы и обнаружили, что добавление титана в гексаферрит бария позволяет создать особую подструктуру в кристаллической решетке, сообщает пресс-служба МФТИ. Новый материал может быть использован для создания сверхбыстрой компьютерной памяти. Результаты исследования опубликованы в журнале Scientific Reports.

Мультиферроики — это материалы, обладающие сразу несколькими упорядочениями. Например, они могут одновременно быть сегнетоэлектриками (обладать в определенном диапазоне температур спонтанной поляризацией) и ферромагнетиками (ниже определенной температуры становиться намагниченным в отсутствии внешнего магнитного поля).

Исследователи изучают фундаментальные свойства мультиферроиков, чтобы получать материалы с заданными свойствами или изменять эти свойства направленным образом. Мультиферроики находят применение в технологиях сверхбыстрой магнитной памяти, терагерцовой (с передачей данных за триллионные доли секунды) телекоммуникации или антирадарных покрытиях.

Объединив оптический (терагерцовую спектроскопию) и акустический (исследование поглощения и скорости ультразвука) экспериментальные методы с целью поподробнее «рассмотреть» гексаферрит бария с примесью титана, ученые пронаблюдали интересные особенности в поведении материала.

«Оптика и акустика — как зрение и слух, дополняя и при этом не повторяя друг друга, вместе позволяют получить наиболее полную информацию об исследуемом объекте. И если при исследованиях двумя принципиально различными методиками при одних и тех же температурах наблюдаются некие эффекты, это значит, что что-то происходит в образце на микроскопическом уровне, и надо найти механизм, из-за которого эти эффекты проявляются», — говорит руководитель направления «Мультиферроики», старший научный сотрудник лаборатории терагерцовой спектроскопии МФТИ Людмила Алябьева.

Ученые нашли объяснение необычному поведению одновременно оптических и акустических свойств исследуемого материала. Оказалось, что при добавлении титана в гексаферрите бария изменяется характер подрешетки ионов железа. Атомы примеси заставляют часть атомов железа менять свою степень окисления и образовывать подструктуру в основной решетке — так называемую ян-теллеровскую подрешетку.

Когда в основную решетку кристалла добавляют примеси, новые атомы встраиваются в структуру, заменяя кого-то из прежних «жильцов». При добавлении в гексаферрит бария титан становится на место некоторых атомов железа. При этом атом титана и атом железа находятся в разных валентных состояниях: титан четырехвалентный, а железо трехвалентное. Валентность отражается и на электрическом заряде ионов в кристалле, и на их размере.

«Мы впервые обнаружили новый механизм формирования подрешетки ян-теллеровских центров: ее образуют не атомы примеси, как это обычно происходит, а часть атомов исходного кристалла», — комментирует ведущий научный сотрудник кафедры экспериментальной физики УрФУ Владимир Гудков.

Наличие подрешетки Яна — Теллера ведет к появлению необычных свойств кристалла. Например, возникает возможность воздействовать на магнитные подсистемы с помощью электрического поля (скажем, с помощью Т-лучей перемагничивать биты сверхбыстрой компьютерной памяти).

Над исследованием работают сотрудники МФТИ, УрФУ, ЮрГУ, УрО РАН, ФТИ им. А. Ф. Иоффе РАН, Центра им. Гельмгольца Дрезден-Россендорф, Штутгартского и Техасского университетов.