В этой связи специалисты Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ) разработали инновационный магнитный материал, основанный на соединениях бария, железа и марганца, который может значительно повысить эффективность жестких дисков и других электронных устройств. Исследование, опубликованное в журнале Results in Chemistry, демонстрирует, что промышленное производство данного материала возможно с применением минимального количества технологических этапов, что делает его перспективным для масштабного внедрения.
Создание электронного устройства представляет собой сложный и многоступенчатый процесс, включающий как химические синтезы, так и технологические операции, направленные на оптимизацию свойств конечного продукта. В частности, новый магнитный материал отличается тем, что его магнитные и электрические параметры можно эффективно регулировать посредством механического воздействия, что открывает дополнительные возможности для настройки под конкретные технические задачи. Такой подход позволяет адаптировать материал под различные условия эксплуатации, повышая надежность и производительность электронных компонентов.Данная разработка не только расширяет ассортимент магнитных материалов, но и способствует развитию отечественной промышленности в области электроники и информационных технологий. Внедрение подобных инноваций может привести к созданию более компактных, экономичных и долговечных устройств хранения данных, что особенно актуально в эпоху стремительного роста объемов цифровой информации. Таким образом, работа ученых ЮУрГУ является важным шагом на пути к совершенствованию современных электронных технологий и открывает новые перспективы для научных исследований и практического применения.Современные технологии требуют создания сложных устройств, в которых каждый элемент играет ключевую роль, что значительно усложняет процесс их производства. Добавление каждого нового химического элемента или компонента в прибор осуществляется через десятки, а иногда и сотни этапов, что существенно увеличивает не только сложность изготовления, но и конечную стоимость продукции, отмечают специалисты Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ). В условиях стремительного развития персональной электроники, таких как ноутбуки, смартфоны и автомобили, оснащённые множеством магнитных датчиков, возникает острая потребность в материалах с уникальными магнитными свойствами. Эти материалы способны изменять свои характеристики под воздействием механических или электрических факторов, что делает их незаменимыми для современных устройств. Об этом подробно рассказала старший научный сотрудник Лаборатории роста кристаллов ЮУрГУ Светлана Гудкова, подчеркнув важность исследований в области магнитных материалов.Таким образом, совершенствование технологий производства и разработка новых материалов являются ключевыми направлениями для обеспечения высокой эффективности и надёжности современных электронных приборов. Инвестиции в научные исследования и оптимизацию производственных процессов помогут снизить затраты и расширить возможности применения магнитных компонентов в различных отраслях промышленности.Современные магнитные материалы играют ключевую роль в развитии высокотехнологичных устройств и систем, от электроники до энергетики. Одним из перспективных направлений является создание материалов на основе ферритов — сложных оксидов железа и других металлов, обладающих уникальными кристаллическими структурами. Такие ферриты формируют кристаллическую решетку, в которой одна из осей значительно отличается по длине от двух других, что приводит к появлению так называемых "длинных" решеток. Эти структуры включают большое количество атомов, что позволяет гибко изменять химический состав материала, не разрушая при этом исходную кристаллическую матрицу. Благодаря этому можно тонко настраивать физические и магнитные свойства ферритов для различных приложений.Недавно команда ученых из Южно-Уральского государственного университета совместно с исследователями из Московского физико-технического института, Санкт-Петербургского государственного университета и Курчатовского института разработала новый магнитный материал на основе феррита бария. В этом материале часть железа была замещена марганцем, что позволило значительно модифицировать магнитные характеристики образца. Такая замена и последующая настройка состава открывают новые возможности для создания материалов с заданными свойствами, необходимыми, например, в микроэлектронике, сенсорике и энергетике.Таким образом, исследование и разработка ферритных материалов с контролируемым составом и структурой продолжают оставаться актуальной и динамично развивающейся областью материаловедения. Перспективы использования подобных магнитных материалов включают создание более эффективных магнитных сенсоров, высокочастотных устройств и энергоэффективных компонентов, что способствует прогрессу в различных технологических сферах.Современные исследования в области материаловедения продолжают раскрывать новые возможности модификации свойств ферритов, что открывает перспективы для создания более эффективных магнитных и электронных устройств. В частности, учёные обнаружили, что внедрение марганца в структуру феррита способно существенно изменять не только магнитные, но и электрические характеристики этого материала. Электронные оболочки ионов марганца и железа обладают значительным сходством, поскольку эти элементы расположены рядом в Периодической системе химических элементов, разработанной Д.И. Менделеевым. Это соседство обусловливает их схожие химические свойства, включая способность существовать в различных степенях окисления. Благодаря этому марганец и железо могут эффективно передавать электроны друг другу, что приводит к изменению магнитных свойств феррита. Такие процессы играют ключевую роль в регулировании поведения материала на микроуровне.Учёные из университета отметили, что количество атомов марганца, внедрённых в кристаллическую решётку феррита бария, напрямую влияет на его проводимость и магнитные характеристики. Чем больше марганца встроено в структуру, тем более заметно меняются эти свойства, что позволяет целенаправленно настраивать материал под конкретные технические задачи. Таким образом, понимание и управление такими процессами открывает новые горизонты в разработке функциональных материалов для электроники и магнитной техники.Современные исследования в области материаловедения активно сосредоточены на поиске и создании мультиферроиков — уникальных материалов, способных изменять свои магнитные свойства под воздействием электрического поля и, наоборот, реагировать электрическими характеристиками на магнитное воздействие. Такие материалы представляют огромный интерес для разработки новых технологий в электронике и энергетике. «Наш материал является перспективным кандидатом для использования в качестве нового мультиферроика», — отметила эксперт, подчеркивая его потенциал.Создание мультиферроиков с разнообразными свойствами для различных технических применений достигается путем замещения атомов железа в кристаллической решетке другими элементами из таблицы Менделеева. Этот процесс можно сравнить с кулинарным экспериментом: если в рецепте вместо сахара использовать фруктозу, вкус блюда останется практически неизменным, но влияние на организм будет существенно отличаться. Аналогично, небольшие изменения в составе материала могут значительно изменить его функциональные характеристики, что открывает широкие возможности для настройки свойств под конкретные задачи.Таким образом, разработка новых мультиферроиков с помощью атомарного замещения не только расширяет границы фундаментальных знаний, но и способствует созданию инновационных устройств с улучшенной производительностью и энергоэффективностью. Перспективы применения таких материалов охватывают области от сенсорики и памяти до преобразования энергии, что делает их важным направлением современной науки и техники.Современные исследования в области материаловедения показывают, что замена атомов в кристаллической решётке ферритов существенно влияет на их физические свойства. В частности, можно заменять не только железо, но и другие элементы, такие как барий, что приводит к заметным изменениям в проводимости материала, подчеркнула специалист. Такая замена открывает новые возможности для тонкой настройки характеристик ферритов в различных приложениях.Особое внимание уделяется способности ионов марганца замещать различные металлы в структуре ферритов, что способствует глубокому пониманию их магнитных и электрических свойств. Магнитные свойства этих кристаллов обусловлены 24 ионами железа, расположенными в пяти уникальных позициях с разным кислородным окружением. Некоторые из этих ионов находятся в центре пирамидальной структуры, образованной соседними атомами, в то время как другие располагаются между двумя пирамидами с различным числом граней, что влияет на магнитное взаимодействие внутри кристалла, пояснила Гудкова.Таким образом, изучение замещения ионов в ферритах не только расширяет фундаментальные знания о магнитных материалах, но и способствует разработке новых технологий с улучшенными характеристиками. Перспективы использования таких материалов включают создание высокоэффективных магнитных устройств и компонентов для электроники, что делает эту область исследований особенно актуальной и перспективной.В последние годы изучение ферритов приобретает особое значение благодаря их широкому применению в современной электронике и магнитных устройствах. Одним из ключевых методов улучшения свойств этих материалов является допирование — введение в кристаллическую решетку небольших количеств посторонних атомов. В частности, в современных исследованиях ферритов активно используют элементы, редко встречающиеся в земной коре, такие как индий, галлий, европий и лантан, что позволяет существенно изменять магнитные и электрические характеристики материалов, отметили специалисты ЮУрГУ.Добавляя различные концентрации марганца и изучая структуру замещенного феррита, ученые получают более глубокое понимание того, какие именно частицы железа или ионы щелочноземельных металлов играют ключевую роль в формировании магнитных и электрических свойств ферритов. Это позволяет не только выявлять критические компоненты, влияющие на поведение материала, но и оптимизировать его характеристики под конкретные технические задачи. При этом экспериментальные данные постоянно сопоставляются с расчетными моделями, что способствует совершенствованию математического аппарата, используемого для описания ферритов, — подчеркнули в вузе.Развитие этих исследований открывает новые перспективы для создания высокоэффективных магнитных материалов с заданными свойствами, которые могут найти применение в различных сферах — от энергетики до информационных технологий. Таким образом, комплексный подход, включающий как экспериментальную работу, так и теоретическое моделирование, становится залогом успешного внедрения ферритов в современные технологические процессы и способствует развитию материаловедения в целом.Изменение характеристик материалов представляет собой сложный процесс, который зависит не только от введённых частиц, но и от выбранной технологии производства. В частности, свойства конечного продукта во многом определяются методами синтеза и обработкой исходных компонентов. Например, наш замещённый гексаферрит был создан с помощью метода твердофазного синтеза, при котором используются порошковые материалы. Эта технология является одной из наиболее распространённых в промышленности благодаря своей доступности и экономической эффективности, что делает её привлекательной для массового производства, — пояснила Гудкова. Кроме того, выбор метода синтеза влияет на структуру и функциональные возможности материала, что открывает новые перспективы для его применения. В дальнейшем исследовательская группа планирует более детально изучить микроструктуру нового материала, а также исследовать его потенциал в альтернативных сферах использования, что может способствовать расширению области его практического применения и развитию новых технологий. Таким образом, комплексный подход к изучению и производству материалов позволяет не только оптимизировать их свойства, но и значительно расширить спектр возможных применений.Источник фото: РИА Новости
