Железосодержащие халькогениды: исследование структуры и свойств с целью разработки новых функциональных материалов

Project: Award Project

Project Details

Description

Цель проекта - Установить связь между кристаллической структурой, электронным строением и магнитными свойствами железосодержащих слоистых соединений на основе халькогенидов переходных металлов со структурой типа NiAs, перспективных для разработки магнитных материалов нового поколения.
Актуальность. В связи с многократным повышением мировых цен на редкоземельные металлы и редкоземельные магниты в последние годы усилилось внимание разработчиков к поиску новых составов сплавов и соединений, обладающих высокой магнитокристаллической анизотропией и коэрцитивной силой, но не содержащих редкоземельные металлы, а также новых технологий получения постоянных магнитов. Большая магнитная анизотропия важна также для создания сред для высокоплотной записи информации. Известно, что соединения и сплавы, магнетизм которых обусловлен только присутствием в них железа, проявляют, как правило,магнитомягкие свойства и отличаются небольшими значениями коэрцитивной силы. Однако существует несколько материалов, обладающих экстремально высокими значениями коэрцитивной силы (40 – 90 кЭ), несмотря на то, что магнетизм этих соединений обусловлен присутствием атомов Fe. К таким веществам относится ферримагнитное соединение со слоистой структурой LuFe2O4, в котором в области низких температур коэрцитивная сила достигает 90 кЭ ( W.Wu et al., Phys. Rev. Lett. 101. 2008. 137203), а также наночастицы сплава FePt с коэрцитивной силой до 30 кЭ при комнатной температуре (K Elkins et al., J. Physics D: Appl. Phys. 38.2005. 2306).  Другим примером железосодержащих соединений, проявляющих высокую магнитокристаллическую анизотропию и большой гистерезис при перемагничивании являются дисульфиды титана и тантала, интеркалированные атомами железа. Так, например, коэрцитивная сила в соединении Fe0.25TaS2 достигает 70 кЭ (E. Morosan et al., Phys.Rev. B 75. 2007. 104401; Y. J. Choi et al., EPL, 86. 2009. 37012). Высокие значения коэрцитивной силы наблюдаются и в нестехиометричных халькогенидах железа. В работе (Gen Long et al., Appl. Phys. Lett. 99. 2011. 202103) показано, что в соединении Fe3Se4 при уменьшении размеров частиц значения коэрцитивной достигает 40 кЭ, но при низких температурах. Авторы связываются такое изменение с моноклинной структурой и с упорядочением вакансий и атомов железа в слоях. Исследования авторов заявляемого проекта, выполненные ранее, показали, что высокие значения коэрцитивной силы (40-50 кЭ при низких температурах) возможны и в интеркалированном соединении Fe0.5TiS2. Соединение Fe0.5TiS2 имеет антиферромагнитное основное состояние, несмотря на то, что при низких температурах наблюдается широкая петля гистерезиса и поведение намагниченности, характерное для высокоанизотропного ферромагнетика (N.V. Baranov, et al., J. Physics: Condensed Matter. 25. 2013. 066004). Как показали исследования, выполненные нами для систем Fe7?yMyX8 (X= S, Se; M= Ti, Co), распределение катионов по слоям может носить неравновероятный характер, что оказывает сильное влияние на магнитные свойства соединений, в частности, приводит к повышению коэрцитивной силы до 24 кЭ (N.V. Baranov, et al., J. Phys.: Condens. Matter. 27.2015. 286003). Природа таких изменений остается невыясненной. Проведенные исследования показали, что замещение атомов железа в слоистых соединениях со структурой типа NiAs позволяет широких пределах изменять температуру магнитного перехода,что позволяет рассматривать их в качестве новых перспективных квазибинарных материалов в магнитных устройствах памяти.  Уникальность свойств халькогенидов переходных металлов типа Fe1-yX (0.05 <y ? 0.125) (X – S, Se) определяется их кристаллической структурой. Наличие вакансий в структурном типе NiAs, имеющих дефицит атомов железа, определяет возможность большого количества низкосимметричных вакансионно-упорядоченных структур, что определяет многообразиесвойств данного класса соединений, в том числе и нестабильность магнитного момента на атомах железа. Предполагается, что гистерезисные характеристики железосодержащих халькогенидов обусловлены частичным размораживанием орбитального момента и влиянием кристаллического поля. Отсутствие, на данном этапе, экспериментальных данных о величинах магнитных моментов, магнитокристаллической анизотропии, энергии обменных взаимодействий, об особенностях магнитной структур.
StatusFinished
Effective start/end date01/01/201731/12/2019

GRNTI

  • 29.19.05

Type of Financial Sources

  • State assignment.Сompetition part

UrFU Research Division section that handles this grant (Kuibyshev, Mira)

  • Kuibyshev Research Division