Магнитные и электрические явления в магнитоупорядоченных средах с размерностью фазовых компонент от макро - до наномасштаба

Проект: Проект-Грант

Сведения о проекте

Описание

Цель проекта. Проект преследует достижение нескольких целей: 1) Скрининг составов магнитотвердого материала с наноразмерным масштабом фазовых компонент на основе высокоанизотропных фаз (РЗМ-3d-металл; сплавы Mn-Al-C, Mn-Bi) и магнитомягких фаз с повышенной намагниченностью и температурой Кюри реализующих сильное интерфейсное обменное взаимодействие, обеспечивающее увеличение магнитной энергоемкости композита и расширение температурного диапазонп его эксплуатации в форме постоянного магнита (до 200 С и выше). 2) Установление связи между анизотропией намагниченности, анизотропией температуры Кюри и энергией магнитокристаллической анизотропии в серии монокристаллов интерметаллидов ряда РЗМ - 3d, где РЗМ – немагнитный редкоземельный металл (Y, La, Ce и Lu) и неанизотропный Gd с L = 0, а в качестве 3d -переходного металла - Fe, Co и Ni. 3) Синтез ряла мультиферроидных соединений и исследование параметров электрической и магнитной подсистем в них при электро, магнитополевых и радиационных воздействиях. 4) Исследование спектра возможных микромагнитных состояний (магнитных вихрей, магнитных дислокаций, доменных границ, непрерывных микромагнитных структур, однородных магнитных фаз), формирующихся в кристаллах /пленках ферритов-гранатов и металлических пленках переходных металлов со сложным характером магнитной анизотропии под воздействием магнитных и электрических полей различной пространственно-временной организации. 5) Установление законов отображения топологии неоднородного магнитного поля доменными и микромагнитными структурами в металлических магнитных пленках переходных элементов с плоскостной анизотропией. Установление механизмов формирования топологически нетривиальных микромагнитных структур под действием пространственно-неоднородных магнитных полей, взаимодействия между ними и установление способов управления этими структурами. 6) Выявление закономерностей и построение моделей обменного взаимодействия в искусственных слоистых плёночных ферримагнетиках.
Определение особенностей магнитокалорического эффекта в них. Исследование гистерезисных свойств и однонаправленной анизотропии в плёночных структурах, содержащих ферримагнитные слои сплавов (Gd,Tb,Dy)-Co. Выявление закономерностей влияния состава ферримагнитного слоя и толщин плёночных структур на обменное смещение ферромагнитного слоя и температуру блокировки.
Найденные в ходе реализации проекта новые составы магнитотвердых и магнитокалорических материалов с особыми функциональными свойствами и технологии их получения могут быть внедрены в промышленное производство широкого ассортимента относительно дешевых постоянных магнитов и рабочих тел магнитных холодильных машин, что позволит создать на их основе новые высокоэффективные энергосберегающие и экологически безопасные технические устройства широчайшего спектра назначений, Результаты исследования магнитных доменных структур могут использоваться при проектировании приборов визуализации и топографирования магнитного поля нового поколения. Новые магнитооптические сенсорные среды будут значительно дешевле своих аналогов – эпитаксиальных феррит-гранатовых пленок и способны превосходить названные аналоги более высокими функциональными возможностями - визуализация и топографирование трёх пространственных компонент магнитного поля. Результаты исследований пленочных нано-систем расширят представление о механизме магнитокалорического эффекта и условиях эффективной реализации однонаправленной анизотропии в слоистых плёночных структурах, а также будут способствовать поиску новых эффективных материалов для систем магнитного охлаждения и сенсорной техники.
Актуальность.Магнитные материалы (ММ) вследствие широчайшего спектра их физико-химических свойств используются в настоящее время практически во всех областях техники. Функциональные элементы из ММ в зависимости от назначения, могут различаться своими размерами на порядки величин, а химический состав магнитного материала может варьироваться в рамках почти всей Периодической таблицы. Начиная с 60-х годов ХХ века значительный прогресс в области ММ был обеспечен включением в их состав редкоземельных элементов - РЗЭ. (4f-элементов). Это позволило создать как новые типы магнитотвердых материалов с рекордно высокой магнитной энергией, так и материалы другого назначения, например – магнитокалорические, магнитострикционные, магниторезистивные, для записи и хранения информации. Их успешная разработка и доведение ММ до широкомасштабных применений целиком и полностью обязано многоплановому тщательному изучению чрезвычайно широкого круга магнитоупорядоченных веществ - магнетиков, из которых только весьма ограниченный их набор по своим фундаментальным магнитным свойствам, обнаруженным в них ранее неизвестным физическим явлениям и примененным к ним особым технологическим обработкам нашел выход в практические ММ. Многообразие физических взаимодействий в магнетиках – обменных и магнитостатических, спин-спиновых и спин-орбитальных – предопределяют сложную многоуровневую структуру магнитных материалов, включая элементы атомного масштаба, наноструктурные, микро-магнитные, мезоскопические и макромагнитные субструктуры и объекты.Разработка новых материалов с многоуровневой структурой, в том числе магнитных материалов, является общемировой тенденцией. Такой подход планируется реализовать при выполнении настоящего проекта. В частности, исследование фундаментальных магнитных, электрических, магнитоупругих, тепловых свойств и особенностей магнитной и магнитной доменной структуры будет проводится на объектах как с разным химическим составом, так и размерными масштабами их фазовых компонент, включая массивные сплавы и монокристаллы, порошковые микро-ансамбли, низкоразмерные системы, синтезированные по методике спиннингования (быстрозакаленные ленты и флейксы) и тонкопленочные моно и мультислойные нано-композиты. Углубленное многоплановое исследование их физических свойств в прямой связи с их магнитной структурой и фазовым составом позволит выявить как новый круг магнетиков, перспективных для создания на их основе новых поколений функциональных магнитных материалов, так иуглубить или расширить научные представления о природе магнетизма в них, создать или усовершенствовать теоретические модели, призванные интерпретировать и прогнозировать их физические свойства.
СтатусЗавершено
Действительная дата начала/окончания01/01/201731/12/2019

ГРНТИ

  • 29.19.39 Ферромагнетики

Тип источника финансирования (РФФИ, РНФ, Х/Д, Гранты и т.д.)

  • Госзадание. Базовая часть. Инициативные научные проекты

Площадка НИЧ УрФУ, где ведется данный грант (НИЧ Куйбышева, НИЧ Мира)

  • НИЧ Куйбышева