Ученые Института физики Казанского федерального университета с помощью предложенного ими нового метода синтеза с использованием оксалата железа получили моно- и поликристаллы семейства магнитных шпинелей с близким к идеальному составом.

Работа выполнялась в рамках гранта РНФ «Исследования спектров возбуждений, орбитальных и спиновых структур в геометрически фрустрированных соединениях редкоземельных и переходных металлов», руководителем которого является главный научный сотрудник НИЛ магнитной радиоспектроскопии и квантовой электроники им. С.А. Альтшулера Института физики КФУ, профессор Михаил Еремин.

Полученные научные данные представлены в серии статей в журнале Magnetochemistry.

Заведующий кафедрой квантовой электроники и радиоспектроскопии, ведущий научный сотрудник НИЛ «Гетероструктуры для посткремниевой электроники» Роман Юсупов и доцент кафедры общей физики, ведущий научный сотрудник НИЛ «Квантовые симуляторы» Института физики КФУ Руслан Батулин рассказали о преимуществах разработанного в Казанском университете нового метода синтеза железохромовой шпинели на основе оксалата железа и о перспективных методах исследования магнитных шпинелей.

«Исследуемые нами минералы семейства шпинелей хромит никеля (NiCr2O4) и хромит железа (FeCr2O4) – это тугоплавкие, термически устойчивые, очень твердые минералы. Например, шпинельная облицовка выдерживает температуру порядка 2000 градусов Цельсия. Поликристаллы шпинели также используются при создании терморегулирующих покрытий с высокой излучательной способностью», – сообщил Р. Батулин.

В природе минералы хромит железа (хромит) и хромит никеля (нихромит), по словам ученого, содержатся в магматических горных породах и встречаются весьма редко. К тому же в них много примесей, которые влияют на свойства минералов. Что касается искусственных моно- и поликристаллов, то их состав можно приблизить к идеальному, если для синтеза использовать особо чистые оксиды, пояснил доцент кафедры общей физики.

«Магнитные свойства этих соединений наряду с их мультиферроичностью представляют особенный интерес, даже несмотря на то что мультиферроичность у них возникает только при низких температурах, – сообщил Р. Батулин и добавил. – Мультиферроики – это материалы, которые проявляют хотя бы два из трех свойств железа: ферромагнетизм (свойство железных деталей, намагнитившись, определенное время сохранять магнитные свойства), сенгетоэлектричество (или ферроэлектричество – возникновение спонтанной поляризации) или сегнетоэластичность (спонтанную деформацию)».

Мультиферроики также используются при производстве частотных фильтров и преобразователей энергии.

«Синтез железо-хромовой шпинели (FeCr2O4) с использованием оксалата железа обеспечивает ее однофазность и близкий к идеальному состав, – рассказывает Руслан Германович. – Преимуществом этого метода (по сравнению с широко распространенным методом синтеза с использованием чистых оксидов железа и хрома) является создание в печи восстановительной атмосферы, необходимой для сохранения степени окисления Fe2+ за счет разложения оксалата железа (II) FeC2O4, используемого в качестве одного из исходных компонентов».

По словам одного из авторов публикаций, научного сотрудника НИЛ «Квантовые симуляторы» Алмаза Зиннатуллина, наличие нежелательных ионов Fe3+ в полученных поликристаллических образцах, а также в выращенных монокристаллах тщательно контролировалось учеными КФУ с помощью мессбауэровской спектроскопии.

«Поскольку никель-хромовую шпинель в обычных лабораториях методом мессбауэровской спектроскопии исследовать нельзя, мы решили для экспресс-оценки степени окисления ионов никеля использовать метод магнитометрии, – говорит Р. Юсупов. – Нам удалось доказать, что магнитометрия является одним из самых доступных и простых методов, позволяющих провести экспресс-оценку качества синтезируемых хромовых шпинелей».

Полученные в КФУ научные результаты будут способствовать использованию новых методов оценки качества минералов семейства шпинелей при их промышленном производстве.