№ 25-22-00492 Установление взаимосвязи физико-химических свойств и кристаллической структуры гетеровалентно замещенных мультиферроиков YMnO3 и BiFeO3 с дальнейшим развитием процесса получения тонких пленок на их основе (грант РНФ )

Среди многообразия активных материалов выбраны мультиферроики феррит висмута (BiFeO3) и манганит иттрия (YMnO3). Данный выбор сделан не случайно, т.к. оба эти объекта перспективны для применении в качестве основы актюаторов, магнитоптических устройств, датчиков, элементов памяти и др. Оба материала являются мультиферроиками, в которых сочетаются сегнетоэлектрические и антиферромагнитные свойства с высокой температурой Кюри. Однако по величине температуры магнитных переходов эти материалы кардинально различаются. Поиски способов управления свойствами BiFeO3 и YMnO3 привели к созданию многочисленных твердых растворов на их основе путем замещений катионов как типа A (Bi и Y), так и типа B (Fe и Mn). Причем в большинстве случаев твердые растворы изучают при изовалентном замещении, так как в этом случае больше шансов вхождения в структуру допирующих компонентов. В этой связи изучение влияния гетеровалентного замещения имеет повышенную актуальность и добавляет новизны в будущие исследования. В рамках данного проекта планируется систематическое изучение мультиферроиков YMnO3 и BiFeO3, модифицированных до 15 % двухвалентными металлами (Cu, Co). В исследование твердых растворов (1-x)BiFeO3- xMeO и (1-x)YMnO3-xMeO (Me - Cu, Co) будут входить: 1) рентгеноструктурный анализ (определение не только сингонии кристаллических фаз, но и симметрии, параметров элементарных ячеек с анализом возможных сверхструктурных рефлексов, позиционных и тепловых параметров атомов, параметров заселенностей кристаллографических позиций) для изучения эволюции структурных состояний и возможности внедрения в кристаллическую структуру "чужих" ионов; 2) комплексная микроскопия с использованием оптического лазерного, а также сканирующего электронного микроскопов для изучения морфологии кристаллических зерен на всех стадиях синтеза; 3) элементный анализ кристаллических зерен для контроля распределения допирующих компонентов в объемном образце; 4) температурные магнитные измерения для изучения влияния гетеровалентного замещения на магнитную подсистему; 5) методы диэлектрической спектроскопии в широких диапазонах внешних воздействий (температуры, частоты внешнего электрического поля) для понимания перспективности дальнейшего использования полученных объектов как в виде объемных материалов, так и в виде тонких пленок; 6) анализ закономерностей формирования диэлектрических свойств для установления взаимосвязи малых концентрационных изменений структур и физико-химических характеристик данных мультиферроиков и определения оптимальной области модифицирования. Вследствие сложной реальной (дефектной) структуры предложенных материалов, проявляемые диэлектрические свойства в твердых растворах с гетеровалентным замещением скорее всего будут иметь релаксационное поведение, т.к. в этом случае существует возможность увеличения проводимости материалов. Это несомненно усложняет процесс изучения и анализа их температурно-частотных зависимостей комплексных диэлектрической проницаемости и электропроводности. Поэтому наряду с классическими моделями, будет применена и разработанная экспериментальная модель для описания комплексной электропроводности. Заключительным этапом будет изучение возможности получения наиболее перспективных составов из исследуемых объектов в виде наноразмерных пленок, выращенных на монокристаллических подложках MgO, Al2O3 и/или Si, проведены комплексные исследования их кристаллической структуры, наноструктуры и физических свойств.