Korrelation mellem struktur og magnetiske egenskaber ved keramik

Et team fra Immanuel Kant Baltic Federal University (BFU) har sammen med en international videnskabelig gruppe undersøgt en sammenhæng mellem strukturen af ​​keramiske materialer baseret på vismutferrit (BiFeO3) og deres magnetiske egenskaber. I deres arbejde, forskerne bestemte de faktorer, der påvirker materialers strukturelle udvikling og ændringer i deres magnetiske adfærd. Arbejdet vil hjælpe med at skabe nye keramiske materialer med givne egenskaber. Artiklen blev offentliggjort i Journal of Physics and Chemistry of Faststoffer .

Bismuthferritstrukturen ligner strukturen af ​​perovskit, et calcium- og titaniumbaseret mineral, men indeholder også iltatomer. Kendte højtemperatur superledere (dvs. materialer, der er i stand til at lede strømmen uden modstand ved visse temperaturer) har den samme struktur. Mange materialer med perovskitlignende krystalgitre bruges som solenergiprocessorer.

Når ioner af forskellige elementer tilføjes til kildevismutferrit, det fører til ændringer i dets krystalgitter og derfor i fysiske egenskaber. BFU -fysikere tilføjede ioner af metaller (calcium, mangan, titanium, og niob) og målte materialets magnetiske egenskaber. Det viste sig, at indsættelsen af ​​nye atomer fører til komprimering af krystalgitteret uanset typen af ​​overgangselementerne. Det her, på tur, efterfølges af ændringer i materialets magnetiske struktur. Det mister spontan polarisering, dvs. dipolmomenter af atomerne, der bestemmer retningen af ​​elektriske kræfter, fratages fast orientering i fravær af et eksternt elektrisk felt.

Når atomer af andre metaller tilsættes til vismutferrit, sidstnævnte mister også sine ferromagnetiske egenskaber:Atomers dipolmomenter er ikke længere rettet mod hinanden. I øvrigt, når calcium tilsættes til niob eller titanium, materialets magnetiske struktur bliver ferromagnetisk:Dipolmomenterne blev ko-retningsbestemte. Efter indflydelsen af ​​et magnetfelt stoppede, disse prøver viste restmagnetisme, en egenskab, der er typisk for ferromagnetiske materialer.

"Vi har demonstreret, at de magnetiske egenskaber ved vismutferritbaserede materialer i høj grad bestemmes af strukturelle forvrængninger forårsaget af substitutioner, gitterfejl, og arten af ​​udvekslingsinteraktion mellem atomerne i jern, ilt, og overgangsmetallet. Svage ferromagnetiske tilstande, der opstod, da calcium blev tilsat materialet sammen med titanium eller niob, forklares ved reaktionen mellem magnetiske atomer, der går gennem de ikke-magnetiske. Som regel, det tages ikke i betragtning på grund af dets mindre værdier, men i tilfælde af ferromagnetiske materialer kan det forårsage betydelige udsving i materialets magnetiske adfærd, "siger Vadim Sikolenko, medforfatter til værket, kandidat til fysik og matematik, og seniorforsker ved Center for Forskning og Uddannelse for Funktionelle Nanomaterialer.