Forskere udvikler materialer til kvanteberegning

Oprettelse af innovative materialer er et af de vigtigste områder af moderne videnskab. Aktiv udvikling af Industri 4.0 kræver nye egenskaber fra sammensatte elementer af elektronik. Forskning fra forskere fra South Ural State University er implementeret inden for dette område. SUSU's Crystal Growth Laboratory udfører modifikation af egenskaber og struktur af ferriter, som er oxider af jern med andre metallers oxider. Denne opgave udføres ved at indføre andre kemiske elementer i strukturen af ​​bariumhexaferrit for at opnå nye arbejdsegenskaber af materialet.

En af de seneste forskningsartikler dedikeret til dette emne blev offentliggjort i slutningen af ​​2017 i Keramik International .

"Specificiteten af ​​ferrit krystal struktur er i det faktum, at den har fem forskellige positioner af jern i krystal gitteret. Det er præcis, hvad der gør det muligt at ændre strukturen og egenskaberne af materialet i et tilstrækkeligt bredt område. Strukturen af ​​det oprindelige materiale ændrer dets egenskaber efter introduktion af andre elementer, som udvider anvendelsesmulighederne. Derfor, ved at ændre materialets kemiske sammensætning, vi kan ændre dens arbejdsegenskaber. Vi undersøgte fordeling af indium på positioner af erstatningselementet, " siger Denis Vinnik, Leder af Crystal Growth Laboratory.

Forskerne har en særlig interesse i at bestemme, hvilken af ​​jerns positioner i gitteret af bariumhexaferrit, der er den mest foretrukne for det nye grundstof:egenskaberne af det modificerede materiale afhænger af dets struktur. På nuværende tidspunkt, de krystallografiske positioner, som indium vil placere, er blevet bestemt. Der udføres forskning i området for undersøgelse af super-højfrekvenskarakteristika og arten af ​​andre forskellige egenskaber ved ferriter.

"Vores interesse for bariumferriter er betinget af deres høje funktionelle egenskaber, " forklarer Aleksey Valentinovich. "Kemisk stabilitet og korrosionsbestandighed gør disse materialer miljøvenlige og anvendelige fra praktisk talt ubegrænset tid. Hexaferritter har fremragende magnetiske parametre. Lav specifik elektrisk ledningsevne gør det muligt at anvende hexaferritmagneter ved tilstedeværelse af højfrekvente magnetfelter, som er prospektiv for mikroelektronik. I dag har dette materiale et stort potentiale til at absorbere elektromagnetisk interferens (EMI) i mikrobølgeområdet. Derfor, hexaferriter er anvendelige til mikrobølgeteknologier og til datatransmission og beskyttelse mod bølgeeksponering ved høje frekvenser."

"Vi arbejder med en 'palette' af forskellige kemiske grundstoffer, herunder wolframium, aluminium, titanium, mangan og silicium. Vi vil gerne finde ud af, hvordan sådanne substitutioner påvirker materialets egenskaber, " siger Svetlana Aleksandrovna. "Nu, vi arbejder med lead germanate. Derudover vi studerer fysiske egenskaber ved bariumhexaferrit med placerbart bly og dets adfærd ved høje temperaturer. På et tidspunkt med opvarmning til en bestemt temperatur, prøven begynder at krympe; dette er et ganske ekstraordinært fænomen. Inden for dette eksperiment, vi beregnede den lineære ekspansionskoefficient og opnåede interessante afhængigheder. Der er materialer med negativ eller nul ekspansionskoefficient; de ændrer ikke deres størrelse under opvarmning. Dette er vigtigt ved ekstreme temperaturer, fordi nogle elektroniske detaljer bliver overophedede selv under normale forhold."

Bariumhexaferrit med placerbart bly er et af studieområderne i Crystal Growth Laboratory. Forskerne har nu dyrket monokrystaller med lav defekttæthed, der kan anvendes som arbejdselementer i elektroniske enheder. Potentielt, materialet kan bruges til at skabe en kvantecomputer, som ville have den højeste ydeevne blandt de eksisterende beregningsenheder.

Udvikling af nye magnetiske materialer i det 21. århundrede vil gøre det muligt at skabe hukommelseselementer med højhastighedsrespons, betydelig volumen, og pålidelighed. Denne klasse af materialer har mange anvendelser.