Группой учёных ИХС РАН, КФУ, СПБГУ и МГУ проведены комплексные исследования состава, структуры, магнитных и термических свойств трех железосодержащих оксоборатов — прототипов новых магнитострикционных материалов для элементов памяти в суперкомпьютерах
Структуры трех родственных оксоборатов, ромбических вонсенита Fe2+2Fe3+O2(BO3) и азопроита (Mg,Fe2+)2(Fe3+,Ti,Mg,Al)O2(BO3), моноклинного халсита (Fe2+,Mg)2Fe3+O2(BO3), представляют собой плотноупакованные каркасы, сложенные разнозарядными метал-кислородными октаэдрами и изолированными борокислородными треугольниками, что сказывается на резкой анизотропии проявляемых с температурой магнитных и термических свойств. Ключевым подходом в исследовании этих оксоборатов являлось привлечение комплекса взаимодополняющих in situ методов, таких как монокристальная и порошковая рентгеновская дифракция, мёссбауэровская спектроскопия и магнитометрия (все – в широком интервале температур), с помощью которых представляется возможным детально исследовать кристаллохимические особенности соединений, в т. ч. локальные, протекающие с температурой магнитные фазовые переходы, процессы окисления Fe2+ → Fe3+ и твердофазного разложения, а также термическое расширение. Итогом же таких работ является выявление фундаментальных зависимостей «состав–структура–свойства», что чрезвычайно важно для разработки функциональных материалов для различных приложений.
Так, в обогащенных Fe2+ и Fe3+ вонсените и халсите раннее были обнаружены протекающие с температурой каскады магнитных переходов различной природы, происходящие в независимых магнитных подсистемах (триады – в вонсените, слои – в халсите), сопровождающиеся скачкообразным изменением коэффициентов линейного и объемного термического расширения (КТР), в т. ч. обнаружены отрицательные (NTE) и близкие к нулевому (LTE) значения КТР. В свою очередь, подобных свойств не было обнаружено в обедненном Fe2+ азопроите. Как видно, такие магнитные и термические свойства зависят не только от структурных особенностей, но и от химического состава, и, в свою очередь, могут быть управляемыми посредством изменения температуры, что открывает перспективы для разработки магнитострикционных материалов для одного из наиболее перспективных направлений развития электроники – спинтроники, – например, для создания твердотельной памяти нового поколения в суперкомпьютерах.
Вследствие нетривиальных химического состава и кристаллического строения, синтетические аналоги некоторых изученных оксоборатов неизвестны, потому полученные в работах результаты открывают новые структурные группы, перспективные для создания на их основе магнитострикционных материалов с управляемыми магнитными и термическими свойствами.
Статья была опубликована в журнале первого квартиля Acta Crystallographica Section B: Structural Science, Crystal Engineering and Materials:
Работа выполнена в рамках проекта РНФ № 22-77-00038 (руководитель – Я.П. Бирюков, исполнители – А.Л. Зиннатуллин, И.О. Левашова).
Материал подготовлен с.н.с. ЛСХО ИХС РАН, к.х.н. Я.П. Бирюковым