Ученые рассмотрели строение кристаллов со сложной доменной структурой
Новый метод для визуализации структурных характеристик в нецентросимметричных материалах разработали исследователи Красноярского научного центра (КНЦ) СО РАН совместно с коллегами из Москвы, Франции и Израиля, 9 сентября сообщила пресс-служба КНЦ.
Нецентросимметричные кристаллические структуры, обладающие магнитоэлектрическими свойствами, могут под действием магнитного поля управлять электрическими либо магнитными характеристиками вещества, чтобы разобраться в этом процессе необходимо определить, как связаны магнитоэлектрические эффекты и организация кристаллов.
Для визуализации структурных характеристик таких кристаллов ученые объединили микро-фокусирующую рентгеновскую оптику и поляризованное рентгеновское излучение: они выбирали рентгеновское излучение определенной длины волны и с помощю линзы фокусировали его на конкретной точке в кристалле — домене.
Магнитоэлектрический эффект в кристалле определяется ориентацией его доменов (область кристалла, которая формирует его структуру). Однако наблюдать их было очень трудно. Эту проблему и решила новая методика, позволяющая увидеть домены и понять принципы и особенности их образования.
Сфокусированный рентгеновский луч может «поймать» домен и передать о нем данные через спектральное отражение, что позволит определить его размер и другие свойства. При испытании новой методики ученые установили, что типичный размер доменов составляет несколько сотен микрон.
Они провели исследование кристаллов ферробората самария, обладающих большим магнитоэлектрическим эффектом, и обнаружили, что они являются двойниковыми — то есть это два кристалла, соединенных в один. Домены в каждом из этих кристаллов были ориентированы зеркально относительно другого кристалла.
Соответственно положению доменов, строение кристаллов, представляющее спираль, для первого направлено в правую сторону, а для второго — в левую. При этом такая структура понижала величину его магнитоэлектрического эффекта.
Старший научный сотрудник Института физики им. Л. В. Киренского КНЦ СО РАН, к. ф.-м. н. Михаил Платунов рассказал о выполненном группой исследовании: «Разработанный метод перспективен для определения размера и пространственного распределения доменов в кристаллах. Наш подход показывает хорошие результаты и для многократно двойниковых кристаллов или других материалов со сложной доменной структурой, изучить которые иными методами невозможно».
Он пояснил, что высокая проникающая способность жесткого рентгеновского излучения позволяет проводить измерения реальных объемов образцов и исследовать специфические свойства объекта, что делает в перспективе разработанный ими метод мощным инструментом для улучшения качества материалов с нецентросимметричными структурами и создания новых энергосберегающих устройств для электроники.
«Развитие подобных методов в настоящее время является крайне актуальной задачей, поскольку они будут применяться на установках класса „megascience“, разрабатываемых в России. Например, синхротрон СКИФ в Новосибирске, в создании которого участвуют и исследователи из нашего центра, РИФ на острове Русский и СИЛА в Московской области», — отметил Михаил Платунов.
Результаты своей работы исследователи опубликовали в журнале Crystals.
