Ученые выяснили, как управлять свойствами уникальных магнитных материалов
Возможность получения стабильных магнитных MAX-материалов, меняя их химический состав, установили исследователи ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» (КНЦ СО РАН), 9 ноября сообщает издание СО РАН «Наука в Сибири».
Магнитные MAX-материалы ферромагнитны, обладают высокой намагниченностью, высокими электро- и теплопроводностью, обрабатываемостью, стойкостью к окислению и механическими свойствами, а также могут работать и при комнатной температуре, что позволит их применять в будущем для создания устройств магнитного охлаждения и экранирования.
Результаты исследования ученые представили в статье «Эффект замещения атомов Mn и Ga атомом Fe в МАХ-фазе Mn₂GaC», опубликованной в Journal of Magnetism and Magnetic Materials.
MAX-фазы представляют собой слоистые материалы, состоящие из трех элементов. Их структуру обобщенно можно представить следующим образом: M — переходный металл, А — один из элементов третьей и четвертой групп таблицы Менделеева, Х — углерод или азот.
Уникальные механические и магнитные свойства некоторых из таких материалов заставляют исследователей пытаться найти методы их синтеза. Однако пока не удавалось создавать устойчивые магнитные структуры.
Исследователи КНЦ СО РАН первыми предсказали возможность получения стабильных магнитных МАХ материалов на основе марганца и железа, разработав новый метод синтеза таких соединений.
Ученые предложили заменить элементы структуры в М- или А- слоях магнитными атомами. Это позволяет менять магнитные свойства МАХ-фаз с помощью изменения химического состава слоев.
Исследователи заменили в материале, состоящем из марганца, галлия и углерода (МАХ-фазы Mn₂GaC), галлий на атом железа, что позволило получить стабильные МАХ-фазы с ярко выраженным ферромагнетизмом и большой намагниченностью, причем температура, при которой материал не теряет своих магнитных свойств, в этом случае была близка к комнатной. Что позволит использовать такие материалы в обычных условиях.
Младший научный сотрудник Института физики им. Л. В. Киренского ФИЦ КНЦ СО РАН Оксана Драганюк рассказала:
«МАХ-фазы с большой намагниченностью и температурой Кюри, близкой к комнатной, очень многообещающи. Например, они могут использоваться для спинтроники, магнитных запоминающих устройств и магнитного экранирования, для магнитного охлаждения серверных или дата центров, а также в качестве постоянных магнитов для электродвигателей и ветрогенераторов».
Атомы железа создают в МАХ-фазах ферромагнетизм. В результате предсказанный учеными магнитный сплав стал стабильным с явными ферромагнитными свойствами. Сделанное открытие позволяет менять магнитные свойства МАХ-фаз, управляя ими с помощью изменения химического состава материала.
Исследование проводилось в рамках проекта «Естественные нанослойные материалы, перспективные для преобразования энергии», на которые исследователям был выделен мегагрант.
«Работы по продолжению мегагранта развиваются в области теоретического моделирования новых возможных магнитных МАХ-материалов и их синтеза. Главное достижение в том, что за три года вместе с немецким руководителем Михаэлем Фарле мы собрали уникальное и необходимое нам оборудование для синтеза МАХ-структур», — сообщил руководитель научного направления «магнетизм» Института физики им. Л. В Киренского доктор физико-математических наук Сергей Овчинников.
