Магнитный «хамелеон»: создан материал с двумя магнитными переходами

Гексаферриты – это соединения оксида железа с вытянутой вдоль одной оси кристаллической решеткой, которые обладают ценными магнитными и диэлектрическими свойствами. Они широко применяются в радиоэлектронике, но их потенциал еще не исчерпан. В новой работе ученые модифицировали гексаферрит бария (BaFe12O19), заместив часть атомов железа алюминием. В результате получен материал с формулой BaAl4Fe8O19, в котором образовались изолированные магнитные подрешетки.

Как получали и изучали новый материал

Экспериментальный синтез вели методом самовозгорания – сжигали гель из лимонной кислоты и нитрата при температуре около 1000 °C. Этот метод позволяет получить чистый продукт с контролируемым составом. Чтобы выяснить, в какие позиции кристаллической решетки встали ионы алюминия, ученые применили комплекс методов: измерения магнитного поля, нейтронную дифракцию и мессбауэровскую спектроскопию. Оказалось, что замещение происходит послойно: алюминиевые ионы занимают позицию 12k, образуя немагнитные слои, разделяющие магнитные подрешетки.

Два магнитных перехода – необычное поведение

Обычный гексаферрит бария теряет ферромагнитные свойства при нагреве выше точки Кюри (около 450 °C). Новый материал ведет себя иначе: при комнатной температуре он ферромагнетик; при нагреве до 180 °C переходит в парамагнитное состояние; а при дальнейшем повышении до 500 °C снова становится ферромагнетиком, но с другой магнитной структурой. Это означает, что в образце сосуществуют две независимые магнитные подрешетки, каждая со своей температурой Кюри. Ранее подобный эффект получали только смешиванием двух разных магнитных материалов, а здесь он достигнут в однофазном соединении.

Как пояснила Светлана Гудкова, заместитель заведующего лабораторией полупроводниковых оксидных материалов ИКТ МФТИ, новизна открытия именно в том, что в одном образце при разных температурах реализуются различные магнитные порядки. Это открывает перспективы для создания элементов памяти, переключателей и сенсоров, работающих в широком диапазоне температур.

Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Alloys and Compounds. В работе участвовали специалисты МФТИ, НИЦ «Курчатовский институт», МГУ имени М.В. Ломоносова, Дальневосточного федерального университета, Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта, Южно-Уральского государственного университета и Санкт-Петербургского государственного университета.