Вчені з мфті вивчили нові властивості одного з найпопулярніших у світі матеріалів для виробництва магнітів. Виявилося, що цей матеріал можна застосовувати в електроніці нового покоління — терагерцових приладах. Робота опублікована в журналі групи nature-npg asia materials.
Терагерцові технології поки не увійшли щільно в наше повсякденне життя, проте зважаючи на їх бурхливого розвитку цей день явно не за горами. Багато з нас, самі того не знаючи, вже стикнулися з терагерцовими приладами, наприклад проходячи на посадку в аеропорту через сканер для огляду. Це лише один з безлічі прикладів терагерцових приладів. Область їх застосування захоплює медицину, телекомунікації, інформаційну безпеку і багато інших сфер. Але чого ж не вистачає перспективним технологіям для впевненого розвитку?
Відповідь проста-матеріалів. Тих самих “цеглинок”, з яких вчені та інженери будують наше з вами майбутнє. І тут на сцену виходять гексаферрити. Незважаючи на незвичну назву, насправді гексаферрити добре знайомі будь-якій людині, яка тримала в руках банківську картку, карту-ключ від номера в готелі або касету з магнітною стрічкою. Всі ці речі об’єднує одне-магнітні смужки в них зроблені з гексаферріта. Зовні непоказне чорно-коричневе речовина, як виявилося, є вельми привабливим магнітним матеріалом.
А той факт, що гексаферрити ще й досить дешеві у виробництві, так як їх отримують з відходів металургії та машинобудування, дозволив їм розвернутися на всю міць на магнітному ринку і зайняти добру його третину з річним оборотом в мільярди доларів. Однак прославили гексаферит магнітні властивості змусили незаслужено забути про інші його видатних якостях. Історично наукове вивчення гексаферритів йшло досить однобоко: вчені трохи змінювали хімічну формулу і дивилися, як це позначиться на магнітних характеристиках. Решта досліджень якщо і проводилися, то з сильно меншим ентузіазмом.
Вчені з мфті у співавторстві з російськими та зарубіжними колегами вперше досліджували потенціал гексафериту для терагерцових технологій. Результат виявився вражаючим. Однією з бажаних характеристик матеріалу в сучасному приладобудуванні є настроюваність, тобто можливість цілеспрямовано змінювати властивості речовини. Наприклад, змінюючи температуру, управляти прозорістю матеріалу і т. Д. Саме настроюваність гексаферритів і викликала захват дослідників. Людмила аляб’єва з колегами досліджували гексаферит барію-свинцю. Виявилося, що якщо в гексаферит барію додати свинець, це значно змінить його терагерцовий відгук, тобто характер взаємодії з терагерцовим випромінюванням.
Вивчаючи, як кількість доданого в гексаферрит свинцю впливає на здатність поглинати терагерци, вчені виявили, що при певній концентрації свинцю відгук змінюється раптово і несподіваним чином. У ньому з’являється смуга поглинання, яку можна пересувати по частоті. Щоб змістити таку смугу, потрібно просто охолодити матеріал-і гексаферрит стане легко настроюється! в принципі, саме явище таких переміщаються смуг поглинання відомо у фізиці твердого тіла і носить назву «м’які моди». Однак м’яка мода, виявлена в гексаферриті, задала вченим відразу дві загадки: по-перше, сама її поява була повною несподіванкою, а по-друге, її поведінка при зниженні температури відрізняється від запропонованого стандартною теорією. У своїй роботі людмила аляб’єва і співавтори пропонують пояснення обом явищам — і несподіваній появі м’якої моди, і її незвичайній поведінці.
” крім очевидної практичної значущості, дослідження має і чисто фундаментальний інтерес: ми вперше поспостерігали м’яку моду з таким екзотичним температурним поведінкою. Зараз ми активно працюємо над тим, щоб з’ясувати, які фізичні процеси лежать в основі її природи», — говорить борис горшунов, д. Ф.-м. Н., керівник лабораторії терагерцової спектроскопії центру фотоніки і двовимірних матеріалів мфті.
Таким чином, гексаферрит, крім заслуженої слави на магнітному терені має також потенціал для підкорення вершин терагерцової електроніки. Дешевизна виробництва, хімічна стабільність, нетоксичність і екологічність також зіграють тут свою роль.
«звичайно, не обійшлося без проблем: для досконального вивчення властивостей гексаферріта нам були потрібні досить великі кристали, в той час як всі добре відпрацьовані в світі технології працюють на отримання дрібних кристаликів або порошків. Однак і ця проблема поступово долається. Наприклад, унікальні за розміром і якістю кристали для даної роботи були вирощені нашими колегами, групою професора дениса винника в челябінську», — додає людмила аляб’єва, к. Ф.-м. Н., старший науковий співробітник лабораторії терагерцової спектроскопії мфті і перший автор роботи.
У роботі, крім співробітників лабораторії терагерцової спектроскопії центру фотоніки та двовимірних матеріалів мфті, брали участь їхні колеги з інституту загальної фізики ім. А. М. Прохорова ран, південно-уральського державного університету, південного федерального університету, інституту фізики чеської академії наук і карлова університету( чеська республіка), штутгартського і аугсбурзького університетів (німеччина), а також інституту автоматики і електрометрії со ран.
