• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
11.10.2021
ФизТех
4 689

Просто добавь свинца: самый известный магнитный материал задаст тон электронике будущего

4.5

Ученые из МФТИ изучили новые свойства одного из самых популярных в мире материалов для производства магнитов. Оказалось, что его можно применять в электронике нового поколения — терагерцовых приборах.

Просто добавь свинца: самый известный магнитный материал задаст тон электронике будущего / ©Getty images

Работа опубликована в журнале группы Nature — NPG Asia Materials. Терагерцовые технологии пока не плотно вошли в нашу повседневную жизнь, но ввиду их бурного развития этот день явно не за горами. Многие из нас, сами того не зная, уже соприкоснулись с терагерцовыми приборами, например проходя на посадку в аэропорту через сканер для досмотра. Это лишь один из множества примеров терагерцовых приборов. Область их применения охватывает медицину, телекоммуникации, информационную безопасность и многие другие сферы.

Но чего же не хватает перспективным технологиям для уверенного развития? Ответ прост — материалов. Тех самых «кирпичиков», из которых ученые и инженеры строят наше с вами будущее. И здесь на сцену выходят гексаферриты. Несмотря на непривычное название, на самом деле гексаферриты хорошо знакомы любому человеку, который держал в руках банковскую карточку, карту-ключ от номера в отеле или кассету с магнитной лентой. эти вещи объединяет одно — магнитные полоски в них сделаны из гексаферрита. Внешне невзрачное черно-коричневое вещество, как оказалось, весьма привлекательный магнитный материал.

А тот факт, что гексаферриты еще и достаточно дешевы в производстве, так как их получают из отходов металлургии и машиностроения, позволил им развернуться во всю мощь на магнитном рынке и занять добрую его треть с годовым оборотом в миллиарды долларов. Однако прославившие гексаферрит магнитные свойства заставили незаслуженно забыть о других его выдающихся качествах. Исторически научное изучение гексаферритов шло довольно однобоко: ученые немного меняли химическую формулу и смотрели, как это скажется на магнитных характеристиках. Другие исследования если и проводились, то с сильно меньшим энтузиазмом.

Ученые из МФТИ в соавторстве с российскими и зарубежными коллегами впервые изучили потенциал гексаферрита для терагерцовых технологий. Результат оказался впечатляющим. Одна из желанных характеристик материала в современном приборостроении — настраиваемость, то есть возможность целенаправленно менять свойства вещества (например, меняя температуру, управлять прозрачностью материала и так далее).

Именно настраиваемость гексаферритов и вызвала восторг исследователей. Людмила Алябьева с коллегами исследовали гексаферрит бария-свинца. Оказалось, что если в гексаферрит бария добавить свинец, это значительно изменит его терагерцовый отклик, то есть характер взаимодействия с терагерцовым излучением.

Изучая, как количество добавленного в гексаферрит свинца влияет на способность поглощать терагерцы, ученые обнаружили, что при определенной концентрации свинца отклик меняется внезапно и неожиданным образом. В нем появляется полоса поглощения, которую можно передвигать по частоте. Чтобы сместить такую полосу, нужно просто охладить материал — и гексаферрит станет легко настраиваемым! В принципе, само явление таких перемещающихся полос поглощения известно в физике твердого тела и носит название «мягкие моды».

Однако мягкая мода, обнаруженная в гексаферрите, задала ученым сразу две загадки: во-первых, само ее появление было полной неожиданностью, а во-вторых, ее поведение при понижении температуры отличается от предписываемого стандартной теорией. В своей работе Людмила Алябьева и соавторы предлагают объяснение обоим явлениям — и неожиданному появлению мягкой моды, и ее необычному поведению.

«Помимо очевидной практической значимости, исследование имеет и чисто фундаментальный интерес: мы впервые пронаблюдали мягкую моду с таким экзотическим температурным поведением. Сейчас мы активно работаем над тем, чтобы выяснить, какие физические процессы лежат в основе ее природы», — говорит Борис Горшунов, доктор физико-математиченских наук, руководитель лаборатории терагерцовой спектроскопии Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ.

Таким образом, гексаферрит, кроме заслуженной славы на магнитном поприще имеет также потенциал для покорения вершин терагерцовой электроники. Дешевизна производства, химическая стабильность, нетоксичность и экологичность также сыграют здесь свою роль. «Конечно, не обошлось без проблем: для досконального изучения свойств гексаферрита нам требовались достаточно большие кристаллы, в то время как все хорошо отработанные в мире технологии работают на получение мелких кристалликов или порошков.

Однако и эта проблема постепенно преодолевается. Например, уникальные по размеру и качеству кристаллы для данной работы были выращены нашими коллегами, группой профессора Дениса Винника в Челябинске», — добавляет Людмила Алябьева, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории терагерцовой спектроскопии МФТИ и первый автор работы.

В работе, кроме сотрудников лаборатории терагерцовой спектроскопии Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ, принимали участие их коллеги из Института общей физики имени А. М. Прохорова РАН, Южно-Уральского государственного университета, Южного федерального университета, Института физики Чешской академии наук и Карлова университета (Чешская Республика), Штутгартского и Аугсбургского университетов (Германия), а также Института автоматики и электрометрии СО РАН.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), известен также как Физтех — ведущий российский вуз по подготовке специалистов в области теоретической, экспериментальной и прикладной физики, математики, информатики, химии, биологии и смежных дисциплин. Расположен в городе Долгопрудном Московской области, отдельные корпуса и факультеты находятся в Жуковском и в Москве.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Вчера, 10:00
РНФ

Группа ученых из России и Германии математически описала ситуацию, когда происходит самоостановка света — явление, при котором скорость световых импульсов падает в миллионы раз, вплоть до нуля. Оказалось, что в определенных условиях излучение в резонансно поглощающей среде создает для себя «потенциальную яму», из которой затем не может выйти. Это происходит за счет обволакивания материей безмассовых фотонов, и в результате они могут остановиться.

Позавчера, 10:02
Сергей Васильев

Распространяясь в популяциях крупных жвачных животных, паразиты незаметно оказывают мощное влияние на целые экосистемы, позволяя растительности спокойно развиваться и процветать.

Вчера, 16:09
Сергей Янкин

При помощи численного моделирования электромагнитных, механических и акустических процессов компания Tectonic Audio Labs создала современный динамик со сбалансированным излучателем (технология balanced mode radiator, или BMR). Динамик был использован в гарнитуре виртуальной реальности (VR) для корпорации Valve и теперь считается золотым стандартом для VR-аудио.

20 мая
Мария Азарова

Ученые предупреждают: поскольку вес современных комбайнов и прочей сельхозтехники сегодня приближается к весу самых крупных животных, когда-либо бродивших по Земле, возникает парадокс уплотнения грунта.

Вчера, 10:00
РНФ

Группа ученых из России и Германии математически описала ситуацию, когда происходит самоостановка света — явление, при котором скорость световых импульсов падает в миллионы раз, вплоть до нуля. Оказалось, что в определенных условиях излучение в резонансно поглощающей среде создает для себя «потенциальную яму», из которой затем не может выйти. Это происходит за счет обволакивания материей безмассовых фотонов, и в результате они могут остановиться.

Позавчера, 10:02
Сергей Васильев

Распространяясь в популяциях крупных жвачных животных, паразиты незаметно оказывают мощное влияние на целые экосистемы, позволяя растительности спокойно развиваться и процветать.

26 апреля
Василий Парфенов

Крупнейшие патентные ведомства мира десятилетиями или веками принципиально игнорируют любые конструкции, нарушающие начала термодинамики. С точки зрения здравого смысла это хорошо, но конспирологи и гении-самоучки считают иначе. По их мнению, такая политика стала результатом заговора (подставьте сюда любое вымышленное или не очень секретное общество либо лобби). Что ж, похоже, Роспатент встал на их сторону.

27 апреля
Александра Медведева

С помощью GPS-трекинга ученые проследили за перемещениями целой популяции домашних кошек в небольшом норвежском городке. Оказалось, питомцы редко уходят от дома далее 50 метров и почти не совершают длительных прогулок.

28 апреля
Мария Азарова

Авторы нового исследования составили таблицу ожидаемой продолжительностью жизни для собак 18 чистокровных пород и метисов. Кроме того, они узнали, кто живет дольше — суки или кобели, кастрированные или нет.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: