КАРТОЧКА
ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер 17-72-20105
Название«Разработка, получение и исследование новых сегнетоэлектрических и магнитоэлектрических материалов с заданными функциональными характеристиками, сформированными путем целенаправленного изменения их наноструктуры»
РуководительПоправко Надежда Геннадьевна, Кандидат физико-математических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет", Воронежская обл
| Период выполнения при поддержке РНФ | 07.2017 - 06.2020 | , продлен на 07.2020 - 06.2022. Карточка проекта продления (ссылка) |
Конкурс№24 - Конкурс 2017 года по мероприятию «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.
Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе, 02-205 - Сегнетоэлектрики, диэлектрики, жидкие кристаллы
Ключевые словатонкие сегнетоэлектрические пленки, суперрешетки, композиты, мультиферроики, размерный эффект, функциональные свойства.
Код ГРНТИ29.19.35; 29.19.22
СтатусУспешно завершен
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Настоящий проект посвящен актуальной для физики конденсированных сред и материаловедения задаче, посвященной выяснению физических причин и способов изменения свойств сегнетоэлектрических и магнитоэлектрических материалов путем изменения их структуры на наномасштабном уровне. В качестве факторов, приводящих к указанным изменениям, рассматриваются приповерхностные эффекты в наноструктурированных материалах: неоднородность параметра порядка, электрические поля и механические напряжения, связанные с обрывом параметра порядка на границах кристаллитов в керамике, с несоответствием кристаллических структур на границах различных слоев или компонент в сегнетоэлектрических сверхрешетках и композитах. На основании изучения влияния указанных факторов в процессе работы над проектом будет проведена оценка изменения температурного интервала существования сегнетофазы и диэлектрического отклика в указанных наноструктурированных сегнетоэлектриках. Указанные эффекты предположительно обусловлены ассиметричной нелинейной зависимостью термодинамического потенциала вблизи равновесного положения вектора поляризации. Несимметричность зависимости термодинамического потенциала от вектора поляризации приводит к уменьшению его длины в случайном электрическом поле зарядов спонтанной поляризации на границах кристаллитов даже в случае его нулевого среднего значения. Уменьшенная указанным полем поляризация попадает в область с меньшей кривизной термодинамического потенциала, что эффективно означает рост диэлектрической проницаемости рассматриваемой системы. Аналогичным образом объясняется и рост диэлектрической восприимчивости в сегнетоэлектрических суперрешетках по сравнению с монодоменным образцом. Причиной его в данном случае является неоднородность материала. А фактором, уменьшающим поляризацию, и, значит, смещающим ее в область менее жесткой решетки являются не случайные поля на границах кристаллитов, а уменьшение поляризации в области контакта с другим материалом.
Изменения характера протекания фазовых превращений в сегнетоэлектрических композитах по сравнению с объемными материалами, как и в других наномасштабных структурах, также связываются с размерными эффектами и приконтактными взаимодействиями. Ведущая роль в изменении точки Кюри в композитах отводится деполяризующим полям вблизи границ включений, а также межмолекулярным взаимодействиям сегнетоэлектрических включений с матрицей. В настоящем проекте предполагается оценить влияние деполяризующих полей и эффектов их экранирования на положение точки Кюри в сегнетоэлектрических композитах. Выявление роли молекулярных связей между матрицей и внедряемой компонентой композитов в формировании внутреннего смещающего поля, затягивающего полярное состояние композитов в область высоких температур, будет достигнуто сравнительным изучением ИК-спектров композитов с разным типом связей. Выявление роли миграционной поляризации и движения доменных границ в формировании дисперсионных зависимостей диэлектрической проницаемости сегнетоэлектрических композитов будет достигнуто путем изучения частотной зависимости диэлектрических свойств и проводимости композитов в широком интервале частот, включающем инфра низкочастотный, килогерцовый и мегагерцовый диапазоны.
Как показывает эксперимент, магнитоэлектрический эффект в однофазных материалах оказывается недостаточным для практического использования. Кроме того, в однофазных средах магнитоэлектрический эффект наблюдается при температурах гораздо ниже комнатной, что связано с их низкими температурами Нееля. Создание магнитоэлектрических композитов позволило преодолеть проблему повышения как величины магнитоэлектрического отклика, так и рабочих температур его наблюдения. В композиционных материалах магнитоэлектрический эффект является произведением магнитострикционного и пьезоэлектрического эффектов его компонентов, взаимодействующих между собой через механическую связь, что обеспечивает на порядки более высокую эффективность композитов по сравнению с однофазными составами.
Практическое использование магнитоэлектрического эффекта в мультиферроиках требует их постоянной намагниченности, которая традиционно обеспечивается приложением постоянного магнитного поля, что затруднено технологически. В последнее время большое внимание уделяется так называемым самосмещенным мультиферроикам, в которых постоянная намагниченность обеспечивается градиентным распределением магнитных гранул в магнитострикционном слое. Изучение данного эффекта, позволяющее исключить на практике использование постоянных магнитов, предполагается в данной работе.
Таким образом, в результате проводимых в проекте исследований будет показано, что искусственное создание сегнетоэлектрических и магнитоэлектрических материалов, структурированных на наномасштабном уровне, является эффективным способом управления их функциональными характеристиками.
Решение задач проекта позволит выявить новые способы управления свойствами нанообъектов и создаст научную основу для качественного обновления элементной базы современной электроники.
Ожидаемые результаты
Планируемыми результатами настоящего проекта являются:
1. Образцы тонких сегнетоэлектрических пленок с управляемой величиной внутреннего поля в составе интегрированных гетероструктур и сегнетоэлектрических суперрешеток с варьируемой нелинейностью диэлектрической постоянной.
2. Образцы сегнетоэлектрических композитов, обладающих заданной глубиной дисперсии диэлектрических свойств в определенных частотных диапазонах.
3. Образцы новых многослойных нано- и микроструктур ферромагнетик - пьезоэлектрик с высокими значениями магнитоэлектрического коэффициента для использования в качестве датчиков переменного магнитного поля и перекрестного управления рабочими параметрами устройств.
4. Закономерности влияния деполяризующих полей и эффектов экранирования поляризации свободными носителями заряда на фазо