Аннотация результатов, полученных в 2021 году
В 1-й год выполнения проекта коллективом были последовательно выполнены все пункты плана, который был представлен в заявке. Выполнено совершенствование метода измерения электродинамических параметров с использованием коаксиальной линии передачи при низких температурах в диапазоне частот от 10 МГц до 18 ГГц. Разработана модель и на 3D принтере изготовлена оснастка для проведения измерений в коаксиальной линии передачи. Закуплены лабораторные весы ВЛТЭ 150 для контроля массы исследованных материалов. Куплены темростабилизироанные и фазостабилизироанные кабели для измерения в диапазоне частот 10 МГц до 18 ГГц. За счет гранта куплен сосуд Дюара для транспортировки и хранения жидкого азота. Для увеличения точности измерения использована новая термопара, которая располагается непосредственно в самой линии передачи и непосредственно контактирует с материалом. На основании этого, датчик показывается температуру самого материала, а не линии передачи. Использованы термоизолирующие материалы для уменьшения скорости нагрева линии передачи с азотом. Это существенно уменьшило скорость нагрева и переходные процессы. За счет этого внутри линии передачи регистрировались эффекты вызванные температурой. Выполнены серии измерений S - параметров для новых материалов с заданным внедрением элементов. Подготовлены образцы материалов с допированием различными элементами, такими как Sc скандий, Ni никель, In индий. Степень допирования элементами варьировалась в диапазоне х=0.00 - 0.1 Сами образцы были представлены в виде порошков с размерами частиц порядка 40 нм. Такой размер частиц позволяет нивелировать влияние воздуха за счет уменьшения пространства между частицами. Технология изготовления, морфологический состав полученных материалов описан в статьях. С помощью отрезка коаксиальной линии передачи были подготовлены и выполнены измерения S – параметров исследуемых материалов в диапазоне частот от 10 МГц до 18 ГГц . Для измерения электродинамических параметров материала в широком диапазоне частот воспользуемся воздушной коаксиальной линией передачи. Поскольку волновое сопротивление такой линии постоянно и не зависит от частоты. Для измерения электродинамических параметров исследуемых материалов, используем отрезок коаксиальной линии передачи с воздушным заполнением. Длина отрезка коаксиальной линии составляет 50 мм, диаметр внешнего проводника 7 мм, внутреннего 3 мм. Частицы порошка исследуемого материала имеют размер 40 нм. За счёт этого при заполнении пространства между внешним и внутренним проводником отрезка коаксиальной линии уменьшается вероятность появления пустот, которые могут повлиять на измеренные параметры. Исследуемый материал в коаксиальной линии с двух сторон зажимается полистироловыми кольцами шириной 3 мм. Поскольку диэлектрическая и магнитная проницаемость пенопласта в исследуемом диапазоне частот имеют значения равные 1, то их влиянием при дальнейших расчётах можно пренебречь. При измерении S параметров коаксиальной линии передачи с исследуемым материалом в качестве диэлектрика, использовалась двухпортовая TRL калибровка. В качестве калибровочных мер использовались: Calibration Kit RPC-N, 50 Ω, LRL Version производства Rosenberger, дополнительная воздушная линия (type N Beadless Air Line) 2553T15 производства Maury и измерительные адаптеры. На основе измеренных значений S - параметров выполнить расчет частотных зависимостей электродинамических параметров. На основе выполненных измерений выполнен расчет реальной и мнимой части диэлектрической и магнитной проницаемостей. Расчёт реальной и мнимой части диэлектрической и магнитной проницаемости, был выполнен с помощью метода Никольсона - Росса - Веера (NRW). Построены трехмерные диаграммы зависимости рассчитанных электродинамических параметров в зависимости от частоты и температуры. Полученные диаграммы приведены впервые в научной литературе в таком широком диапазоне температур (от -180 до +20 градусов Цельсия) и частот (от 10 МГц до 18 ГГц). С помощью полученных трехмерных зависимостей электродинамических параметров от частоты, показано изменение по частоте и температуре. Видны резонансные явления, обусловленные дипольными и магнитными моментами. Описаны основные вклады поляризаций на значения диэлектрических и магнитных проницаемостей, описание механизма проводимости в материале. На основе экспериментальных измерений описаны петли гистерезиса, намагниченность в новых материалах обусловлена выравниванием спинов на границе раздела может измениться и увеличиться намагниченность. Магнитные взаимодействия между жесткой фазой и мягкой фазой исследуемых материалов проявляются в петлях M ~ H, которые описываются следующим образом: излом или сжатие петли гистерезиса в окрестности 0 кЭ отмечен более низким содержанием внедряемого элемента. Обычно это может происходить в H/S магнитных, когда спиновые взаимодействия между отдельными магнитными фазами больше межфазных взаимодействий. Влияние спинового момента магнитомягкой фазы на жесткую компоненту приводит к излому кривой размагничивания. Получена формула для расчета магнетонов Бора и магнитный момент, который оказывает влияние на магнитную проницаемость. На основе уравнения Дебая - Ланжевена объяснена температурная зависимость поведения диэлектрической проницаемости. Показано, что основной вклад в зависимость диэлектрической проницаемости от частоты и температуру оказывает дипольная поляризация. Полученные выводы, формулы, зависимости приведены и описаны в статьях и аппробированы на международных конференциях. Подготовлены и опубликованы научные статьи, проведена апробация результатов исследований на международных конференциях. По итогам первого года выполнения проекта было подготовлено 5 (пять) научных публикаций в международных журналах, индексируемых в БД Scopus. Из них 2 (две) научные публикаций в журналах Q1: Journal of Materials Research and Technology и Advanced Electronic Materials. Одна статья в журнал индексируемый в БД SCOPUS ЧЕЛЯБИНСКИЙ ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ. 2 (две) статьи оформлены в виде докладов на международных конференциях. Эти статьи были проиндексированы БД SCOPUS. Был подготовлен доклад на международной конференции 29th Telecommunications forum TELFOR 2021 (г. Белград, Сербия) и VIII International Conference Engineering & Telecommunication (En&T-2021) (г. Долгопрудный, Россия). Принято участие и апробированы следующие результаты в конференциях: 1) VIII International Conference Engineering & Telecommunication (En&T-2021) (г. Долгопрудный, Россия). 2) IX International Scientific Conference «ACTUAL PROBLEMS OF SOLID STATE PHYSICS» (APSSP-2021) (г. Минск, Республика Беларусь). 3) 29th Telecommunications forum TELFOR 2021, Serbia, Belgrade, November 23-24, 2021.

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
За отчетный период были выполнены работы разработки метода измерения электродинамических параметров с использованием волноводной линии предачи при низких температурах. Для отработки метода измерений были проведены исследования и разработан алгоритм проверки измерений. Алгоритм основан на фундаментальном соотношении Крамерса – Кронига. Алгоритм устанавливает функциональную зависимость между реальной и мнимой частями электродинамических параметров. В ходе выполненных исследований, полученные результаты были оформлены в виде лемм и был описан алгоритм проверки результатов измерения. Экспериментальные данные подтвердили точность измерения диэлектрической проницаемости, равную 10% от ее реального значения. Этой точности достаточно для использования рассматриваемого прибора в качестве измерителя диэлектрической проницаемости порошковых материалов. Основываясь на результатах работы прошлого года, были выбраны на основе индия In, никеля Ni, скандия Sc, цинка Zn и кобальта Co. Были подготовлены образцы магнитотвердо-магнитомягких композитов SrInxFe12-xO4/Ni0.5Zn0.5Fe2O4(0,00 = x = 0,04) (0,00 = x = 0,04) были получены методом многостадийного золь-гель самовоспламенения. Все действующие вещества имели аналитическую степень очистки 99,9%. При синтезе использовали Fe(NO3)3, 9H2O, Ba(NO3)2, Zn(NO3)2, 6H2O, Ni(NO3)2, 6H2O, In(NO3)3. xH2O и C6H8O7. Композиты SrInxFe12-xO4/Ni0.5Zn0.5Fe2O4(0,00 ≤ x ≤ 0,04) были изготовлены методом многостадийного золь-гель синтеза. Структурная характеристика с помощью XRD, SEM и HRTEM демонстрирует сосуществование только двух фаз: магнитотвердых (SrInxFe12-xO4) и магнитомягких (Ni0.5Zn0.5Fe2O4) наночастиц. На основе измеренных значений S – параметров были выполнены расчеты диэлектрической и магнитной проницаемости. Измерения зависимости намагниченности от поля (M ~H) были проведены с целью исследования влияния легирования индием в приготовленных SrInxFe12-xO4/Ni0.5Zn0.5Fe2O4 нанокомпозитах. Кривые намагничивания показали небольшой излом при содержании индия (x ≤ 0,02). Этот излом подавляется с увеличением содержания индия и исчезает при более высоком содержании (x > 0,02). Аналогичным образом, на кривой dM/dHvs H наблюдались два пика при более низком содержании индия (x ≤ 0,02) и становились одним интенсивным пиком при более высоком содержании. Обнаружено, что значения Ms, Mr и Hc увеличивались при легировании индием до (x = 0,01) и затем уменьшались. Полученные результаты свидетельствуют о существовании обменного взаимодействия на поверхности магнитотвердых и магнитомягких наночастиц. Степень межкристаллических дипольных взаимодействий уменьшается с увеличением количества индия в композитах SrInxFe12-xO4/Ni0.5Zn0.5Fe2O4(0,00 ≤ x ≤ 0,04). Кроме того, магнитные сверхобменные взаимодействия существуют между ионами Fe через O в ядре SrInxFe12-x O4 и Ni0.5Zn0.5Fe2O4 наночастиц. Исследование электродинамических свойств демонстрирует сильную корреляцию между содержанием индия и реальной или мнимой диэлектрической проницаемостью. Замена ионов железа индием оказывает заметное влияние на электродинамические свойства при концентрации In более 0,02. Диэлектрическая проницаемость уменьшается пропорционально значению дипольного момента с понижением температуры. При этом действительная и мнимая части магнитной проницаемости уменьшаются во всем диапазоне температур и частот с увеличением степени замещения в соответствии с уменьшением магнитного момента SrInxFe12-xO4/Ni0.5Zn0.5Fe2O4(0,00 ≤ x ≤ 0,04) композиты. Исследованные материалы могут быть использованы в качестве подслоев при проектировании микро полосковых СВЧ-устройств, таких как фазовращатели, делители мощности и др. Из-за потерь материалы могут быть использованы для конструкции аттенюаторов.