Ученые из Сибирского федерального университета, Института физики имени Л. В. Киренского СО РАН и Сибирского университета науки и технологий ведут плодотворное сотрудничество, в центре внимания которого — уникальные свойства магнитных наногранулированных композитов. Последние достижения их работы помогают углубить понимание процессов, протекающих в этих материалах, и открывают путь к прорывным технологиям, востребованным в современных информационных системах, электронике и других динамично развивающихся областях.
Междисциплинарный подход и поддержка ведущих научных фондов
Исследовательский проект получил поддержку Российского фонда фундаментальных исследований и Красноярского краевого фонда поддержки научной и научно-технической деятельности, что свидетельствует о важности поисков новых знаний на стыке физики, материаловедения и инженерных наук. Для выполнения этой работы были собраны лучшие силы из ведущих сибирских научных центров и высших учебных заведений, что позволило выполнить детальные микромагнитные расчеты и создать эффективные модели изучаемых материалов.
Важность магнитного гистерезиса и роль наночастиц
Современные нанокомпозиты, в основе которых лежат магнитные наночастицы, нашли широкое применение в различных областях: биомедицине, экологическом мониторинге, инновационных способах катализа, а также в быстрорастущем направлении наноэлектроники. Ключ к дальнейшему развитию этих технологий – это тонкая настройка магнитного гистерезиса материала благодаря управлению структурой и концентрацией наночастиц.
Петля магнитного гистерезиса характеризует уникальную способность системы «помнить» свое прошлое: она отражает задержку между приложенным внешним действием и реакцией материала, определяя тем самым его свойства. В то время как поведение одной изолированной наночастицы уже достаточно хорошо изучено, в случае их большого количества важнейшую роль начинают играть взаимодействия между частицами. Наиболее значимо в этом отношении магнитное диполь-дипольное взаимодействие, которое не исчезает даже при значительных расстояниях между наночастицами, оказывая влияние на общую магнитную отдачу материала.
Микромагнитное моделирование и новые открытия
Применяя современные методы микромагнитного моделирования, ученые подробно исследовали, как организация наночастиц на плоскости и варьирование их концентрации влияют на магнитные параметры композита. В расчетах учитывалась не только беспорядочная, максимально близкая к реальной, ориентация наночастиц, но и случайное направление их осей лёгкого намагничивания. Это позволило максимально приблизиться к условиям, характерным для магнитометрических экспериментов порошковых образцов и композитов, где наночастицы заключены в немагнитную матрицу.
В результате удалось установить, что дипольные взаимодействия не просто усложняют поведение системы, а качественно меняют зависимость коэрцитивной силы (т.е. напряженности магнитного поля, необходимой для размагничивания) от объёмной концентрации наноразмерных частиц. От гладкой, монотонной связи система переходит к зависимости с максимумом, что раньше не наблюдалось. Эта особенность объясняется соотношением между энергией магнитной анизотропии отдельных наночастиц и энергией их коллективного дипольного взаимодействия.
Практическое значение для техники и новых разработок
Описанная модель и полученные результаты открывают путь к созданию наногранулированных плёнок с заранее заданными магнитными характеристиками. Особенно перспективно применение таких структур в магнитных датчиках высокой чувствительности, устройствах для экранирования магнитных помех и элементах памяти магнитооптических систем. Наукоёмкие расчеты, выполненные сибирскими физиками, позволяют подобрать оптимальное соотношение магнитной и немагнитной фазы, чтобы получить необходимую петлю магнитного гистерезиса и повысить надёжность аппаратуры.
Гранулированные плёнки с наноразмерными магнитными включениями — это ключевые материалы для современной радио- и микроэлектроники. Их внедряют в высокочастотную электронику, вычислительные системы, а также для создания новых беспроводных сетей передачи информации, где такие структуры помогают значительно ускорить обмен данными. Важно, что свойства композитов можно тонко регулировать количеством магнитных гранул, добиваясь высокой насыщенной намагниченности, большого электрического сопротивления и впечатляюще широкого диапазона магнитной проницаемости.
Перспективы применения и дальнейших исследований
Выполненная работа подтверждает высокий научно-технический потенциал сотрудничества между СФУ, Институтом физики имени Л. В. Киренского СО РАН и Сибирским университетом науки и технологий. Полученные данные станут основой для дальнейших исследований в области магнитоуправляемых материалов, производства новых элементов информационных и биомедицинских устройств.
Кроме фундаментального значения, проект закладывает основы для развития высокотехнологичной промышленности, выпускающей уникальные магнитные материалы, востребованные на мировом рынке микроэлектроники и коммуникаций.
Новые горизонты для молодых учёных и инноваций
Поддержка, оказанная Российским фондом фундаментальных исследований и Красноярским краевым фондом, создает отличные условия для вовлечения молодых исследователей в самые современные направления науки. Проект служит примером того, как синергия фундаментальных исследований и технологических задач способна приводить к открытиям, формирующим будущее всей отрасли.
Сегодня магнитные нанокомпозиты уверенно заявляют о себе как о материалах завтрашнего дня – и это счастливо подтверждает успешная работа сибирских ученых, придавая уверенности и оптимизма в ожидании новых значимых открытий.
Источник: scientificrussia.ru
