Магнитоэлектрический материал на основе феррита висмута

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ ФЕРРИТА ВИСМУТА(71) Заявитель Государственное научнопроизводственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(72) Авторы Бушинский Максим Викторович Троянчук Игорь Олегович Шаповалова Елена Федоровна Чобот Александра Николаевна(73) Патентообладатель Государственное научно-производственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(57) Магнитоэлектрический материал на основе феррита висмута, отличающийся тем, что дополнительно содержит оксид титана при следующем соотношении компонентов в пересчете на оксиды, мол.23 47,448,1 23 42,244,2 2 7,710,4. Изобретение относится к области электроники, в частности к магнитоэлектрическим материалам на основе сложных оксидов висмута со структурой перовскита. Такие материалы, сочетающие ферромагнитные и сегнетоэлектрические свойства (мультиферроики),представляют большой интерес для применений в устройствах хранения и обработки информации, спинтронике. Известен феррит висмута 3 - соединение, обладающее рекордно высокими температурами электрического (Тс 1083 К) и магнитного (Т 643 К) упорядочений, что позволяет использовать его в качестве датчиков различного типа. Недостатком этого магнитоэлектрического материала является то, что магнитоэлектрические взаимодействия в объемных образцах чистого 3 невелики. Это обусловлено тем, что основная антиферромагнитная структура -типа модулирована циклоидой с большим периодом 6401. В этой фазе линейный магнитоэлектрический эффект запрещен,однако разрешен квадратичный магнитоэлектрический эффект, который значительно меньше линейного по величине. Для реализации линейного магнитоэлектрического взаимодействия необходимо разрушить несоразмерную магнитную структуру, что ведет к появлению спонтанной намагниченности. Это возможно сделать путем приложения больших по величине магнитных (около 200 кЭ) или электрических полей (порядка 200 кВ/см), эпитаксиальных напряжений и различных химических замещений. 13699 1 2010.10.30 Известен магнитоэлектрический материал 2, который представляет собой монокристаллическую пленку с ориентацией (001) феррита висмута 3 с тетрагональной структурой и используется в качестве сегнетоэлектрического элемента запоминающего устройства. По своей сущности он наиболее близок к предлагаемому изобретению и выбран в качестве прототипа. К недостаткам указанного материала следует отнести невысокую эффективность магнитоэлектрических преобразований, связанную с отсутствием спонтанной намагниченности, а также сложность аппаратуры и высокие энергозатраты, необходимые для получения монокристаллических пленок. Задачей, решаемой данным изобретением, является улучшение параметров магнитоэлектрического материала на основе феррита висмута (наличие спонтанной намагниченности) и снижение энергетических затрат на его получение. Поставленная задача решается тем, что магнитоэлектрический материал на основе феррита висмута дополнительно содержит оксид титана при следующем соотношении компонентов в пересчете на оксиды, мол.48,1-47,4 23 23 44,2-42,2 Т 2 7,7-10,4. Результаты структурных и магнитных исследований в больших полях (до 140 кЭ) твердых растворов на основе 3 показали, что эффективным способом реализации слабоферромагнитного состояния в мультиферроиках типа 3 в сегнетоэлектрической фазе с симметрией 3 является замещение ионов висмута четырехвалентными ионами титана. В твердых растворах 1-3 при 0,1 модулированная антиферромагнитная структура полностью разрушается и реализуется слабоферромагнитное состояние за счет магнитоэлектрических взаимодействий. В этой магнитной фазе разрешен линейный магнитоэлектрический эффект. На фиг. 1 представлена зависимость намагниченности пленки феррита висмута от внешнего поля 3. Как видно из графика, в данном материале спонтанная намагниченность отсутствует. На фиг. 2 изображены графики зависимости намагниченности от величины магнитного поля твердых растворов 1-3, свидетельствующие о наличии спонтанной намагниченности М. Сопоставительный анализ нового решения с прототипом показывает, что заявляемый магнитоэлектрический материал отличается от известного тем, что содержит дополнительно оксид титана. Таким образом, заявляемый магнитоэлектрический материал соответствует критерию изобретения новизна. Пример конкретного осуществления. Поликристаллические образцы серии твердых растворов 1-3 ( 0,02 0,08 0,11 0,14) были получены из смеси простых оксидов, взятых в стехиометрическом соотношении. Небольшой излишек оксида висмута (2-3 ) был добавлен в исходную шихту для компенсации потерь этого элемента в процессе синтеза вследствие летучести висмута. Смешивание оксидов проводилось в планетарной мельнице фирмыв течение 30 мин. Для получения однородных по химическому составу образцов условия синтеза на воздухе варьировались в пределах Т(850-920) С и длительность 30 минут. Увеличение температуры и времени синтеза способствовало химической однородности образцов. Рентгенофазовый анализ проведен на дифрактометре ДРОН-3 М в - излучении. Для магнитных измерений отбирались гомогенные образцы, не содержащие примесей. Измерения намагниченности в полях до 140 кЭ проведены на универсальной установке для измерения физических свойств ( ). Конкретные примеры составов системы 1-3 приведены в таблице. Из таблицы следует, что наибольшей остаточной намагниченностью в данной серии образцов обладают составы с 0,11 и 0,08 (0,25 / и 0,2 /). Преимуществом заявляемого материала является наличие спонтанной намагниченности, что расширяет эффективность магнитоэлектрических преобразований, кроме того, его производство требует меньших энергозатрат по сравнению с известным. Это позволит использовать заявляемый материал в датчиках различного типа, в устройствах хранения и обработки информации. Источники информации 1. , . , .,В 180-181, 117 (1992). 2.7,436,013. 3. Кадомцева А.М., Звездин А.К., Попов Ю.Ф., Пятаков А.П., Воробьев Г.П. // Письма в ЖЭТФ. - 79. - 571. - 2004. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3