Мы используем cookie файлы.
Пользуясь сайтом, вы соглашаетесь с нашей Политикой конфиденциальности.

Лаборатория магнитных MAX материалов

Приглашенный ученый Фарле Михаэль Германия
Номер договора
075-15-2019-1886
Период реализации проекта
2019-2021
Заведующий лабораторией

По данным на 15.02.2021

11
Количество специалистов
18
научных публикаций
2
Объектов интеллектуальной собственности
Общая информация

Магнитные материалы считаются важным классом материалов, которые необходимо адаптировать и оптимизировать для различных применений, начиная от наноразмерного уровня, т.е. хранения и записи магнитных данных, а также спинтроники, заканчивая массивными постоянными магнитами, используемыми в моторах и генераторах (электромобили, ветрогенераторы), а также в магнитном охлаждении (например, кондиционирование воздуха), чтобы уменьшить выбросы парниковых газов. В 2013 году впервые был представлен новый класс магнитных материалов - магнитные материалы MAX-фазы. Хотя несколько различных составов уже продемонстрировали многообещающие для применения магнитные свойства, намагниченность и температура магнитного упорядочения остаются довольно низкими. Усилия ученых лаборатории направлены на разработку magMAX материалов с высокой намагниченностью, контролируемой большой или малой коэрцитивностью и более высокими температурами упорядочения посредством селективного легирования и интеркалирования материалами с высоким магнитным моментом. Такие инновационные материалы имеют большое технологическое значение, так как они предлагают возможности самовосстановления, могут быть интегрированы в магнитные охлаждающие устройства, постоянные магниты для турбин или двигателей с прямым электроприводом и могут найти применение в стойких к окислению и износу датчиках и приводах, которые востребованы для интернета вещей.

Название проекта:

Естественные нанослойные материалы, перспективные для преобразования энергии


Цели и задачи

Цель проекта:

Разработка, исследование и тестирование новых магнитных и сверхпроводящих высокостойких к окислению фаз MAX материалов для применения в магнитной записи, постоянных магнитах, магнитном охлаждении и спинтронике

Направление исследований: технологии материалов

Практическое значение исследования
Научные результаты:

Для синтеза и in situ исследований тонких пленок MAX материалов была разработана концепция, дизайн и конструкция сверхвысоковакуумной системы, совмещающей методы синтеза, магнетронного распыления и импульсного лазерного осаждения материалов.

Были разработаны подходы для прогнозирования выгодных гетероэпитакисиальных интерфейсов MAX-фаз с различными подложками, а также прогнозирования образования вторичных фаз в зависимости от химического состава смеси осаждаемых материалов.

Был исследованы оптические и магнитооптические характеристики тестовых плёнок MAX-фаз. Полученные температурные зависимости позволили выявить структурные фазовые переходы и изменение магнитного упорядочения, претерпеваемые материалом при низких температурах.

Образование и переподготовка кадров:

В работе лаборатории принимают участие студенты красноярских ВУЗов, Сибирского федерального университета (СФУ) и Сибирского государственного университета науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева (СибГУ), научно-исследовательская работа студентов, преддипломная и дипломная практика. Являясь сотрудниками лаборатории, четверо аспирантов занимаются исследования магнитных МАХ материалов. За время выполнения проекта защищена одна диссертация кандидата физико-математических наук, а также пройдена два курса повышения квалификации.

Организационные и инфраструктурные преобразования:

Лаборатория магнитных MAX материалов создана на базе Института физики им.Л.В. Киренского СО РАН – обособленного подразделения Красноярского научного центра СО РАН. В лаборатории установлено уникальное оборудование - сверхвысоковакуумный технологический комплекс для синтеза MAX-материалов.

Сотрудничество:

Исследования по заявленной теме проводятся в сотрудничестве с факультетом физики университета Дайсбурга (Германия), а также отделением физики тонких пленок факультета Физики, Химии и биологии университета Линчёпинга (Швеция), которые являются мировыми лидерами в области синтеза и исследований магнитных МАХ материалов.

Ведется сотрудничество с Сибирским федеральным университетом (СФУ) и Сибирским государственным университетом науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева (СибГУ) в области образовательной деятельности, в рамках проекта проводится стажировка студентов и аспирантов СФУ.



научные результаты

В процессе реализации Мегагранта был создан уникальный сверхвысоковакуумный комплекс для роста магнитных MAX-фаз, сочетающей импульсное лазерное осаждение (PLD) и осаждение магнетронным распылением. Установка оснащена высокоинформативными методами in situ анализа для обнаружения наилучшего состава магнитных MAX материалов. Ведется синтез трехкомпонентных систем со стехиометрией МАХ фаз. Разработана методика in situ измерения магнитной восприимчивости тонких пленок с магнитной анизотропией в температурном диапазоне от 300 до 900 K. Разработан метод магнитооптической спектроскопии непрозрачных оптически-анизотропных ферро- и ферримагнетиков. Разработана технология синтеза эпитаксиальных пленок стехиометрического состава (Cr1-xMnx)2GeC и (Cr1-xMnx)2SiC (x=0÷1) методами магнетронного и импульсно-лазерного осаждения на подложках MgO(111) и Al2O3(0001).

Получены тонкие эпитаксиальные пленки Cr2GeC на подложках MgO(111) и Al2O3 (0001).

Исследованы оптические свойства и процесс пассивации поверхности на воздухе эпитаксиальной MAX-пленки (Cr0.5Mn0.5)2GaC. Теоретически исследовано влияние последовательного атомарного замещения хрома железом в МАХ-фазах (Cr4-xFex)0,5SiC на их магнитные свойства.

 

- Внедрение результатов исследования

Материалы MAX-фазы (Mn+1AXn, n = 1, 2 или 3) представляют собой семейство нано-слоистых гексагональных соединений. В этих материалах М является ранним переходным металлом, А - элемент основной группы, а Х – это С или N. Слоистая анизотропная кристаллическая структура сочетает в себе как керамические, так и металлические характеристики - стойкость к высокотемпературному окислению, способность к самовосстановлению и устойчивость к термическому шоку. Такие выдающиеся механические свойства МАХ-материалов делают их интересными для поддающихся механической обработке, термоустойчивых огнеупоров, нагревательных элементов или покрытий для электрических контактов. С точки зрения применений MAX-фазы показали многообещающие свойства для аккумуляторов и сверхвысокочастотных устройств. Кроме того, некоторые MAX-фазы служат прекурсорами для синтеза максенов (MXenes), то есть двумерных карбидов переходных металлов, с определённым терминированием оборванных химических связей, образующихся в ходе расслоения исходного МАХ материала.

Детальное изучение магнитных свойств первых синтезированных МАХ-материалов с дальним магнитным порядком ((Cr0,75Mn0,25)2GeC и Mn2GaC) привело к открытию первой магнитокалорической MAX-фазы Mn2GaC с высокой температурой упорядочения и инверсией знака магнитострикции и магнитосопротивления при фазовом переходе. Обнаруженные свойства Mn2GaC предлагают новые функциональные возможности для интеллектуальных датчиков и актуаторов, которые востребованы для интернета вещей.

- Образование и переподготовка кадров

ü Защищены 3 кандидатские и представлена защите 1 докторская диссертация

ü Разработана 1 образовательная программа

ü Организованы и проведены 2 международных семинара с участием ведущих специалистов в области МАХ фаз

1)            Международный онлайн-семинар по функциональным MAX-материалам (FunMAX 2020), 56 участников, в том числе 4 студента и 5 аспирантов, Красноярск online.

2)            Международный онлайн-семинар по функциональным MAX-материалам (FunMAX 2021), 91 участник, в том числе 12 студентов и 20 аспирантов, Красноярск online.

ü Пройдены стажировки студентами и аспирантами в университетах Испании и Германии

1)            Стажировка Бондарева М.А. в 2021 году в университете Дайсбурга г.Дайсбург-Эссен, Германия.

2)            Стажировка Бондарева И.А. в 2021 году в университете Дайсбурга г.Дайсбург-Эссен, Германия.

3)            Стажировка Смоляровой Т.Е. в 2020 году в Университете г. Сантьяго-де-Компостела, Испания. Международная программа кредитной мобильности Erasmus + с номером проекта 2019-1-ES01-KA107-062820

4)            Стажировка Смоляровой Т.Е. в 2021 году в Университете г. Сантьяго-де-Компостела, Испания. Программа международной кредитной мобильности Erasmus+ с номером проекта 2020-1-ES01-KA107-079022

 

сотрудничество

В ходе выполнения проекта нами велась активная совместная работа с группой профессора Михаэля Фарле из университета Дуйсбурга-Эссена (University of Duisburg-Essen). При благоприятных обстоятельствах коллаборации будут возобновлены, в особенности, в области тонких пленок МАХ фаз. В настоящее время ведется сотрудничество с группой из Балтийского федерального университета, занимающейся синтезом объемных МАХ фаз, а также с группой из Лаборатории физики ферроиков ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН, занимающейся вопросами сверхбыстрого магнетизма.



Скрыть Показать полностью
S. Lyaschenko, O. Maximova, D. Shevtsov, S. Varnakov, I. Tarasov, U. Wiedwal, J. Rosen, S. Ovchinnikov, M. Farle.
Optical and magneto-optical properties of epitaxial Mn2GaC MAX phase thin film. J. Magn. Magn., 2021, 528, 167803; DOI: 10.1016/j.jmmm.2021.167803
Vyacheslav S. Zhandun, Natalia G. Zamkova, Oksana N. Draganyuk, Aleksey S. Shinkorenko, Ulf Wiedwald, Sergey G. Ovchinnikov and Michael Farle.
The effect of the composition and pressure on the phase stability and electronic, magnetic, and elastic properties of M2AX (M = Mn, Fe; A = Al, Ga, Si, Ge; X = C, N) phases. Phys. Chem. Chem. Phys, 2021,23, 26376; DOI: 10.1039/d1cp03427h
H. Pazniak., M. Stevens, M. Dahlqvist, B. Zingsem, L. Kibkalo, M. Felek, S. Varnakov, M. Farle, J. Rosen, U. Wiedwald
Phase Stability of Nanolaminated Epitaxial (Cr1–xFex)2AlC MAX Phase Thin Films on MgO(111) and Al2O3(0001) for Use as Conductive Coatings. ACS Appl. Nano Mater. 2021, 4, 12, 13761–13770; DOI: 10.1021/acsanm.1c03166
M. Stevens, H. Pazniak, A. Jemiola, M. Felek, M. Farle and U. Wiedwald
Pulsed laser deposition of epitaxial Cr2AlC MAX phase thin films on MgO(111) and Al2O3(0001). MATER. RES. LETT., 2019, 9(8), 343-349; DOI: 10.1080/21663831.2021.1920510
O. Maximova, S. Ovchinnikov, and S. Lyaschenko
Analytical calculation of dielectric permittivity tensor from magneto-optical ellipsometry measurements. J. Phys. A: Math. Theor. 54 (2021) 295201 (10pp); DOI: /10.1088/1751-8121/abfe72
Filipp A. Baron, Yurii L. Mikhlin, Maxim S. Molokeev, Mikhail V. Rautskiy, Ivan A. Tarasov, Mikhail N. Volochaev, Lev V. Shanidze, Anna V. Lukyanenko, Tatiana E. Smolyarova, Stepan O. Konovalov, Fyodor V. Zelenov, Anton S. Tarasov, and Nikita V. Volkov
Structural, Optical, and Electronic Properties of Cu-Doped TiNxOy Grown by Ammonothermal Atomic Layer Deposition. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2021, 13(27), 32531-32541; DOI: 10.1021/acsami.1c08036
D. Smolyakov, A. Tarasov, L. Shanidze, I. Bondarev, F. Baron, A. Lukyanenko, I. Yakovlev, M. Volochaev, and N. Volkov
Effect of Magnetic and Electric Fields on the AC Resistance of a Silicon-on-Insulator-Based Transistor-Like Device. Phys. Status Solidi A 2021, 2100459; DOI: 10.1002/pssa.202100459
Anton S. Tarasov, Ivan A. Tarasov, Ivan A. Yakovlev, Mikhail V. Rautskii, Ilya A. Bondarev, Anna V. Lukyanenko, Mikhail S. Platunov, Mikhail N. Volochaev, Dmitriy D. Efimov, Aleksandr Yu. Goikhman, Boris A. Belyaev, Filipp A. Baron, Lev V. Shanidze, Michael Farle, Sergey N. Varnakov, Sergey G. Ovchinnikov, and Nikita V. Volkov
Formation of asymmetric interfaces in epitaxial off-stoichiometric Fe3+xSi1-x/Ge/Fe3+xSi1-x hybrid structures: their origin and the effect on physical properties. Nanomaterails (MDPI), 2022, 12, 131; DOI: 10.3390/nano12010131
Victoria G. Grossman, Maxim S. Molokeev, Bair G. Bazarov, Jibzema G. Bazarova
Potassium and thallium conductors with a trigonal structure in the M2MoO4–Cr2(MoO4)3–Hf(MoO4)2 (M = K, Tl) systems: Synthesis, structure, and ionic conductivity. J. Alloys Compd., 2021,873, 159828; DOI: 10.1016/j.jallcom.2021.159828
Lev V. Shanidze, Anton S. Tarasov, Mikhail V. Rautskiy, Fyodor V. Zelenov, Stepan O. Konovalov, Ivan V. Nemtsev, Alexander S. Voloshin, Ivan A. Tarasov, Filipp A. Baron, and Nikita V. Volkov
Cu-Doped TiNxOy Thin Film Resistors DC/RF Performance and Reliability. Appl. Sci., 2021, 11(16), 7498; DOI: 10.3390/app11167498
Новости лаборатории
Другие лаборатории и ученые
Лаборатория, принимающая организация
Область наук
Город
Приглашенный ученый
Период реализации проекта
Международный научно-исследовательский центр «Пьезо- и магнитоэлектрические материалы»

Томский государственный университет (НИУ) - (ТГУ)

Технологии материалов

Томск

Холкин Андрей Леонидович

Португалия, Россия

2021-2023

Лаборатория перспективных сталей для сельскохозяйственной техники

Российский государственный аграрный университет – МСХА им. К. А. Тимирязева - (РГАУ-МСХА имени К.А.Тимирязева)

Технологии материалов

Москва

Кайбышев Рустам Оскарович

Россия

2021-2023

Лаборатория наноструктурных поверхностей и покрытий

Томский государственный университет (НИУ) - (ТГУ)

Технологии материалов

Томск

Чулков-Савкин Евгений Владимирович

Испания

Кузнецов Владимир Михайлович

Россия

2010-2012