Гексаферрит бария с примесями титана позволит создать материал для сверхбыстрой памяти

Ученые из МФТИ объединили оптический и акустический подходы и обнаружили, что добавление титана в гексаферрит бария позволяет создать особую подструктуру в кристаллической решетке. Новый материал может быть использован для создания сверхбыстрой компьютерной памяти. Результаты опубликованы в журнале Scientific Reports.

Мультиферроики  —  это материалы, обладающие одновременно несколькими упорядочениями. Например, они могут одновременно быть сегнетоэлектриками (обладать в определенном диапазоне температур спонтанной поляризацией) и ферромагнетиками (ниже определенной температуры становиться намагниченным в отсутствии внешнего магнитного поля).

Исследователи изучают фундаментальные свойства мультиферроиков, чтобы получать материалы с заданными свойствами или изменять эти свойства направленным образом. Мультиферроики находят применение в технологиях сверхбыстрой магнитной памяти, терагерцовой телекоммуникации или антирадарных покрытиях.

Объединив оптический (терагерцовую спектроскопию) и акустический (исследование поглощения и скорости ультразвука) экспериментальные методы с целью подробнее «рассмотреть» гексаферрит бария с примесью титана, ученые зафиксировали интересные особенности в поведении материала.

Найдено объяснение необычному поведению одновременно оптических и акустических свойств исследуемого материала. Оказалось, что при добавлении титана в гексаферрите бария изменяется характер подрешетки ионов железа. Атомы примеси заставляют часть атомов железа менять свою степень окисления и образовывать подструктуру в основной решетке  —  так называемую ян-теллеровскую подрешетку.

При добавлении в гексаферрит бария титан становится на место некоторых атомов железа. При этом атом титана и атом железа находятся в разных валентных состояниях: титан четырехвалентный, а железо трехвалентное. Валентность отражается и на электрическом заряде ионов в кристалле, и на их размере.

Когда четырехвалентный ион титана замещает трехвалентный ион железа, возникает искажение решетки и нарушается электронейтральность. Электронейтральность должна поддерживаться  —  это фундаментальное правило. Поэтому часть соседей титана — трехвалентных ионов железа — переходят в двухвалентное состояние, чтобы компенсировать возникший заряд.

Наличие подрешетки Яна — Теллера ведет к появлению необычных свойств кристалла. Например, возникает возможность воздействовать на магнитные подсистемы с помощью электрического поля, скажем, с помощью Т-лучей перемагничивать биты сверхбыстрой компьютерной памяти.