Спин-стекольный магнитный материал



Спин-стекольный магнитный материал
Спин-стекольный магнитный материал

 


Владельцы патента RU 2526086:

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ ФИЗИКИ им. Л.В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к разработке новых магнитных материалов с магнитным состоянием спинового стекла и может найти применение в химической промышленности и электронной технике, в частности, для разработки моделей новых типов устройств магнитной памяти. Спин-стекольный магнитный материал TbFeTi2O7 включает железо, титан, кислород и тербий при следующем соотношении компонентов, мас.%: Tb - 37,61; Fe - 13,22; Ti - 22,66; О - 26,51. Способ получения тербийсодержащего спин-стекольного материала включает приготовление шихты из оксидов Fe2O3, Tb2О3 и TiO2, формование таблеток и их спекание в четыре этапа, максимальная температура отжига составляет 1250°C. Техническим результатом изобретения является получение нового магнитного материала с состоянием спинового стекла, с отсутствием сильно поглощающих нейтроны элементов. 2 табл., 2 ил.

 

Изобретение относится к созданию новых магнитных материалов, а именно материалов с магнитным состоянием спинового стекла, которое характеризуется хаотичной фиксированной ориентацией спинов, и может найти применение в химической промышленности и электронной технике, в частности, для разработки моделей новых типов устройств магнитной памяти.

В связи с постоянным интересом к поиску новых материалов, перспективных для использования в различных областях техники, целенаправленное получение веществ с разнообразными магнитными свойствами и типами магнитного упорядочения является одной из актуальных задач физики конденсированного состояния. Разработка и создание магнитных материалов требует исследования их свойств. Среди методов исследования нейтронография дает однозначную информацию о магнитной структуре, о магнитных фазовых состояниях и их изменении. Преимущества нейтронографических методов исследования связаны со свойствами нейтронов, в частности, с наличием магнитного момента, что приводит к их рассеиванию, обусловленному взаимодействием не только с атомными ядрами, но и с имеющими магнитные моменты электронными оболочками.

Известно четырехкомпонентное соединение GdFeTi2O7 [Г.А. Петраковский, Т.В. Дрокина, Д.А. Великанов, О.А. Баюков, М.С. Молокеев, А.В. Карташев, А.Л. Шадрина, А.А. Мицук, ФТТ 54, 1701 (2012)], обладающее свойствами спинового стекла.

Этот материал из-за содержания элемента Gd поглощает нейтроны и имеет низкую намагниченность.

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является самарийсодержащий спин-стекольный магнитный материал SmFeTi2O7 [патент RU №2470897 C2, C04B 35/40 (2011)], содержащий железо, титан, кислород и редкоземельный элемент - самарий при следующем соотношении, ат.%: Fe - 9,09; Ti - 18,18; О - 63,64; Sm - 9,09.

В формировании магнитного состояния прототипа участвуют два вида магнитных ионов: редкоземельный ион Sm3+ и ион железа Fe3+.

Недостатками известного технического решения являются высокое поглощение нейтронов и сравнительно низкая намагниченность. Высокое поглощение нейтронов обеспечивает входящий в состав соединения самарий (сечение захвата нейтронов 6800 барн), что затрудняет проведение нейтронографических исследований.

Техническим результатом изобретения является получение нового магнитного материала TbFeTi2O7 с состоянием спинового стекла, с отсутствием элементов, сильно поглощающих нейтроны, и обладающего повышенной намагниченностью.

Таблица 1
Режим температурной обработки в технологическом процессе изготовления тербийсодержащего спин-стекольного магнитного материала
№ отжига Температура отжига, °C Длительность отжига, час.
1 1200 24
2 1200 16
1250 8
3 1250 24
4 1250 24

Заявляемое техническое решение иллюстрируется следующим.

В табл.2 приведены содержание элементов, симметрия кристаллической решетки и параметры элементарной ячейки. Согласно результатам рентгеноструктурного анализа тербийсодержащий спин-стекольный магнитный материал имеет ромбическую кристаллическую структуру (пространственная группа Pcnb).

На фиг.1 показана температурная зависимость магнитного момента заявляемого соединения (охлаждение образца в магнитном поле H=0,05 T (FC) и без поля H=0 T (ZFC)). Как видно из рис.1, магнитный момент зависит от магнитной предыстории образца при температурах ниже температуры замерзания Tf=7 K. Это является характерной особенностью магнитоупорядоченных веществ с магнитным состоянием спинового стекла.

На фиг.2 представлены температурные зависимости намагниченности заявляемого тербийсодержащего спин-стекольного магнитного материала и прототипа самарийсодержащего спин-стекольного магнитного материала (охлаждение образцов в магнитном поле H=0,05 T). Сравнительный анализ показывает, что намагниченность заявляемого технического решения выше, чем у прототипа.

Таблица 2
Содержание элементов в тербийсодержащем спин-стекольном магнитном материале и параметры элементарной ячейки
Содержание элементов, мас.% Кристаллическая решетка Параметры элементарной ячейки Значения параметров элементарной ячейки
Tb Fe Ti O Ромбическая, пространственная группа Pcnb a, Å 9.8568(1)
b, Å 13.5942(2)
c, Å 7.3788(1)
37,61 13,22 22,66 26,51 V, Å3 988.73(2)

Указанный технический результат достигается тем, что в спин-стекольном магнитном материале, включающем железо, титан, кислород и редкоземельный элемент, новым является то, что в качестве редкоземельного элемента содержится тербий при следующем соотношении мас.%:

Tb 37,61
Fe 13,22
Ti 22,66
O 26,51

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемое изобретение отличается от известного составом, магнитными характеристиками (более высокой намагниченностью), низким сечением захвата нейтронов, допускающим проведение нейтронографических исследований. Таким образом, признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, не выявлены при изучении данной и смежных областей техники и, следовательно, обеспечивают заявленному техническому решению соответствие критериям "новизна" и "изобретательский уровень".

Замещение в составе известного технического решения самария на тербий позволяет устранить указанные недостатки прототипа. В формировании магнитного состояния участвуют два вида магнитных ионов: редкоземельный ион Tb3+ и ион железа Fe3+. Заявляемый материал обладает магнитным состоянием спинового стекла, слабо поглощает нейтроны, сечение захвата нейтронов тербия составляет 44 барн (в сравнении самарий - 6800 барн). Кроме того, полученное соединение обладает более высокой по сравнению с соединением SmFeTi2O7 намагниченностью.

Способ получения тербийсодержащего спин-стекольного магнитного материала представляет собой твердофазный синтез. В качестве исходных компонентов используются оксиды Fe2O3, TiO2 и Tb2O3 при следующем соотношении, масс.%:

Fe2O3 - 18,90; TiO2 - 37,81; Tb2O3 - 43,29.

Исходные соединения, составляющие шихту, перед развеской высушиваются в течение 6 часов при температуре 105°C, смешиваются и перетираются вручную пестиком в ступке с добавлением этилового спирта. Из приготовленной шихты с помощью пресс-формы формируются таблетки под давлением около 10 кбар диаметром 10 мм и толщиной 1,5-2,0 мм. Таблетки помещают в алундовый тигель и отжигают в печи. Нагрев печи осуществляется со скоростью 150 град/час и регулируется программным регулятором. Температура в печи измеряется с помощью платино-родиевых термопар с точностью 0,1°C. Охлаждение печи происходит естественным путем. Отжиг производится в четыре этапа (табл.1). Максимальная температура отжига 1250°C. После завершения каждого этапа синтеза таблетки вновь перетираются, прессуются и снова помещаются в печь для последующего отжига.

Химический и фазовый состав полученных образцов контролируется методом рентгеноструктурного анализа, а также с помощью оптического микроскопа после каждого этапа синтеза.

Таким образом, заявляемый материал, полученный из оксидов железа, титана, тербия, магнитная подсистема которого формируется ионами железа и тербия, обладает магнитным состоянием спинового стекла, а также содержит элемент Tb с низким сечением захвата нейтронов.

Новый магнитный материал, отвечающий формуле TbFe1-xTi2+xO7 (x=0, 005), с одной стороны, расширяет класс магнитных соединений с магнитным состоянием спинового стекла, с другой стороны, исследовательские возможности изучения материалов в физике неупорядоченного состояния.

Спин-стекольный магнитный материал, включающий железо, титан, кислород и редкоземельный элемент, отличающийся тем, что в качестве редкоземельного элемента содержит тербий при следующем соотношении, мас.%:

Tb 37,61
Fe 13,22
Ti 22,66
O 26,51



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к материалам электронной техники и может быть использовано в производстве термостабильных керамических резонаторов, подложек, фильтров и изделий СВЧ-техники.

Изобретение относится к технологии производства антифрикционных добавок и смазочных композиций для использования в узлах трения качения и скольжения в автомобильной, машиностроительной, текстильной, химической и других отраслях промышленности.
Изобретение относится к способам получения порошков фаз слоистых титанатов ряда s- и p-элементов (ВСПС), которые являются основой пьезоматериалов, широко применяющихся в современной аэрокосмической промышленности.

Изобретение относится к области производства теплоизоляционных материалов и может быть использовано для повышения энергоэффективности термического оборудования, для выполнения теплоизолирующего слоя промышленных установок, работающих при высоких температурах, а также для обеспечения пожаробезопасности установок, зданий и сооружений.

Изобретение относится к химической промышленности, а именно к способам получения керамических изделий, и может найти применение в производстве высокопрочной керамики, используемой в качестве конструкционного, огнеупорного, фрикционного или электроизоляционного материала.

Изобретение относится к тонкодисперсным титанатам свинца-циркония (PZT), гидратам титаната циркония (ZTH) и титанатам циркония как предшественникам титанатов свинца-циркония, к способу их получения путем реакции частиц диоксида титана с соединением циркония или соединением свинца и циркония.
Изобретение относится к материалам с низким значением температурного коэффициента линейного расширения, предназначенным для эксплуатации в условиях значительных термических нагружений, например, в виде огнеупорных изделий, деталей двигателей внутреннего сгорания, носителей катализаторов в устройствах дожигания выхлопных газов автомобилей, фильтров дизельных моторов и др., или в качестве прецизионных изделий, характеризующихся объемопостоянством в широком интервале температур.

Изобретение относится к области производства сегнетопьезокерамических материалов, предназначенных для создания высокочастотных приемо-передающих устройств медицинской ультразвуковой техники.

Изобретение относится к способам получения высокотемпературных керамических материалов на основе титаната алюминия золь-гель методом и может быть использовано в автомобилестроении, машиностроении, при изготовлении композиционных материалов для космической и авиационной техники.

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано в производстве синтетических материалов для керамических диэлектриков. .

Изобретение относится к области электротехники, а именно к твердооксидным мембранным материалам, и может быть использовано, в частности, для получения кислорода или водорода.

Изобретение относится к разработке новых материалов с магнитным состоянием спинового стекла - системы с вырожденным основным магнитным состоянием, которые могут быть полезны для химической, атомной промышленностей и развития магнитных информационных технологий.

Изобретение относится к устройствам со стимулированным излучением, а именно к устройствам для генерации излучения в диапазоне длин волн 1900-2100 нм в непрерывном, импульсном или импульсно-периодическом режимах.

Изобретение относится к области изготовления материалов с магнитным состоянием спинового стекла, которые могут быть полезны для развития магнитных информационных технологий и химической промышленности. Технический результат изобретения заключается в получении нового поликристаллического четырехкомпонентного магнитного материала со спин-стекольным магнитным состоянием с низкой нейтронной поглощающей способностью, формируемым магнитными ионами одного сорта - трехвалентными ионами железа. Спин-стекольный материал содержит, масс.%: железо - 12,73, титан - 21,83, лютеций - 39,90, кислород - 25,54. 1 ил., 4 табл.
Наверх