Лютецийсодержащий спин-стекольный магнитный материал


 


Владельцы патента RU 2542065:

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

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.

 

Изобретение относится к области изготовления новых спин-стекольных материалов, которые могут быть полезны для развития магнитных информационных технологий и химической промышленности.

Известно монокристаллическое четырехкомпонентное оксидное соединение Ba2Fe2GeO7 [Г. Петраковский, Л. Безматерных, И. Гудим, О. Баюков, А. Воротынов, А. Бовина, Р. Шимчак, М. Баран, К. Риттер. ФТТ, т.48, №10 (2006)] с "замороженным" пространственным распределением ориентации спиновых магнитных моментов в области низких температур - состоянием спинового стекла, содержащее один сорт магнитных ионов (ионы железа), с кристаллической решеткой, характеризуемой пространственной группой P421m, и синтезированное методом раствор-расплавной кристаллизации.

Данное соединение характеризуется сложностью технологического процесса синтеза монокристаллов.

Наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности является оксидное соединение SmFeTi2O7, проявляющее магнитное состояние спинового стекла в области низких температур, с кристаллической решеткой, характеризуемой пространственной группой Pcnb, и синтезированное с помощью твердотельной реакции [Патент РФ №2470897, МПК C04B 35/40, H01L 43/10, опубл. 27.12.12 бюл. №36, (прототип)].

В состав данного четырехкомпонентного соединения входят два сорта магнитных ионов самария и железа. Наличие в составе редкоземельного иона самария, обладающего большой нейтронной поглощающей способностью (сечение захвата нейтронов 6800 барн), затрудняет применение к данному оксидному соединению методов нейтронного исследования.

Техническим результатом изобретения является получение нового четырехкомпонентного оксидного материала, содержащего немагнитный редкоземельный ион Lu3+ с низкой нейтронной поглощающей способностью (сечение захвата нейтронов 112 барн).

Технический результат достигается тем, что в лютецийсодержащем спин-стекольном оксидном материале, содержащем железо, титан и кислород, новым является то, что он дополнительно содержит лютеций, при следующем соотношении компонентов, масс.%: железо 12,73, титан 21,83, лютеций 39,90 и кислород 25,54.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемое изобретение отличается от известного качественным и количественным составом, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «новизна».

Признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, не выявлены при изучении данной и смежных областей техники и, следовательно, обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию «изобретательский уровень».

Способ получения спин-стекольного материала LuFeTi2O7 представляет собой синтез реакцией в твердой фазе. В качестве исходных компонентов используются оксиды Fe2O3, TiO2 и Lu2O3. Используется следующее соотношение исходных соединений, масс.%: Fe2O3 - 18,21, Lu2O3 - 45,37 и TiO2 - 36,42.

Шихта составляется из чистых (степень чистоты - "осч") компонентов с учетом фактического содержания основного вещества в синтезируемом материале. С целью более точной навески при составлении шихты исходные компоненты предварительно высушиваются в течение 6-10 часов при температуре 105°C в сушильном шкафу, затем навешиваются с точностью 0,005 г. Исходные компоненты шихты смешиваются и затем перетираются вручную пестиком в агатовой ступке с добавлением этилового спирта. Из приготовленной шихты с помощью пресс-формы под давлением около 10 кбар формуются таблетки диаметром 10 мм и толщиной 1,5-2,0 мм, которые помещаются в алундовый тигель и отжигаются в печи. Нагрев печи, контролируемый программным регулятором, осуществляется со скоростью 150 град/час. Температура в печи измеряется с помощью платино-платино-родиевых термопар, точность измерения не превышает 0,1°C. Перепад температур в рабочей области не превышает 5°C. Охлаждение печи осуществляется естественным путем после отключения нагрева печи. В процессе синтеза лютецийсодержащего спин-стекольного магнитного материала проводится три отжига, режим температурной обработки представлен в табл.1. После завершения каждого отжига таблетки вновь перетираются, формуются и помешаются для последующего отжига в печь.

Химический и фазовый состав полученных образцов контролируется методом рентгеноструктурного анализа. Содержание элементов в лютецийсодержащем спин-стекольном материале показано в табл.2. Основные кристаллографические характеристики LuFeTi2O7 и параметры рентгеноструктурного эксперимента приведены в табл.3, 4. Согласно результатам рентгеноструктурного анализа лютецийсодержащий спин-стекольный магнитный материал имеет ромбическую кристаллическую структуру, пространственную группу Pcnb.

Заявляемое техническое решение иллюстрируется следующим:

Из экспериментальных данных следует, что полученный материал (LuFeTi2O7) характеризуется "беспорядком" в распределении ионов железа по кристаллографическим позициям (табл.4), что характерно для соединений со спин-стекольным магнитным состоянием.

Наличие состояния спинового стекла при низких температурах подтверждено измерениями температурной зависимости магнитного момента (фиг.1). Магнитный момент образца, измеренный в магнитном поле Н=500 Ое, при температурах ниже температуры замерзания Tf=4.7 К зависит от способа охлаждения образца (кривая 1 соответствует охлаждению образца во внешнем магнитном поле Н=500 Ое, кривая 2 - в отсутствие магнитного поля).

Таким образом, заявляемый материал, полученный из оксидов железа, титана, лютеция с помощью твердотельной реакции, магнитная подсистема которого формируется магнитными ионами одного сорта - ионами трехвалентного железа, обладает магнитным состоянием спинового стекла.

Синтезированный новый магнитный материал, отвечающий формуле LuFeTi2O7, расширяет ряд материалов с магнитным состоянием спинового стекла, формируемого ионами одного сорта, что способствует более глубокому пониманию физики спин-стекольных состояний в системе RFeTi2O7, выявлению роли магнитных подрешеток в формировании "замороженного" пространственного распределения ориентации спиновых магнитных моментов в области низких температур и, соответственно, развитию возможностей применения.

Таблица 1
Режим температурной обработки в технологическом процессе изготовления лютецийсодержащего спин-стекольного магнитного материала
№ отжига Температура отжига, °C Длительность отжига, час
1 1200 24
2 1200 16
1250 8
3 1200 16
1250 8
Таблица 2
Содержание элементов в лютецийсодержащем спин-стекольном материале
Вещество Содержание элементов, масс.%
Соединение Элементы и их содержание в соединении, масс.%
Лютецийсодержащий цирконолит Lu Fe Ti O
39,90 12,73 21.83 25,54
Таблица 3
Основные кристаллографические характеристики соединения LuFeTi2O7 с пространственной группой Pcnb (a, b, c - параметры ячейки, V - объем ячейки) и параметры рентгеноструктурного эксперимента
Величина Значение
a, Å 9.8093(1)
b, Å 13.5069(1)
c, Å 7.30302(7)
v, Å3 967.61(2)
Z 8
Dx, г/см3 6.069
η, мм-1 92.808
2θ-интервал, ° 5-140
Число рефлексов 927
Число уточняемых параметров 74
Rwp, % 2.011
Rexp, % 0.642
Rp, % 1.862
GOF(χ) 3.134
Таблица 4
Координаты атомов, заселенности позиций р и тепловые параметры Biso
Атом Кратность позиции X Y Z P Biso, Å2
Lu 8 0.24831(73) 0.13186(12) 0.00462(39) 1 1.404(27)
Ti1 8 0.2550(18) 0.38632(39) 0.4887(10) 1.000(31) 1.5
Fe1 8 0.2550(18) 0.38632(39) 0.4887(10) 0.000(31) 1.5
Ti2 4 0.5 0.25 0.2613(20) 0.84(12) 1.5
Fe2 4 0.5 0.25 0.2613(20) 0.16(12) 1.5
Ti3 8 0.00603(77) 0.48713(43) 0.2587(15) 0.140(70) 1.5
Fe3 8 0.00603(77) 0.48713(43) 0.2587(15) 0.860(70) 1.5
Fe 4 0 0.25 0.3379(17) 0.78 2.51(27)
Fei 8 0.0272(59) 0.2846(39) 0.1899(72) 0.11 2.51(27)
O1 8 0.16385(90) 0.3920(11) 0.2340(32) 1 0.97(14)
O2 8 0.4026(17) 0.1134(16) 0.2563(51) 1 0.97(14)
O3 8 0.1100(20) 0.14916(98) 0.2352(40) 1 0.97(14)
O4 8 0.3636(23) 0.2921(15) 0.4429(31) 1 0.97(14)
O5 8 0.3881(26) 0.2673(15) 0.0533(33) 1 0.97(14)
O6 8 0.3760(25) 0.4901(19) 0.4058(28) 1 0.97(14)
O7 8 0.3720(24) 0.4860(18) 0.0421(30) 1 0.97(14)

Лютецийсодержащий спин-стекольный оксидный материал, содержащий железо, титан и кислород, отличающийся тем, что он дополнительно содержит лютеций, при следующем соотношении компонентов, масс.%:
Железо 12,73;
Титан 21,83;
Лютеций 39,90;
Кислород 25,54.



 

Похожие патенты:

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.

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 электротехники, а именно к способу изготовления пористых катодных материалов на основе манганита лантана-стронция, и может быть использовано для изготовления твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ), работающих при высоких температурах. Способ включает формирование пористой структуры посредством обжига порошка манганита лантана-стронция при температуре синтеза не менее 1300°C, при этом сначала проводят обжиг порошка манганита лантана-стронция при температурах 1100°C и 1200°C на воздухе с изотермическими выдержками 14 и 10 часов соответственно, а затем полученный порошок прессуют с использованием в качестве связующего 1%-ного раствора полибутилметакрилата в ацетоне в количестве 0,2 мл на 5 г порошка, окончательный синтез осуществляют при температуре 1450°C на воздухе в течение 10 часов. В предложенном способе не предусмотрено использование порообразователя, при этом полученные оксиды примерно обладают одинаковой пористостью, в частности 20-25% процентов при температуре спекания 1450°C, что является техническим результатом изобретения. 5 ил.

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 HoFeTi2O7 получен твердофазным синтезом из исходных компонентов Fe2O3, TiO2 и Но2О3 при следующем соотношении, мас. %: Fe2O3 - 18,63, TiO2 - 37,28, Но2О3 - 44,09. Техническим результатом изобретения является получение нового спин-стекольного магнитного материала, обладающего большой разностью намагниченности, обусловленной изменением условий охлаждения образца, а также низким поглощением нейтронов. Намагниченность спин-стекольного материала почти в 20 раз больше, чем у известного материала. 2 табл., 1 ил.

Изобретение относится к радиоэлектронной технике и касается создания ферритовых материалов с большими величинами ширины линии спиновых волн, предназначенных для использования в СВЧ диапазоне, в том числе при изготовлении ферритов для приборов высокого уровня мощности сантиметрового диапазона длин волн. Ферритовый материал с большой шириной линии спиновых волн содержит в качестве базового состава оксиды железа, гадолиния и иттрия, и дополнительно оксид самария, при следующем соотношении компонентов, вес.%: оксид иттрия (Y2O3) - 27,2÷27,5, оксид гадолиния (Gd2O3) - 22,4÷22,6, оксид самария (Sm2O3) - 1,1÷1,2, оксид железа (Fe2O3) - остальное. Увеличение ширины линии спиновых волн с намагниченностью насыщения материала 1200 Гс, шириной кривой ферромагнитного резонанса - 140 Э, действительной составляющей диэлектрической проницаемости - 15,0, тангенсом угла диэлектрических потерь не более 2·10-4, температурой Кюри не менее 270°, на частоте 9,5 ГГц не менее 20 эрстед, является техническим результатом изобретения. 1 табл., 9 пр.
Наверх