разраБОткИ И теХнОлОГИИ

www.obo-rt.ru

За одной написанной химической формулой может скрываться сразу несколько различных веществ и структур. Так, оксид железа имеет ряд фаз, и только одна из них позволяет получать магнитные наночастицы для производства, например, более продуктивных жестких дисков. Этими технологиями сибирские ученые занимаются сообща: красноярские физики и новосибирские химики не первый год сотрудничают в данном направлении.

Существует множество соединений железа с кислородом (оксидов), имеющих разное содержание данных элементов. У некоторых же формула одинаковая, а вот структура отличается — атомы расположены иначе: например, у Fe 2 O 3 . Подобные фазы вещества для дифференциации обозначаются древнегреческими буквами. Сибирские ученые исследуют одну из фаз — эпсилон (ᶓ)‑Fe 2 O 3 , которая была впервые синтезирована в Институте катализа им. Г. К. Борескова СО РАН в 1998 году. В конце прошлого столетия на полученный оксид не обратили особого внимания, и только спустя 10 лет химики и физики начали сотрудничество: первые изучают синтез и структуру, вторые — магнитные свойства. — Эпсилон-Fe 2 O 3 оказался уникальным по коэрцитивной силе: под ней понимается магнитное поле, которое необходимо приложить, чтобы перемагнитить вещество — поменять северный и южный полюса, — рассказывает директор Института физики им. Л. В. Киренского ФИЦ Красноярский научный центр СО РАН доктор физико-математических наук Дмитрий Александрович Балаев. — На этом принципе основана вся магнитная память: если полюса меняются местами, мы фактически перезаписываем информацию — например, стерев и что‑то снова внеся на жесткий диск. На данный момент практически нет материалов, которые показывают столь высокую коэрцитивную

ksc.krasn.ru Фото с

www.sbras.info Фото с

Балаев Д.А.

силу при комнатной температуре, причем ᶓ-Fe 2 O 3 весьма недорогой. Сибирские образцы ᶓ-Fe 2 O 3 ученые синтезируют без примесей других фаз оксида железа: на схожих материалах — том же гематите — такой большой коэрцитивной силы не достичь. Наночастицы ᶓ-Fe 2 O 3 получают на поверхности носителя — они точечно распределены по силикагелю (SiO 2 ): высушенному гелю, состоящему из круглых гранул с большой удельной поверхностью. Якушкин С.С.

— Задача химиков — преобразовывать свойства материалов, меняя их структуру,— поясняет научный сотрудник ИК СО РАН кандидат физико-математических наук Станислав Сергеевич Якушкин. — Для этого есть стандартные способы: нужно активное вещество — добавляем больше, например, кислоты. Второй вариант — благодаря различным условиям делать из тех же атомов что‑то другое: в этом и заключается разница между фазами, в частности,

частицы ᶓ-Fe 2 O 3 на

поверхности носителя

www.sbras.info Фото с Fe 2 O 3 . Чтобы лучше понимать структуру ᶓ-Fe 2 O 3 , мы продолжаем изучать процесс синтеза наночастиц, условия их образования. Сейчас красноярские физики параллельно ищут способы получать частицы магнитожестких (с большой коэрцитивной силой) и магнитомягких материалов на основе наночастиц магнетита Fe 3 O 4 . Подобрав соответствующие условия, ученые могут наблюдать так называемый эффект магнитного смещения: когда перемагничивание вещества с определенной стороны дает бо́льшую коэрцитивную силу, нежели с другой. Если сместить петлю магнитного гистерезиса (мгновенный отклик на приложенное воздействие), определяющую коэрцитивную силу, это может улучшить работу тех же жестких дисков. Так что по‑прежнему актуален поиск материалов, проявляющих такое смещение. Другой особенностью частиц оказалась их магнитная структура: пока ученые не могут однозначно сказать, какой механизм отвечает за высокую коэрцитивную силу. Совместный проект двух сибирских институтов направлен в том числе на решение этой фундаментальной проблемы: красноярские физики проверят существующие идеи относительно магнитной структуры ᶓ-Fe 2 O 3 на экстремально малых частицах — от трех нанометров в диаметре. — Мы проведем комплекс исследований, сотрудничая с коллегами за рубежом, — добавляет Дмитрий Балаев. — Прежде всего, проверим эффект Мессбауэра — то есть спектры, по которым видно локальное окружение железа, — на синхротроне в Гренобле. Нейтронные исследования тоже помогут расшифровать магнитную структуру— на таких маленьких частицах этого еще не делалось. В прошлом году ученые поняли: главное, чтобы при синтезе наночастицы были пространственно разделены между собой — тогда фаза получится «чистой». Сейчас специалисты ищут оптимальную концентрацию, чтобы сделать материалы на основе ᶓ-Fe 2 O 3 еще «магнитнее» — это даст больше возможностей для их применения в будущем.