Магнітні нанокомпозити для новітніх технічних та медичних застосувань (за матеріалами доповіді на засіданні Президії НАН України 30 листопада 2022 р.)

У доповіді розглянуто актуальні тенденції розвитку пристроїв на основі магнітних матеріалів. Підкреслено, що важливим напрямом є розроблення та дослідження новітніх нанокомпозитів, використання яких у зазначених пристроях приведе до зменшення розмірів, підвищення швидкодії та розширення функціона...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2023
Автор:	Товстолиткін, О.І.
Формат:	Стаття
Мова:	Ukrainian
Опубліковано:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2023
Назва видання:	Вісник НАН України
Теми:	З кафедри Президії НАН України
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/192910
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Магнітні нанокомпозити для новітніх технічних та медичних застосувань (за матеріалами доповіді на засіданні Президії НАН України 30 листопада 2022 р.) / О.І. Товстолиткін // Вісник Національної академії наук України. — 2023. — № 2. — С. 43-49. — Бібліогр.: 44 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-192910
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1929102023-07-20T20:52:47Z Магнітні нанокомпозити для новітніх технічних та медичних застосувань (за матеріалами доповіді на засіданні Президії НАН України 30 листопада 2022 р.) Товстолиткін, О.І. З кафедри Президії НАН України У доповіді розглянуто актуальні тенденції розвитку пристроїв на основі магнітних матеріалів. Підкреслено, що важливим напрямом є розроблення та дослідження новітніх нанокомпозитів, використання яких у зазначених пристроях приведе до зменшення розмірів, підвищення швидкодії та розширення функціональності практичних застосувань. Зазначено, що дослідження, що виконуються в Інституті магнетизму НАН України та МОН України, перебувають у руслі сучасних світових тенденцій. Наведено результати досліджень композитних наноструктур з антиферомагнітним компонентом, а також результати наукової діяльності, спрямованої на розроблення та дослідження магнітних наноматеріалів для медицини, зокрема для самоконтрольованої магнітної гіпертермії. Current trends in the development of devices based on magnetic materials have been outlined. It is emphasized that an important direction is the development and research of advanced nanocomposites, the use of which in such devices will lead to a reduction in size, an increase in speed and an expansion of the functionality of practical applications. It is noted that the research carried out at the Institute of Magnetism of the National Academy of Sciences of Ukraine and Ministry of Education and Science of Ukraine is in line with modern world trends. The results of research on composite nanostructures with an antiferromagnetic component are presented. The results of scientific activities aimed at the development and research of magnetic nanomaterials for medicine, in particular for self-controlled magnetic hyperthermia, are highlighted. 2023 Article Магнітні нанокомпозити для новітніх технічних та медичних застосувань (за матеріалами доповіді на засіданні Президії НАН України 30 листопада 2022 р.) / О.І. Товстолиткін // Вісник Національної академії наук України. — 2023. — № 2. — С. 43-49. — Бібліогр.: 44 назв. — укр. 0372-6436 DOI: doi.org/10.15407/visn2023.02.043 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/192910 uk Вісник НАН України Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	З кафедри Президії НАН України З кафедри Президії НАН України
spellingShingle	З кафедри Президії НАН України З кафедри Президії НАН України Товстолиткін, О.І. Магнітні нанокомпозити для новітніх технічних та медичних застосувань (за матеріалами доповіді на засіданні Президії НАН України 30 листопада 2022 р.) Вісник НАН України
description	У доповіді розглянуто актуальні тенденції розвитку пристроїв на основі магнітних матеріалів. Підкреслено, що важливим напрямом є розроблення та дослідження новітніх нанокомпозитів, використання яких у зазначених пристроях приведе до зменшення розмірів, підвищення швидкодії та розширення функціональності практичних застосувань. Зазначено, що дослідження, що виконуються в Інституті магнетизму НАН України та МОН України, перебувають у руслі сучасних світових тенденцій. Наведено результати досліджень композитних наноструктур з антиферомагнітним компонентом, а також результати наукової діяльності, спрямованої на розроблення та дослідження магнітних наноматеріалів для медицини, зокрема для самоконтрольованої магнітної гіпертермії.
format	Article
author	Товстолиткін, О.І.
author_facet	Товстолиткін, О.І.
author_sort	Товстолиткін, О.І.
title	Магнітні нанокомпозити для новітніх технічних та медичних застосувань (за матеріалами доповіді на засіданні Президії НАН України 30 листопада 2022 р.)
title_short	Магнітні нанокомпозити для новітніх технічних та медичних застосувань (за матеріалами доповіді на засіданні Президії НАН України 30 листопада 2022 р.)
title_full	Магнітні нанокомпозити для новітніх технічних та медичних застосувань (за матеріалами доповіді на засіданні Президії НАН України 30 листопада 2022 р.)
title_fullStr	Магнітні нанокомпозити для новітніх технічних та медичних застосувань (за матеріалами доповіді на засіданні Президії НАН України 30 листопада 2022 р.)
title_full_unstemmed	Магнітні нанокомпозити для новітніх технічних та медичних застосувань (за матеріалами доповіді на засіданні Президії НАН України 30 листопада 2022 р.)
title_sort	магнітні нанокомпозити для новітніх технічних та медичних застосувань (за матеріалами доповіді на засіданні президії нан україни 30 листопада 2022 р.)
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate	2023
topic_facet	З кафедри Президії НАН України
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/192910
citation_txt	Магнітні нанокомпозити для новітніх технічних та медичних застосувань (за матеріалами доповіді на засіданні Президії НАН України 30 листопада 2022 р.) / О.І. Товстолиткін // Вісник Національної академії наук України. — 2023. — № 2. — С. 43-49. — Бібліогр.: 44 назв. — укр.
series	Вісник НАН України
work_keys_str_mv	AT tovstolitkínoí magnítnínanokompozitidlânovítníhtehníčnihtamedičnihzastosuvanʹzamateríalamidopovídínazasídanníprezidíínanukraíni30listopada2022r
first_indexed	2025-07-16T18:44:19Z
last_indexed	2025-07-16T18:44:19Z
_version_	1837830207373836288
fulltext	ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2023, № 2 43 МАГНІТНІ НАНОКОМПОЗИТИ ДЛЯ НОВІТНІХ ТЕХНІЧНИХ ТА МЕДИЧНИХ ЗАСТОСУВАНЬ За матеріалами доповіді на засіданні Президії НАН України 30 листопада 2022 року У доповіді розглянуто актуальні тенденції розвитку пристроїв на основі магнітних матеріалів. Підкреслено, що важливим напрямом є розроблення та дослідження новітніх нанокомпозитів, використання яких у зазначе- них пристроях приведе до зменшення розмірів, підвищення швидкодії та розширення функціональності практичних застосувань. Зазначено, що дослідження, що виконуються в Інституті магнетизму НАН України та МОН України, перебувають у руслі сучасних світових тенденцій. Наведено результати досліджень композитних наноструктур з антиферомагніт- ним компонентом, а також результати наукової діяльності, спрямованої на розроблення та дослідження магнітних наноматеріалів для медицини, зокрема для самоконтрольованої магнітної гіпертермії. Ключові слова: магнітні нанокомпозити, терагерцовий частотний діа- пазон, антиферомагнітне впорядкування, самоконтрольована магнітна гіпертермія. Магнітні матеріали привертають до себе увагу завдяки низці особливих властивостей. Вони можуть віддалено діяти на інші об’єкти, перетворювати один вид енергії на інший, поглинати або відбивати електромагнітну енергію, причому як у широ- кому частотному діапазоні, так і в наперед заданому вузькому діапазоні [1, 2]. Перевагами таких матеріалів є широкі межі переналаштування параметрів, висока швидкодія, стабільність та надійність роботи. Серед широкого кола застосувань маг- нітних матеріалів варто відзначити низько- та високочастотні фільтри, невзаємні елементи, осцилятори, системи екрануван- ня, наносистеми для медичної діагностики і терапії та ін. [3, 4]. Головними тенденціями розвитку пристроїв на основі маг- нітних матеріалів є зменшення розмірів, підвищення швидко- дії та розширення функціональності [3, 5]. Тому розроблення фізичних засад створення магнітокерованих композитних на- носистем є актуальним сучасним напрямом фізики твердого тіла, нанофізики та матеріалознавства. ТОВСТОЛИТКІН Олександр Іванович — доктор фізико-математичних наук, професор, директор Інституту магнетизму НАН України та МОН України З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИНАН УКРАЇНИ doi: https://doi.org/10.15407/visn2023.02.043 44 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2023. (2) З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ Дослідження, що виконуються в Інституті магнетизму НАН України та МОН України, перебувають у руслі сучасних світових тенден- цій. Один із важливих напрямів наукової ді- яльності Інституту пов’язаний з розробленням композитних наноматеріалів для застосування у функціональних елементах терагерцового (~1012 Гц) та субтерагерцового (1011—1012 Гц) діапазонів частот [6—9]. Терагерцове випро- мінювання має потенціал для використання в багатьох перспективних сферах науки і тех- ніки, особливо в системах зв’язку надвисокої пропускної здатності, спектроскопії, медицині тощо [10, 11]. Випромінювання цього діапазо- ну може проникати крізь тонкі шари матеріа- лів, а тому його розглядають як альтернативу рентгенівському випромінюванню для дослі- джень внутрішньої структури твердих об’єктів [12]. Однак генерування і модуляція когерент- них електромагнітних сигналів у цьому діа- пазоні частот потребує створення нових при- строїв і розроблення нових технологій. Серед магнітних матеріалів перспективними в цьому аспекті є матеріали з антиферомагніт- ним впорядкуванням, оскільки їх характерні частоти знаходяться в терагерцовому діапазо- ні [13, 14]. Однак, на відміну від феромагнети- ків (ФМ), які вже активно використовуються в сучасній наноелектроніці, наносистеми на основі антиферомагнетиків (АФМ) ще не ма- ють широкого застосування. Причиною цього є складність керування поведінкою цих матеріа- лів, відсутність інформації про трансформацію їхніх властивостей при зменшенні розмірів до субмікронних, а також даних про особливості впливу на них сусідніх сильно магнітних шарів у складних композитних системах [15, 16]. Серед широкого спектру завдань, спрямова- них на розуміння поведінки антиферомагнети- ків як інтегральних компонентів композитних наноструктур, науковці Інституту магнетизму НАН України та МОН України концентрують свої зусилля переважно на таких з них: 1) визначення особливостей трансформа- ції магнітних параметрів антиферомагнетиків при зменшенні товщини АФМ-шару і переході до нанометрових розмірів; 2) виокремлення процесів, які домінують в околі межі поділу АФМ/ФМ; 3) розроблення методів керування параме- трами АФМ-матеріалів. Для вирішення цих завдань було виконано дослідження трьох типів зразків: 1) тришарові структури ФМ1/АФМ/ФМ2, в яких товщина антиферомагнітного шару на- буває значень від 15 до 3 нм. Оскільки АФМ- шар опосередковує взаємодію між двома ФМ- шарами, зміна магнітних параметрів антифе- ромагнетика приводить до зміни поведінки всієї системи. У цьому випадку комплексні до- слідження магнітних, магнітооптичних та ре- зонансних властивостей усієї системи можуть дати інформацію про зміну магнітних параме- трів АФМ-шару зі зміною його товщини; 2) двошарові структури ФМ/АФМ, в яких товщина антиферомагнітного шару набуває значень від 7 до 3 нм. Метою таких досліджень є виокремлення домінуючих процесів поблизу межі поділу ФМ/АФМ; 3) так звані синтетичні антиферомагнетики (САФ), в яких два ФМ-шари розділені немаг- нітним або слабко магнітним шаром, але за- вдяки магнітодипольній взаємодії або взаємо- дії Рудермана—Кіттеля—Касуї—Іосіди (РККІ) орієнтація магнітних моментів ФМ-шарів є антипаралельною. Метою дослідження таких структур є пошук методів керування параме- трами антиферомагнетиків. У переважній більшості досліджуваних на- ноструктур як АФМ-компонент використову- вали FeMn (Fe50Mn50). Еквіатомний сплав за- лізо-марганець — це досить унікальний матері- ал. Параметр кристалічної ґратки цього спла- ву близький до параметра ґратки більшості ФМ-сплавів на основі заліза, що уможливлює виготовлення широкого розмаїття багатоша- рових структур, у яких механічні напруження на межі поділу ФМ/АФМ практично відсут- ні [17]. Температура АФМ-впорядкування (температура Нееля, TN) залежить від тов- щини: вона знижується зі зменшенням тов- щини АФМ-шару до кількох нанометрів від приблизно 150 °C до кімнатної температури і нижче [18]. Ця гнучкість у діапазоні робочих ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2023, № 2 45 З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ Дослідження двошарових структур ФМ/ АФМ з товщинами АФМ-шару, меншими за 6 нм, було спрямовано на поглиблене розу- міння специфіки міжшарової взаємодії на межі поділу феромагнетик/антиферомагне- тик. Проведено магнітометричні вимірюван- ня та дослідження феромагнітного резонансу в двошарових плівкових структурах залеж- но від температури, частоти збуджувального сигналу та величини зовнішнього магнітного поля. Показано, що поведінку таких систем визначає конкуренція двох механізмів: зрос- тання обертової анізотропії, притаманної полі- кристалічному шару FeMn, коли температура АФМ-впорядкування наближається до темпе- ратури вимірювання зі зменшенням товщини, та наведення значного додаткового магнітно- го моменту у FeMn (~15 %) завдяки ефекту близькості до ФМ-шару [22]. Одержано екс- периментально та підтверджено аналітичними розрахунками істотне (на порядок величини) ізотропне підсилення частоти феромагнітного резонансу, що є перспективним для розроблен- ня функціональних елементів субтерагерцово- го частотного діапазону [22, 23]. Один із напрямів дослідження було сфокусо- вано на вивченні властивостей термомагнітного переходу в синтетичних антиферомагнетиках. Традиційні САФи складаються з двох ФМ- шарів, розділених немагнітним прошарком, і забезпечують концентрування магнітного по- току за рахунок антипаралельної орієнтації магнітних моментів ФМ-шарів [24]. Для досяг- нення температурного контролю над магнітним станом САФів науковці Інституту магнетизму НАН України та МОН України спільно з ко- легами з Royal Institute of Technology (Сток- гольм, Швеція) запропонували використання розбавленого феромагнетика замість немагніт- ного прошарку [25—27]. За певної критичної температури в такому прошарку відбувається фазовий перехід у ФМ-стан, що приводить до зміни магнітної конфігурації всієї системи. Та- кий підхід є перспективним для розширення функціональності САФ і створює можливості для багатофункціональних прикладних засто- сувань САФ у пристроях спінтроніки [27, 28]. температур робить композитні наноструктури на основі FeMn привабливими як для практич- них застосувань, так і для з’ясування багатьох фізичних аспектів поведінки складних магніт- них систем [19]. Для тришарових наносистем, які містять феромагнітні й антиферомагнітні (АФМ = FeMn) компоненти, досліджено товщинні та температурні залежності міжшарової вза- ємодії, опосередкованої антиферомагнетиком. З’ясовано деталі трансформації міжшарових взаємодій у наноструктурі при зміні товщини антиферомагнітного прошарку. Зокрема, пока- зано, що зменшення товщини АФМ-прошарку (tFeMn) приводить не лише до зниження ефек- тивної температури магнітного впорядкуван- ня, а й до зменшення магнітної анізотропії [20]. Було виявлено три характерних режими в поведінці системи залежно від товщини АФМ- прошарку. Для відносно великих товщин (пер- ший режим, tFeMn > 8,5 нм) FeMn перебуває в антиферомагнітному стані і характеризується досить сильною магнітною анізотропією. По- ведінка ФМ-шарів, прилеглих з обох боків до АФМ-прошарку, характерна для систем з об- мінно-закріпленим ФМ-компонентом, власти- вості яких на сьогодні досить детально вивче- но (див., наприклад, [21]). Другий режим (6 нм < tFeMn < 8,5 нм) вини- кає, коли прошарок FeMn все ще перебуває в АФМ-стані, але характеризується слабкою магнітною анізотропією, величина якої не- достатня для формування обмінного закрі- плення. Така поведінка спостерігається лише у вузькому температурному інтервалі, нижче ефективної температури Нееля. Міжшарова взаємодія у цьому випадку слабка, але коерци- тивна сила істотно збільшена. Третій режим виникає, коли ультратонкий прошарок FeMn (tFeMn < 7 нм) стає феромаг- нітно поляризованим завдяки магнітному ефекту близькості до сусідніх шарів ФМ1 і ФМ2. У цьому випадку всі три шари сильно зв’язані прямою обмінною взаємодією і в маг- нітному аспекті поводяться як окремий феро- магнітний (хоча і неоднорідний за товщиною) шар [20, 22]. 46 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2023. (2) З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ Інший перспективний напрям досліджень полягає у спробі надати САФ додатковий сту- пінь свободи з метою керування дисперсією спінових хвиль. Експериментально, а також з використанням мікромагнітного моделюван- ня було досліджено спінову динаміку масивів тришарових нанодисків САФ з номінальним діаметром 150 нм і періодичністю 250 нм. Ре- зультати досліджень засвідчили, що поєднання дипольних взаємодій як усередині таких дис- ків, так і між ними зумовлює унікальні власти- вості системи, такі як додаткові спін-хвильові моди, параметрами яких можна керувати за допомогою зміни геометрії САФ та/або темпе- ратури [29, 30]. Ці дослідження є перспектив- ними для розроблення новітніх нанострукту- рованих магнітних метаматеріалів і магнонних пристроїв з розширеною функціональністю. Важливим науковим напрямом, у якому працюють співробітники Інституту магнетиз- му НАН України та МОН України, є розро- блення та дослідження магнітних наномате- ріалів для медицини, зокрема для лікування онкологічних захворювань. Серед перспек- тивних методів протипухлинної терапії слід відзначити магнітну гіпертермію, в основі якої лежить здатність магнітних наночастинок на- гріватися під дією змінного магнітного поля. Принцип магнітної гіпертермії ґрунтується на добре встановленому факті, що ракові пухлини є більш піддатливими до дії тепла, ніж здорові тканини організму [31, 32]. Так, відомо, що на- грівання до температур 43—45 °С підвищує чутливість уражених клітин до застосування хіміотерапії або радіотерапії [32]. Сучасна медицина розглядає магнітну гі- пертермію як універсальний і найбільш ефек- тивний модифікатор радіо- і хіміотерапії, який здатний підвищити їх ефективність у 1,5—2,5 раза. Однією з проблем, що стримують широке впровадження цієї методики, є складність ви- мірювання температури в живих організмах [33]. Науковці Інституту магнетизму НАН України та МОН України спільно з колега- ми з Інституту загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України, Інституту фізики НАН України та низки закордонних установ розробили магнітні матеріали та екс- периментально верифікували підхід, який до- зволяє надійно контролювати максимальну температуру нагріву магнітних наночастинок при застосуванні їх у магнітній гіпертермії (так звана самоконтрольована магнітна гіпер- термія) і таким чином унеможливлює перегрів живих тканин [34—43]. На особливу увагу заслуговує тісна взаємо- дія співробітників Інституту магнетизму НАН України та МОН України з представниками української діаспори та міжнародними науко- вими товариствами. Так, Магнітне товариство Інституту інженерів електротехніки та елек- троніки (IEEE Magnetics Society) спільно з Українським науково-технологічним центром і за організаційної підтримки Інституту магне- тизму НАН України та МОН України провели конкурс наукових проєктів «Магнетизм для України — 2022» для українських науковців, які працюють у галузі фізики магнітних явищ і матеріалів [44]. За підсумками конкурсу з 70 поданих заявок відібрано 22 наукові проєкти, які протягом одного року отримуватимуть фі- нансування в розмірі від 2 000 (індивідуальні гранти) до 10 000 дол. США (групові проєкти). Загалом підтримано дослідження 70 вчених з наукових установ і закладів вищої освіти Киє- ва, Харкова, Сум, Дніпра і Дрогобича. Важливо, що значна частина переможців конкурсу пра- цюють в установах східних регіонів України, які найбільше постраждали від російської агресії. Отже, підбиваючи підсумки, слід зазначити, що науковці Інституту магнетизму НАН Укра- їни та МОН України зробили істотний внесок у розуміння специфіки міжшарової взаємодії у композитних наноструктурах, які містять феромагнітні та антиферомагнітні компонен- ти. Встановлено закономірності впливу пара- метрів окремих компонентів наноструктури на характеристики магнітних конфігурацій. Оптимізовано характеристики композитних наносистем, перспективних для сучасних тех- нічних та біомедичних застосувань. При цьому тісні міжнародні зв’язки науковців Інституту сприяють проведенню зазначених досліджень на високому науковому рівні. ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2023, № 2 47 З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ REFERENCES 1. Coey J.M.D. Magnetism and Magnetic Materials. Cambridge University Press, 2010. https://doi.org/10.1017/ CBO9780511845000 2. Raveendran A., Sebastian M.T., Raman S. Applications of Microwave Materials: A Review. J. Electron. Mater. 2019. 48: 2601—2634. https://doi.org/10.1007/s11664-019-07049-1 3. Gutfleisch O., Willard M.A., Brück E., Chen C.H., Sankar S.G., Liu J.P. Magnetic Materials and Devices for the 21st Century: Stronger, Lighter, and More Energy Efficient. Advanced Materials. 2011. 23(7): 821—842. https://doi. org/10.1002/adma.201002180 4. Sai Rama B., Paul A.K., Kulkarn S.V. Soft magnetic materials and their applications in transformers. Journal of Mag- netism and Magnetic Materials. 2021. 537: 168210. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2021.168210 5. Chumak A.V. et al. Advances in Magnetics Roadmap on Spin-Wave Computing. IEEE Transactions on Magnetics. 2022. 58(6): 1—72. https://doi.org/10.1109/TMAG.2022.3149664 6. Ovcharov R.V., Galkina E.G., Ivanov B.A., Khymyn R.S. Spin Hall Nano-Oscillator Based on an Antiferromagnetic Domain Wall. Phys. Rev. Applied. 2022. 18: 024047. https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.18.024047 7. Tomasello R., Verba R., Lopez-Dominguez V., Garesci F., Carpentieri M., Di Ventra M., Amiri P.K., Finocchio G. An- tiferromagnetic Parametric Resonance Driven by Voltage-Controlled Magnetic Anisotropy. Phys. Rev. Applied. 2022. 17: 034004. https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.17.034004 8. Afanasiev D., Hortensius J.R., Ivanov B.A., Sasani A., Bousquet E., Blanter Y.M., Mikhaylovskiy R.V., Kimel A.V., Caviglia A.D. Ultrafast control of magnetic interactions via light-driven phonons. Nat. Mater. 2021. 20: 607—611. https://doi.org/10.1038/s41563-021-00922-7 9. Khymyn R., Lisenkov I., Tiberkevich V., Ivanov B.A., Slavin A. Antiferromagnetic THz-frequency Josephson-like Oscillator Driven by Spin Current. Sci. Rep. 2017. 7: 43705. https://doi.org/10.1038/srep43705 10. Yu L., Hao L., Meiqiong T., Jiaoqi H., Wei L., Jinying D., Xueping C., Weiling F., Yang Z. The medical application of terahertz technology in non-invasive detection of cells and tissues: opportunities and challenges. RSC Advances. 2019. 17. https://doi.org/10.1039/C8RA10605C 11. Papaioannou E.Th., Beigang R. THz spintronic emitters: a review on achievements and future challenges. Nanopho- tonics. 2020. 10(4): 1243—1257. https://doi.org/10.1515/nanoph-2020-0563 12. Mittleman D.M. Perspective: Terahertz science and technology. Journal of Applied Physics. 2017. 122: 230901. https://doi.org/10.1063/1.5007683 13. Maxwell L.R., McGuire T.R. Antiferromagnetic Resonance. Rev. Mod. Phys. 1953. 25(1): 279. https://doi. org/10.1103/RevModPhys.25.279 14. Boventer I., Simensen H.T., Anane A., Kläui M., Brataas A., Lebrun R. Room-Temperature Antiferromagnetic Reso- nance and Inverse Spin-Hall Voltage in Canted Antiferromagnets. Phys. Rev. Lett. 2021. 126(18): 187201. https:// doi.org/10.1103/PhysRevLett.126.187201 15. Gomonay H.V., Loktev V.M. Spin transfer and current-induced switching in antiferromagnets. Phys. Rev. B. 2010. 81(14): 144427. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.81.144427 16. Polishchuk D.M., Persson M., Kulyk M.M., Holmgren E., Pasquale G., Korenivski V. Tuning thermo-magnetic prop- erties of dilute-ferromagnet multilayers using RKKY interaction. Appl. Phys. Lett. 2020. 117(2): 022402. https://doi. org/10.1063/5.0014823 17. Ekholm M., Abrikosov I.A. Structural and magnetic ground-state properties of γ-FeMn alloys from ab initio calcula- tions. Phys. Rev. B. 2011. 84(10): 104423. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.84.104423 18. Merodio P., Ghosh A., Lemonias C., Gautier E., Ebels U., Chshiev M., Béa H., Baltz V., Bailey W.E. Penetration depth and absorption mechanisms of spin currents in Ir20Mn80 and Fe50Mn50 polycrystalline films by ferromagnetic resonance and spin pumping. Appl. Phys. Lett. 2014. 104: 032406. https://doi.org/10.1063/1.4862971 19. Polishchuk D.M., Polek T.I., Kamra A., Kravets A.F., Tovstolytkin A.I., Brataas A., Korenivski V. Spin relaxation in multilayers with synthetic ferrimagnets. Phys. Rev. B. 2018. 98(14): 144401. https://doi.org/10.1103/Phys- RevB.98.144401 20. Polishchuk D.M., Nakonechna O.I., Lytvynenko Ya.M., Kuncser V., Savina Yu.O., Pashchenko V.O., Kravets A.F., Tovstolytkin A.I., Korenivski V. Temperature and thickness dependent magnetostatic properties of [Fe/Py]/FeMn/ Py multilayers. Low Temperature Physics. 2021. 47(6): 483. https://doi.org/10.1063/10.0004971 21. Nogués J., Sort J., Langlais V., Skumryev V., Suriñach S., Muñoz J.S., Baró M.D. Exchange bias in nanostructures. Physics Reports. 2005. 422(3): 65—117. https://doi.org/10.1016/j.physrep.2005.08.004 22. Polishchuk D.M., Tykhonenko-Polishchuk Yu.O., Lytvynenko Ya.M., Rostas A.M., Gomonay O.V., Korenivski V. Thermal Gating of Magnon Exchange in Magnetic Multilayers with Antiferromagnetic Spacers. Phys. Rev. Lett. 2021. 126(22): 227203. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.126.227203 48 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2023. (2) З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ 23. Polishchuk D.M., Polek T.I., Borynskyi V.Yu., Kravets A.F., Tovstolytkin A.I., Korenivski V. Isotropic FMR fre- quency enhancement in thin Py/FeMn bilayers under strong magnetic proximity effect. J. Phys. D: Appl. Phys. 2021. 54(30): 305003. https://doi.org/10.1088/1361-6463/abfe39 24. Duine R.A., Lee K.J., Parkin S.S.P., Stiles M.D. Synthetic antiferromagnetic spintronics. Nature Phys. 2018. 14: 217— 219. https://doi.org/10.1038/s41567-018-0050-y 25. Kravets A.F., Polishchuk D.M., Dzhezherya Yu.I., Tovstolytkin A.I., Golub V.O., Korenivski V. Anisotropic magneti- zation relaxation in ferromagnetic multilayers with variable interlayer exchange coupling. Phys. Rev. B. 2016. 94(6): 064429. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.94.064429 26. Polishchuk D.M. Ferromagnetic resonance in nanostructures with temperature-controlled interlayer interaction. Low Temperature Physics. 2016. 42(9): 761. https://doi.org/10.1063/1.4964116 27. Polishchuk D., Tykhonenko-Polishchuk Y., Borynskyi V., Kravets A., Tovstolytkin A., Korenivski V. Magnetic Hys- teresis in Nanostructures with Thermally Controlled RKKY Coupling. Nanoscale Research Letters. 2018. 13: 245. https://doi.org/10.1186/s11671-018-2669-0 28. Polishchuk D.M., Tykhonenko-Polishchuk Yu.O., Holmgren E., Kravets A.F., Tovstolytkin A.I., Korenivski V. Giant magnetocaloric effect driven by indirect exchange in magnetic multilayers. Phys. Rev. Materials. 2018. 2(11): 114402. https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.2.114402 29. Borynskyi V.Yu., Polishchuk D.M., Melnyk A.K., Kravets A.F., Tovstolytkin A.I., Korenivski V. Higher-order fer- romagnetic resonances in periodic arrays of synthetic-antiferromagnet nanodisks. Appl. Phys. Lett. 2021. 119(19): 192402. https://doi.org/10.1063/5.0068111 30. Borynskyi V., Kravets A., Polishchuk D., Tovstolytkin A., Sharai I., Korenivski V., Melnyk A. Spin-wave Resonance in Arrays of Nanoscale Synthetic-antiferromagnets. In: IEEE 12th International Conference Nanomaterials: Applica- tions & Properties. Krakow, Poland, 2022. https://doi.org/10.1109/NAP55339.2022.9934337 31. Périgo E.A., Hemery G., Sandre O., Ortega D., Garaio E., Plazaola F., Teran F.J. Fundamentals and advances in mag- netic hyperthermia. Applied Physics Reviews. 2015. 2(4): 041302. https://doi.org/10.1063/1.4935688 32. Pucci C., Degl’Innocenti A., Gümüş M.B., Ciofani G. Superparamagnetic iron oxide nanoparticles for magnetic hy- perthermia: recent advancements, molecular effects, and future directions in the omics era. Biomater. Sci. 2022. 10: 2103—2121. https://doi.org/10.1039/D1BM01963E 33. Peiravi M., Eslami H., Ansari M., Zare-Zardini H. Magnetic hyperthermia: Potentials and limitations. Journal of the Indian Chemical Society. 2022. 99(1): 100269. https://doi.org/10.1016/j.jics.2021.100269 34. Yelenich O., Solopan S., Kolodiazhnyi T., Tykhonenko Yu., Tovstolytkin A., Belous A. Magnetic Properties and AC Losses in AFe2O4 (A = Mn, Co, Ni, Zn) Nanoparticles Synthesized from Nonaqueous Solution. Journal of Chemistry. 2015. 2015: 532198. https://doi.org/10.1155/2015/532198 35. Tovstolytkin A.I. New Functionalities of Nanostructured Oxide Magnetics (by materials of scientific report at NAS Presidium Meeting 15 May 2013). Visn. Nac. Akad. Nauk Ukr. 2013. (6): 7—10. http://doi.org/10.15407/ visn2013.06.007 36. Kalita V.M., Tovstolytkin A.I., Ryabchenko S.M., Yelenich O.V., Solopan S.O., Belous A.G. Mechanisms of AC losses in magnetic fluids based on substituted manganites. Phys. Chem. Chem. Phys. 2015. 17(27): 18087—18097. https:// doi.org/10.1039/C5CP02822A 37. Shlapa Y., Kulyk M., Kalita V., Polek T., Tovstolytkin A., Greneche J.-M., Solopan S., Belous A. Iron-Doped (La, Sr) MnO3 Manganites as Promising Mediators of Self-Controlled Magnetic Nanohyperthermia. Nanoscale Res. Lett. 2016. 11: 24. https://doi.org/10.1186/s11671-015-1223-6 38. Kalita V.M., Polishchuk D.M., Kovalchuk D.G., Bodnaruk A.V., Solopan S.O., Tovstolytkin A.I., Ryabchenko S.M., Belous A.G. Interplay between superparamagnetic and blocked behavior in an ensemble of lanthanum–strontium manganite nanoparticles. Phys. Chem. Chem. Phys. 2017. 19: 27015—27024. https://doi.org/10.1039/C7CP05547A 39. Belous A., Tovstolytkin A., Solopan S., Shlapa Yu. Synthesis, Properties and Applications of some Magnetic Ox- ide Based Nanoparticles and Films. Acta Physica Polonica A. 2018. 133(4): 1006—1012. https://doi.org/10.12693/ APhysPolA.133.1006 40. Solopan S.O., Nedelko N., Lewińska S., Ślawska-Waniewska A., Zamorskyi V.O., Tovstolytkin A.I., Belous A.G. Core/ shell architecture as an efficient tool to tune DC magnetic parameters and AC losses in spinel ferrite nanoparticles. Journal of Alloys and Compounds. 88: 1203—1210. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.02.276 41. Tovstolytkin A.I., Lytvynenko Ya.M., Bodnaruk A.V., Bondar O.V., Kalita V.M., Ryabchenko S.M., Shlapa Yu.Yu., So- lopan S.O., Belous A.G. Unusual magnetic and calorimetric properties of lanthanum-strontium manganite nanoparti- cles. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2020. 498: 166088. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2019.166088 ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2023, № 2 49 З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ 42. Zamorskyi V.O., Lytvynenko Ya.M., Pogorily A.M., Tovstolytkin A.I., Solopan S.O., Belous A.G. Magnetic Proper- ties of Fe3O4/CoFe2O4 Composite Nanoparticles with Core/Shell Architecture. Ukrainian Journal of Physics. 2020. 65(10): 904. https://doi.org/10.15407/ujpe65.10.904 43. Nakonechna O.I., Lotey G.S., Kaur J., Bodnaruk A.V., Kalita V.M., Shlapa Yu.Yu., Solopan S.O., Tovstolytkin A.I. AC Field Threshold Effect as a Key Factor toward the Efficient Heating of Fluids with NaFeO2 Magnetic Nanoparticles. Particle & Particle Systems Characterization. 2022. 39(9). https://doi.org/10.1002/ppsc.202200095 44. Ukrainian physicists will receive international grants. https://www.nas.gov.ua/UA/Messages/news/Pages/View. aspx?MessageID=9553 Alexandr I. Tovstolytkin Institute of Magnetism of the National Academy of Sciences of Ukraine and Ministry of Education and Science of Ukraine, Kyiv, Ukraine ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4852-6605 MAGNETIC NANOCOMPOSITES FOR ADVANCED TECHNICAL AND MEDICAL APPLICATIONS According to the materials of scientific report at the meeting of the Presidium of NAS of Ukraine, November 30, 2022 Current trends in the development of devices based on magnetic materials have been outlined. It is emphasized that an important direction is the development and research of advanced nanocomposites, the use of which in such devices will lead to a reduction in size, an increase in speed and an expansion of the functionality of practical applications. It is noted that the research carried out at the Institute of Magnetism of the National Academy of Sciences of Ukraine and Ministry of Education and Science of Ukraine is in line with modern world trends. The results of research on composite nanostruc- tures with an antiferromagnetic component are presented. The results of scientific activities aimed at the development and research of magnetic nanomaterials for medicine, in particular for self-controlled magnetic hyperthermia, are high- lighted. Keywords: magnetic nanocomposites, terahertz frequency band, antiferromagnetic ordering, self-controlled magnetic hyperthermia. Cite this article: Tovstolytkin A.I. Magnetic nanocomposites for advanced technical and medical applications. Visn. Nac. Akad. Nauk Ukr. 2023. (2): 43—49. https://doi.org/10.15407/visn2023.02.043

Магнітні нанокомпозити для новітніх технічних та медичних застосувань (за матеріалами доповіді на засіданні Президії НАН України 30 листопада 2022 р.)

Репозитарії

Схожі ресурси