Нові функціональні можливості наноструктурованих оксидних магнетиків (за матеріалами наукового повідомлення на засіданні Президії НАН України 15 травня 2013 року)

У доповіді висвітлено нові ефекти, виявлені експериментально в композитних тонкоплівкових структурах на основі певного класу оксидів – оксидів ABO3 зі структурою перовскіту. Вагомі результати в цьому напрямі почали з’являтися лише останніми роками, коли успіхи в галузі тонкоплівкових технологій умо...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2013
Автор:	Товстолиткін, О.І.
Формат:	Стаття
Мова:	Ukrainian
Опубліковано:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2013
Назва видання:	Вісник НАН України
Теми:	З кафедри Президії НАН України
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/67481
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:	Нові функціональні можливості наноструктурованих оксидних магнетиків (за матеріалами наукового повідомлення на засіданні Президії НАН України 15 травня 2013 року) / О.І. Товстолиткін // Вісн. НАН України. — 2013. — № 6. — С. 7-10. — Бібліогр.: 12 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-67481
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-674812014-09-07T03:02:36Z Нові функціональні можливості наноструктурованих оксидних магнетиків (за матеріалами наукового повідомлення на засіданні Президії НАН України 15 травня 2013 року) Товстолиткін, О.І. З кафедри Президії НАН України У доповіді висвітлено нові ефекти, виявлені експериментально в композитних тонкоплівкових структурах на основі певного класу оксидів – оксидів ABO3 зі структурою перовскіту. Вагомі результати в цьому напрямі почали з’являтися лише останніми роками, коли успіхи в галузі тонкоплівкових технологій уможливили приготування високоякісних плівок багатокомпонентних матеріалів. Особливу увагу приділено роботам, які виконуються за участю науковців Інституту магнетизму НАН України та МОН України і дають змогу виявити нові якості штучних оксидних структур, а також створити лабораторні макети магніто-керованих пристроїв. В докладе освещены новые эффекты, которые были экспериментально обнаружены в композитных тонкопленочных структурах на основе определенного класса оксидных материалов — оксидов ABO3 со структурой перовскита. Важные результаты в этом направлении начали появляться только в последние годы, когда успехи в области тонкопленочных технологий сделали возможным изготовление высококачественных пленок многокомпонентных материалов. Особое внимание обращается на работы, выполняемые с участием научных сотрудников Института магнетизма НАН Украины и МОН Украины и позволяющие обнаружить новые качества искусственных оксидных структур, а также создать лабораторные макеты магнитоуправляемых устройств. The report concentrates on elucidation of new effects which were experimentally revealed in composite thinfilm structures based on a certain class of oxide materials — ABO3 perovskite oxides. Important results in this direction started to appear only in recent years when advances in thin-film technologies have made it possible to fabricate high-quality multicomponent films. A special attention is paid to the works which are performed with the participation of the scientists of Institute of Magnetism of NAS of Ukraine and MES of Ukraine and which allowe revealing qualitatively new functionalities in artificial oxide structures and developing prototypes of magnetically tuned devices. 2013 Article Нові функціональні можливості наноструктурованих оксидних магнетиків (за матеріалами наукового повідомлення на засіданні Президії НАН України 15 травня 2013 року) / О.І. Товстолиткін // Вісн. НАН України. — 2013. — № 6. — С. 7-10. — Бібліогр.: 12 назв. — укр. 0372-6436 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/67481 538.9 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. Нові функціональні можливості наноструктурованих оксидних магнетиків (за матеріалами наукового повідомлення на засіданні Президії НАН України 15 травня 2013 року) Вісник НАН України
description	У доповіді висвітлено нові ефекти, виявлені експериментально в композитних тонкоплівкових структурах на основі певного класу оксидів – оксидів ABO3 зі структурою перовскіту. Вагомі результати в цьому напрямі почали з’являтися лише останніми роками, коли успіхи в галузі тонкоплівкових технологій уможливили приготування високоякісних плівок багатокомпонентних матеріалів. Особливу увагу приділено роботам, які виконуються за участю науковців Інституту магнетизму НАН України та МОН України і дають змогу виявити нові якості штучних оксидних структур, а також створити лабораторні макети магніто-керованих пристроїв.
format	Article
author	Товстолиткін, О.І.
author_facet	Товстолиткін, О.І.
author_sort	Товстолиткін, О.І.
title	Нові функціональні можливості наноструктурованих оксидних магнетиків (за матеріалами наукового повідомлення на засіданні Президії НАН України 15 травня 2013 року)
title_short	Нові функціональні можливості наноструктурованих оксидних магнетиків (за матеріалами наукового повідомлення на засіданні Президії НАН України 15 травня 2013 року)
title_full	Нові функціональні можливості наноструктурованих оксидних магнетиків (за матеріалами наукового повідомлення на засіданні Президії НАН України 15 травня 2013 року)
title_fullStr	Нові функціональні можливості наноструктурованих оксидних магнетиків (за матеріалами наукового повідомлення на засіданні Президії НАН України 15 травня 2013 року)
title_full_unstemmed	Нові функціональні можливості наноструктурованих оксидних магнетиків (за матеріалами наукового повідомлення на засіданні Президії НАН України 15 травня 2013 року)
title_sort	нові функціональні можливості наноструктурованих оксидних магнетиків (за матеріалами наукового повідомлення на засіданні президії нан україни 15 травня 2013 року)
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate	2013
topic_facet	З кафедри Президії НАН України
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/67481
citation_txt	Нові функціональні можливості наноструктурованих оксидних магнетиків (за матеріалами наукового повідомлення на засіданні Президії НАН України 15 травня 2013 року) / О.І. Товстолиткін // Вісн. НАН України. — 2013. — № 6. — С. 7-10. — Бібліогр.: 12 назв. — укр.
series	Вісник НАН України
work_keys_str_mv	AT tovstolitkínoí novífunkcíonalʹnímožlivostínanostrukturovanihoksidnihmagnetikívzamateríalaminaukovogopovídomlennânazasídanníprezidíínanukraíni15travnâ2013roku
first_indexed	2025-07-05T17:30:39Z
last_indexed	2025-07-05T17:30:39Z
_version_	1836828999278395392
fulltext	7ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2013, № 6 З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ У доповіді висвітлено нові ефекти, виявлені експериментально в композитних тонкоплівкових струк- турах на основі певного класу оксидів – оксидів ABO3 зі структурою перовскіту. Вагомі результати в цьому напрямі почали з’являтися лише останніми роками, коли успіхи в галузі тонкоплівкових техноло- гій уможливили приготування високоякісних плівок багатокомпонентних матеріалів. Особливу увагу приділено роботам, які виконуються за участю науковців Інституту магнетизму НАН України та МОН України і дають змогу виявити нові якості штучних оксидних структур, а також створити ла- бораторні макети магніто-керованих пристроїв. Ключові слова: багатофункціональні елементи, перовскітні гетероструктури, оксидні магнетики, магніто- ка лоричний ефект, матеріали з від’ємним показником заломлення. УДК 538.9 О.І. ТОВСТОЛИТКІН Інститут магнетизму Національної академії наук України та Міністерства освіти і науки України бульв. Вернадського, 36б, Київ, 03142, Україна НОВІ ФУНКЦІОНАЛЬНІ МОЖЛИВОСТІ НАНОСТРУКТУРОВАНИХ ОКСИДНИХ МАГНЕТИКІВ За матеріалами наукового повідомлення на засіданні Президії НАН України 15 травня 2013 року © О.І. Товстолиткін, 2013 Стрімкий розвиток інформаційних техно- логій, що відбувався переважно завдяки зменшенню розмірів електронних компо- нентів, останнім часом істотно гальмується через наявність фундаментальних обме- жень, спричинених, зокрема, появою неба- жаних квантових і флуктуаційних ефектів та проблемами з відведенням тепла [1, 2]. Один із напрямів подолання вищезазначе- них перепон пов’язують з розвитком адаптив- ної електроніки, тобто електроніки, що ґрунту- ється на використанні багатофункціональних елементів, здатних оперативно й керовано пе- реналагоджуватися під дією зовнішніх впли- вів (електричного і магнітного полів, керова- ного деформування тощо) [1]. Тому на пере- дній план виступає потреба в композитних наноструктурах з розширеною функціональ- ністю та здатністю легко адаптуватися. При цьому функціональних можливостей матеріа- лів, створених природою, недостатньо. Отже, головний вектор руху спрямований на розро- блення штучних систем, що комбінують ком- поненти з різними властивостями [1, 2]. Пер- спективним у цьому напрямі є використання складних оксидів, зокрема оксидів ABO3 зі структурою перовскіту (рис. 1). Оксиди цього структурного типу виявляють розмаїття фізичних властивостей [3–8]. Серед них є матеріали, чутливі до зовнішніх магнітних полів (манганіт лантану LaMnO3 і сполуки на його основі), електричних полів (титанат барію BaTiO3 і сполуки на його основі) та ін. Матеріали з рекордним проявом оберненого п’єзо елект рич- ного ефекту Pb(Mg1/3Nb2/3)0,72Ti0,28O3 також на- лежать до цього структурного типу. Одержання перовскітних гетеро- та наноструктур — дієвий шлях до створення керованих електронних ком- понент із розширеною функціональністю. 8 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2013, № 6 З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ Отже, розроблення й дослідження одно- та багатошарових структур на основі перовскіт- них оксидів — один із пріоритетних напрямів фундаментальних і прикладних досліджень у фізичних лабораторіях багатьох країн світу. Серед таких оксидів на особливу увагу заслу- говують сполуки на основі марганцю. Оксиди марганцю зі структурою перовскіту (так звані заміщені манганіти) вирізняються надзвичайно сильною чутливістю їхньої елек- тричної провідності до зовнішнього магнітно- го поля (ефект колосального магнітоопору) [6, 7]. З іншого боку, це матеріали з високим ступенем спінової поляризації носіїв заряду, що робить їх перспективними для використан- ня в елементах спінтроніки. Спінтроніка — це електроніка, в якій носієм інформації є не електронний заряд, а електронний спін (ви- ключно квантовий фізичний параметр), що може сприяти створенню нових приладів, які комбінують стандартну мікро- (нано-)елек- троніку зі спінзалежними ефектами [7]. Відкриття ефекту колосального магнітоопо- ру стимулювало широкі дослідження заміще- них манганітів і споріднених систем. В Інститу- ті магнетизму НАН України та МОН України проводять роботи, спрямовані на вивчення електричних, магнітних і резонансних власти- востей тонких плівок заміщених манганітів та багатошарових структур на їхній основі. Нау- ковцями Інституту виконано серію теоретич- них та експериментальних робіт, у яких розро- блено новий підхід до аналізу двофазних систем «феромагнітний метал — парамагнітний на пів- провідник» і встановлено фундаментальні за- кономірності трансформації електричних та резонансних властивостей таких систем під дією зовнішніх впливів [9, 10]. Досліджено ха- рактер зміни магнітних і магніторезистивних властивостей композитних перовскітних струк- тур «феромагнетик — сегнетоелектрик» під ді єю зовнішніх магнітного й електричного полів [4, 8]. Вагомою перевагою таких структур є можли- вість впливати за допомогою електричного поля на магнітні параметри матеріалу і, навпаки, здат- ність керувати електричними характеристика- ми завдяки змінам магнітного поля. Крім важ- ливого фундаментального значення реалізація взаємовпливу електричних і магнітних підсис- тем може зумовити якісні зміни у сферах ін- форматики й мобільного зв’язку, а також спри- ятиме подальшому розвитку спінтроніки. Рис. 1. Структура перовскітних оксидів із загальною хімічною формулою ABO3 Магнітокалоричний ефект у різних матеріалах Матеріал T,K ΔS/μ0ΔH,* Дж·K–1·кг-1·Тл–1 Gd5Si2Ge2 276 –3,7 Gd5Si1Ge3 136 –13,6 MnAs 318 –6,4 MnFeP0,45As0,55 310 –3,6 Ni52,6Mn23,1Ga24,3 300 –3,6 Ni50Mn37Sn13 299 3,8 Ni50Mn34In16 219 2,4 CoMnSi0,95Ge0,05 215 1,8 MnCoGeB0,02 287 –9,5 LaFe11,7Si1,3 184 –6,0 LaFe11,57Si1,43H1,3 291 –5,6 La0,7Ca0,3MnO3 259 –0,9 La0,7Ca0,3MnO3//SrTiO3 265 –1,5 La0,7Sr0,3MnO3 348 –0,3 La0,7Ca0,3MnO3//BaTiO3 (стимульований ефект)* 190 –9 * — дані роботи [8], які відображують стимульова- ний магнітокалоричний ефект у перовскітних гетеро- структурах; — температура, за якої спостерігається магнітока- лоричний ефект; * — параметр, що кількісно характеризує магнітока- лоричний ефект (ізотермічна зміна ентропії, нормова- на на одиницю магнітної індукції). 9ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2013, № 6 З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ Важливим напрямом є дослідження нано- структур, у яких магнітний компонент інте- грований з матеріалами, що характеризують- ся сильним проявом оберненого п’єзо елект- ричного ефекту [8]. Це має велике значення для розроблення нових електро- та магніто- керованих пристроїв, зокрема магнітокало- ричних охолоджувачів і магніторезистивної пам’яті з довільним доступом. Магнітокалоричні ефекти виникають у ма- теріалах, у яких індуковані зовнішнім маг- нітним полем процеси спричинюють темпера- турні зміни. Ці ефекти вже давно використову- ють у лабораторіях для досягнення наднизьких температур (температур, нижчих за десяті частки Кельвіна) [8]. Нещодавнє відкриття гі- гантського магнітокалоричного ефекту за тем- ператури, близької до кімнатної, навело на думку про застосування цього ефекту в про- мисловості й побуті [11]. Проте лише обмеже- на кількість матеріалів виявляє гігантський магнітокалоричний ефект (див. табл.). Результати робіт, виконаних за участю спів- робітників Інституту магнетизму, вперше по- казали, що перовскітні гетероструктури мо- жуть виявляти стимульований гігантський магнітокалоричний ефект [8]. Мається на увазі якісно новий ефект, який не характерний для окремих компонентів гетероструктури, а вини- кає внаслідок суперпозиції певних властивос- тей кожного з компонентів. Для конкретної комбінації перовскітних оксидів (манганіт лантану-кальцію//титанат барію) було визна- чено, що величина ізотермічної зміни ентропії, нормованої на одиницю магнітної індукції, становить близько 9 Дж⋅K-1⋅кг-1⋅Тл-1, що є по- рівнянним з рекордними величинами магніто- калоричного ефекту, досягнутими дотепер (див. табл.). Оптимізація параметрів, а також геометрії композитної структури може забез- печити істотне підсилення цього ефекту. Слід зазначити, що магнітокалоричні охоло- джувачі екологічно чисті, сприятливі для навко- лишнього середовища і їх можна розглядати як альтернативу звичайним компресійним холо- дильникам. Вважають, що вже найближчим ча- сом вони стануть конкуренто спроможними (рис. 2) і витіснять традиційні холодильники, які споживають багато енергії і використовують ма- теріали, що руйнують озоновий шар Землі [12]. Науковці Інституту магнетизму у співро- бітництві з дослідниками інших інститутів НАН України (Інституту загальної та неор- ганічної хімії ім. В.І. Вернадського, Інсти- туту радіофізики і електроніки ім. О.Я. Уси- кова, Харківського фізико-технічного ін- ституту) синтезували й дослідили керовані магнітним полем штучні структури на осно- ві заміщених манганітів, які показують від’ємне значення коефіцієнта заломлення в міліметровому діапазоні електромагніт- них хвиль [5]. Перевагою таких структур є значна зміна їхніх магнітних і діелектрич- них характеристик за відносно невеликої зміни зовнішніх параметрів, таких як маг- нітне та електричне поля. На сьогодні ство- рено лабораторний макет керованого маг- нітним полем відгалужувача для пристроїв міліметрового діапазону хвиль. Нині вивчення властивостей оксидних на- ноструктур — один із пріоритетних напрямів світових досліджень, адже вони пропонують нову фізику і мають реальні перспективи практичного застосування. Завдяки ефек- тивним експериментальним і тео ретичним роботам українські науковці перебувають на передньому краю досліджень у зазначеній галузі. Однак подальший розвиток цього Рис. 2. Кількість нових магнітних охолоджувачів, роз- роблених і виготовлених різними фірмами впродовж кожного з років [12] 10 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2013, № 6 З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ напряму потребує оновлення парку вимірю- вальних приладів, а також розширення ко- ординації досліджень як між установами НАН України та підприємствами електрон- ної промисловості, так і з передовими зару- біжними лабораторіями. СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ 1. Ha S.D., Ramanathan S. Adaptive oxide electronics: A re- view // J. Appl. Phys. — 2011. — V. 110. — P. 071101 (1–20). 2. Vaz C.A.F. Electric field control of magnetism in mul- tiferroic heterostructures // J. Phys.: Condens. Mat- ter. — 2012. — V. 24. — P. 333201 (1–29). 3. Tovstolytkin A.I., Dzyublyuk V.V., Podyalovskii D.I. et al. Complex phase separation in La0.6Ca0.4MnO3 films re- vealed by electron spin resonance // Phys. Rev. B. — 2011. — V. 83, N 18. — P. 184404 (1–6). 4. Solopan S.A., V’yunov O.I., Belous A.G. et al. Magne- to electric effect in composite structures based on ferroelectric-ferromagnetic perovskites // J. Europ. Ceram. Soc. — 2010. — V. 30, N 2. — P. 259–263. 5. Khodzitsky M.K., Kalmykova T.V., Tarapov S.I. et al. Left-handed behavior of strontium-doped lantha- num manganite in the millimeter waveband // Appl. Phys. Lett. — 2009. — V. 95, N 8. — P. 082903 (1–3). 6. Tovstolytkin A., Pogorily A., Vovk A. et al. Magnetoresist- ance and phase separation in thin films of moderately Sr-doped manganites // J. Magn. Magn. Mater. — 2004. — V. 272–276, N 3. — P. 1839–1840. 7. Погорілий А.М., Рябченко С.М., Товстолиткін О.І. Спінтроніка. Основні явища. Тенденції розвитку // УФЖ. Огляди. — 2010. — Т. 6, № 1. — С. 37–97. 8. Moya X., Hueso L.E., Maccherozzi F. et al. Giant and reversible extrinsic magnetocaloric effects in La0.7Ca0.3MnO3 films due to strain // Nature Materi- als. — 2013. — V. 12, N 1. — P. 52–58. 9. Dzhezherya Yu.I., Tovstolytkin A.I. A remarkable trans- formation of magnetic resonance spectra as a result of a mutual influence of coexisting para- and ferromagnetic phases // J. Phys.: Condens. Matter. — 2007. — V. 19, N 24. — P. 246212 (1–14). 10. Tovstolytkin A.I., Pogorily A.M., Dzhezherya Yu.I. et al. In- terference of coexisting para- and ferromagnetic phases in partially crystallized films of doped manganites // J. Phys.: Condens. Matter. — 2009. — V. 21, N 38. — P. 386003 (1–7). 11. Pecharsky V.K., Gschneidner Jr. K.A. Giant magneto- caloric effect in Gd5Si2Ge2 // Phys. Rev. Lett. — 1997. — V. 78. — P. 4494–4497. 12. Gschneidner Jr. K.A., Pecharsky V.K. Thirty years of near room temperature magnetic cooling: Where we are today and future prospects // Int. J. Refriger. — 2008. — V. 31. — P. 945–961. А.И. Товстолыткин Институт магнетизма Национальной академии наук Украины и Министерства образования и науки Украины бульв. Вернадского, 36б, Киев, 03142, Украина НОВЫЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ОКСИДНЫХ МАГНЕТИКОВ В докладе освещены новые эффекты, которые были экспериментально обнаружены в композитных тонко- пленочных структурах на основе определенного клас- са оксидных материалов — оксидов ABO3 со структу- рой перовскита. Важные результаты в этом направле- нии начали появляться только в последние годы, когда успехи в области тонкопленочных технологий сделали возможным изготовление высококачествен- ных пленок многокомпонентных материалов. Особое внимание обращается на работы, выполняемые с уча- стием научных сотрудников Института магнетизма НАН Украины и МОН Украины и позволяющие об- наружить новые качества искусственных оксидных структур, а также создать лабораторные макеты маг- нитоуправляемых устройств. Ключевые слова: многофункциональные элемен- ты, перовскитовые гетероструктуры, оксидные маг- нетики, магнитокалорический эффект, материалы с отрицательным показателем преломления. A.I. Tovstolytkin Institute of Magnetism of National Academy of Sciences of Ukraine and Ministry of Education and Science of Ukraine 36b Vernadskogo Blvd, Kyiv, 03142, Ukraine NEW FUNCTIONALITIES OF NANOSTRUCTURED OXIDE MAGNETICS The report concentrates on elucidation of new effects which were experimentally revealed in composite thin- film structures based on a certain class of oxide materials — ABO3 perovskite oxides. Important results in this direc- tion started to appear only in recent years when advances in thin-film technologies have made it possible to fabri- cate high-quality multicomponent films. A special atten- tion is paid to the works which are performed with the participation of the scientists of Institute of Magnetism of NAS of Ukraine and MES of Ukraine and which allowe revealing qualitatively new functionalities in artificial oxide structures and developing prototypes of magneti- cally tuned devices. Keywords: multifunctional elements, perovskite hetero- structures, oxide magnetics, magnetocaloric effect, nega- tive refraction index materials.

Нові функціональні можливості наноструктурованих оксидних магнетиків (за матеріалами наукового повідомлення на засіданні Президії НАН України 15 травня 2013 року)

Репозитарії

Схожі ресурси