تم إنشاء مادة جديدة في روسيا – “الحرباء” المغناطيسية

من بين المواد المستخدمة في التكنولوجيا، الفريت لها أهمية خاصة. يتم استخدامها على نطاق واسع في أجهزة الراديو والإلكترونيات وغيرها من المجالات بسبب خصائصها القيمة. تتمتع هذه المواد بخصائص مغناطيسية حديدية – فهي تتمغنط تلقائيًا لأنها تحتوي على بنية معقدة مكونة من شبكتين فرعيتين مغناطيسيتين أو أكثر. وتتميز بعزومها المغناطيسية التي تكون متوازية مع بعضها البعض في اتجاهين متعاكسين. وفي الوقت نفسه، تعتبر الفريت مواد عازلة (موصلات رديئة للتيار الكهربائي). من حيث التركيب الكيميائي، فإن الفريت عبارة عن خليط من أكسيد الحديد (III) وأكاسيد المعادن الأخرى في شكل مركب واحد. اعتمادًا على نوع الشبكة البلورية – الموقع النسبي للجزيئات، وعدد جيرانها، وما إلى ذلك – يتم تمييز فريتات الإسبنيل، وفريت العقيق، والهكسافيريت وغيرها. الفريت السداسي، أو السداسي الفريت، له بنية بلورية. وعادةً ما يكون لها الصيغة (MO)(Fe2O3)6، حيث M هو أحد المعادن (الباريوم أو السترونتيوم أو الرصاص). تجذب هذه الفريت اهتمامًا خاصًا وتجد تطبيقات عملية جديدة، حيث يمكن تعديل هيكلها ودراسته بالتفصيل. يتم تقسيم الهكسافيريت إلى أنواع اعتمادًا على عدد ذرات الباريوم والحديد والمعادن البديلة والأكسجين، بالإضافة إلى التفاصيل الهيكلية. الفريت M- وY- وW- وX- وU معروف؛ وفي الدراسة الجديدة، ركز العلماء على النوع الأول. تتمتع هذه السداسيات الفريت بتباين عالٍ في الخصائص، أي أن الخصائص على طول المحور c تختلف عن الخصائص على طول الاتجاهين a وb. تعتبر السداسيات الفريت مناسبة لتعاطي المنشطات – حيث يتم إدخال الشوائب التي تغير خصائص المادة. نحن نتحدث بشكل أساسي عن استبدال أيونات الحديد في موضع معين من الشبكة البلورية بأيونات الألومنيوم. في البداية، تم إجراء هذا التعديل لتغيير الخصائص المغناطيسية للمادة، ولكن بعد ذلك، بمساعدة منشطات الألومنيوم بناءً على تقنيات مختلفة، كان من الممكن تحسين الخصائص الأخرى للهكسافريتات: الكهربائية، والموجات الدقيقة، وما إلى ذلك. في البداية، تم تغيير محتوى الألومنيوم في السداسيات في نطاق ضيق من التركيزات، ولكن الآن يمكن أن تتجاوز نسبة أيونات الحديد المستبدلة الثلث. لقد وصف العمل السابق تأثير المنشطات على البنية والخصائص المغناطيسية والخصائص العازلة للمادة (أي خصائص عازل التيار الكهربائي). ومع ذلك، فقد أخذوا في الاعتبار فقط الخصائص العيانية للهكسافيريت كمادة كاملة، دون الأخذ في الاعتبار التغيرات في الشبكة الفرعية المغناطيسية في وحدة الخلية البلورية. تم سد هذه الفجوة من خلال العمل الجديد الذي قام به فريق من العلماء من MIPT، معهد كورشاتوف، جامعة موسكو الحكومية. م.ف. لومونوسوف والمراكز العلمية الأخرى. واستخدموا عمليات المحاكاة الحاسوبية (الحسابات الكيميائية الكمومية) لتقييم إمكانية استبدال الحديد بالألمنيوم في سداسي الباريوم BaFe12O19. لقد درسنا حالات استبدال الألومنيوم في المواضع البلورية المختلفة للحديد واخترنا الحالات الأكثر تفضيلاً. ونشرت النتائج في مجلة السبائك والمركبات. وبعد ذلك انتقلنا إلى الجزء التجريبي من الدراسة. من بين عدد من الطرق المتاحة لإنتاج السداسي الفريت، اختار العلماء الاحتراق التلقائي. أنها تنطوي على استخدام أكاسيد أو كربونات ساخنة إلى درجة حرارة 1000 درجة مئوية. للتفاعل، تم إشعال النار في هلام من حامض الستريك والنترات. وهكذا، يتم تصنيع الفريت في شكل أنقى وعند درجة حرارة منخفضة نسبيا. تتيح هذه الطريقة أيضًا التحكم الصارم في تكوين المادة الناتجة وتجنب تغيراتها أثناء الخلط. ونتيجة لذلك، تم تشكيل سداسي الفريت الباريوم مع الصيغة BaAl4Fe8O19. لقد وجد العلماء أن استبدال أيونات الحديد بالألمنيوم يحدث طبقة تلو الأخرى، أي أن الشبكات الفرعية المغناطيسية تتناوب مع طبقات من أيونات الألومنيوم غير المغناطيسية. علاوة على ذلك، فإن أيونات الألومنيوم التي تصل إلى أحد مواضع الشبكة البلورية (الموضع 12k) تشكل طبقة خالية من الخصائص المغناطيسية. إنه يفصل بين الشبكات الفرعية المغناطيسية الفردية في بلورة السداسي الفريت عن بعضها البعض، مما يجعل من الممكن تغيير اتجاه عزمها المغناطيسي عند تسخينها. ونتيجة لذلك، تظهر “مغناطيسات” فردية معزولة بالداخل ضمن نطاق درجة حرارة معين. لمعرفة أي من المواضع المحتملة العديدة التي اتخذتها أيونات الألومنيوم المدخلة في البلورة، استخدم الكيميائيون قياسات المجال المغناطيسي، وحيود النيوترونات، ومطيافية موسباور. المغناطيسات الحديدية – المواد ذات المغناطيسية التلقائية – تحتفظ بها عند درجات حرارة أقل من نقطة كوري. كل مادة لها خاصة بها. يحدث فقدان الخصائص المغناطيسية الحديدية في هذه الحالة بسبب انتهاك الترتيب طويل المدى للحظات المغناطيسية في الشبكة البلورية. تسبب الهيكل الفريد للسداسي الفريت الذي تم الحصول عليه في MIPT في ظهور نقطة كوري ثانية. ويرجع ذلك إلى إعادة توزيع العزوم المغناطيسية في المادة وتكوين شبكات فرعية مغناطيسية جديدة دون تغيير تكوين الطور. “لقد تمكنا من تصنيع مادة لها انتقالين مغناطيسيين في وقت واحد. يعرف العلم بالفعل طرقًا للحصول على تأثير مماثل من خلال الجمع بين مادتين مغناطيسيتين مختلفتين في خليط ميكانيكي. تكمن حداثة اكتشافنا في وجود شبكتين فرعيتين مغناطيسيتين مختلفتين في عينة واحدة أحادية الطور في نطاقات درجات حرارة مختلفة. وبعبارة أخرى، فإن مادتنا مغناطيسية حديدية في درجة حرارة الغرفة، ومغناطيسية فوق 180 درجة مئوية، ثم عند تسخينها إلى 500 درجة تصبح مغناطيسية حديدية”. مرة أخرى، ولكن ببنية مغناطيسية مرتبة مختلفة،” أشارت سفيتلانا جودكوفا، نائبة رئيس مختبر مواد أكسيد أشباه الموصلات في معهد تكنولوجيا المعلومات والاتصالات MIPT. بالإضافة إلى باحثي MIPT، شارك في العمل زملاؤهم من المركز الوطني للبحوث “معهد كورشاتوف” وجامعة الشرق الأقصى الفيدرالية وجامعة موسكو الحكومية. م.ف. لومونوسوف، جامعة إيمانويل كانط البلطيق الفيدرالية، جامعة ولاية جنوب الأورال ومعهد الكيمياء، جامعة ولاية سانت بطرسبرغ.