Лаборатория физики оксидных сегнетоэлектриков

Лаборатория физики оксидных сегнетоэлектриков (лаборатория ФОС) создана в 2020 году в рамках выполнения государственного задания Министерства образования и науки РФ.

Заведующим лабораторией является PhD, к.ф.-м.н. Дмитрий Александрович Киселев, h-index (Scopus) = 20.

Штатными сотрудниками лаборатории ФОС являются 24 человека, из них 15 человек — научные сотрудники (10,1 штатных единиц). Активное участие в научной работе принимают студенты, аспиранты и молодые ученые, средний возраст сотрудников на конец 2020 года не превышает 40 лет.

Деятельность лаборатории

Основной задачей лаборатории ФОС является получение новых магнитоэлектрических композитных материалов (так называемых «композитных мультиферроиков») на основе оксидных сегнетоэлектриков с упорядоченной доменной структурой, а также исследование свойств таких материалов и создание приборов и устройств на их основе.

Объектами исследования являются композитные мультиферроики на основе объемных моно- и поликристаллических, а также тонкопленочных сегнетоэлектриков, аморфных металлических стекол, тонких пленок и фольг ферромагнитных металлов и сплавов, а также связующих материалов.

Среди возможных применений композитных мультиферроиков одним из наиболее перспективных и близких к практической реализации является создание на основе таких материалов высокочувствительных сенсоров сверхслабых магнитных полей, способных работать при комнатной температуре и позволяющих бесконтактно измерять сверхслабые токи в маломощных устройствах и электронных схемах, а также в живых организмах. Одним из возможных применений, из-за которых объемные и композитные магнитоэлектрики в последние годы интенсивно исследуются многими лидирующими мировыми научными группами, является возможность использования их в устройствах неинвазивной диагностики в качестве датчиков сверхслабых магнитных полей, индуцируемых токами протекающими в нейронах живых организмов (в частности, в сердце и центральной нервной системе). Так, магнитоэнцефалографы и магнитокардиографы позволяют на ранних стадиях диагностировать, локализовать и изучать такие заболевания мозга и сердца, как рассеянный склероз, болезнь Альцгеймера, шизофрения, хронический алкоголизм, невралгии различного генеза, инфаркт миокарда, аритмия. Создание новых магнитоэлектрических материалов на основе оксидных сегнетоэлектриков с упорядоченной доменной структурой позволит удешевить существующие устройства магнитной диагностики, что будет способствовать их широкому распространению и применению в медицинской практике. Простота изготовления и возможность миниатюризации структуры данного типа позволит создавать более доступные приборы магнитной диагностики.

Другими перспективным приборами, использующими активные элементы на основе композитных мультиферроиков, являются микроволновые фазовращатели, электронно-настраиваемые СВЧ-резонаторы и линии задержки, системы сбора бросовой энергии, магнитоэлектрические гираторы.

Основные научные направления деятельности лаборатории

• Разработка численных методов расчета магнитоэлектрических параметров слоистых композитных магнитоэлектриков.
• Исследование влияния доменной структуры сегнетоэлектрической фазы на свойства магнитоэлектрических композитов.
• Разработка методики локального формирования заряженных междоменных границ в объемных монокристаллах 180-градусных сегнетоэлектриков LiNbO₃ и LiTaO₃ и изучение электрофизических свойств таких границ.
• Синтез и изучение тонких пленок бессвинцовых сегнетоэлектриков (в том числе нанокристаллических), разработка методов управления доменной структурой таких пленок с целью повышения магнитоэлектрических свойств композитов на их основе.
• Синтез и исследование тонких плёнок магнитострикционных материалов методом лазерной абляции, магнетронного распыления мишени и электрохимического осаждения.
• Исследование влияния различных магнитострикционных материалов (аморфных металлических стекол, тонких пленок никеля) на магнитоэлектрические свойства композитных структур.
• Расчет и формирование оптимальной доменной структуры в сегнетоэлектриках LiNbO₃ и LiTaO₃ с целью повышения магнитоэлектрического эффекта, снижения внутренних тепловых шумов и миниатюризации функциональных слоев магнитоэлектрических композитов
• Разработка методики получения композитных тонкопленочных структур с сегнетоэлектрическими и магнитоэлектрическими включениями на основе химического осаждения из парогазовой среды в вакууме.
• Исследование сегнетоэлектрических и магнитоэлектрических наноразмерных кластеров в композитах на основе аморфных устойчивых к внедрению лигатуры в больших концентрациях материалов.
• Определение фундаментальных аспектов формирования сегнетоэлектрических и магнитоэлектрических тонких слоев в композитах на основе аморфной устойчивой к внедрению лигатуры в больших концентрациях матрицы. Разработка методик исследования электрофизических параметров получаемых мультимагнитных тонкопленочных материалов.
• Исследование статической доменной структуры, эффектов локального переключения поляризации, измерение пьезоэлектрических характеристик бессвинцовых сегнетоэлектрических керамик, в том числе на основе ниобата калия-натрия (K_0.5Na_0.5)NbO₃ и цирконата титаната бария (Ba(Zr,Ti)O₃) методами сканирующей зондовой микроскопии.
• Сравнительный анализ влияния изо- и гетеровалентных замещений, на диэлектрические параметры, величину спонтанной поляризации и пьезоэлектрические характеристики, выявление составов, наиболее перспективных в плане практических применений.
• Создание функциональных элементов для датчиков сверхслабых магнитных полей, индуцируемых токами, протекающими в нейронах живых организмов (в частности, в сердце и центральной нервной системе), в неинвазивной диагностики.