Красноярские ученые разработали простой, экологически чистый и эффективный способ получения пленок сплава железо-кобальт. Они поменяли токсичные вещества-восстановители на безопасные полисахариды. Пленки, синтезированные по новой методике, не уступают полученным традиционным методом, и имеют высокие магнитные показатели. Результаты исследования опубликованы в журнале Semiconductors.

Пленки из сплава железо-кобальт демонстрируют превосходные магнитные свойства и широко применяются в магнитной записи, при изготовлении магнитных сенсоров, экранирующих покрытий. Одним из наиболее простых и экономичных методов приготовления сплавов железо-кобальт является химическое осаждение, в ходе которого используются соединения-восстановители. Однако использование обычных восстановителей, таких как гипофосфит или боргидрид натрия, загрязняет пленки примесями, которые нарушают их магнитные характеристики. Также такие восстановители токсичны.

Коллектив красноярских ученых, в состав которого вошли физики ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН», модифицировал химический метод изготовления наноструктурированных пленок железо-кобальт, использовав различные полисахариды в качестве восстановителей. Ученые отмечают, что модифицированный метод высокоэффективен и прост.

Сплав железо-кобальт, из которого изготавливались пленки, был синтезирован методом химического осаждения, когда в ходе реакции элементов конечное вещество осаждается на подложке. Один из важных составляющих такой реакции — компонент-восстановитель, который помогает веществам восстанавливаться до металла и «покрывать» поверхность подложки. Ученые использовали в реакции в качестве восстановителей крахмал, сахарозу и арабиногалактан – полисахарид, который получается из древесины лиственницы сибирской. Эти вещества являются экологически безопасными, однако могут повлиять на характеристики полученного материала.

Магнитные свойства – один из важнейших параметров пленок. Они зависят от морфологии, кристаллической структуры и состава пленки. Эти характеристики, соответственно, зависят от содержания железа и типа восстановителя в материале, из которого изготовлена пленка. Так, к примеру, замена восстановителя на сахарозу привела к тому, что поверхность пленки состояла из более крупных и граненых металлических частиц. Арабиногалактан делал поверхность пленок гладкой и однородной.

После синтеза ученые провели магнитные исследования полученных пленок. Для пленок, полученных с разными полисахаридами в качестве восстановителей, были характерны высокий коэффициент предельного значения намагниченности и малое количество примесей углерода. При этом, наилучший эффект был получен при использовании сахарозы.

«Перед нами стояла задача получить пленки таким методом, который бы уменьшил воздействие на окружающую среду. Традиционными методами эти пленки получаются с использованием токсичных восстановителей. Когда мы заменили традиционные химические восстановители на углеводы, получились пленки, которые по своим магнитным характеристикам не уступают известным образцам, в них мало примесей, они имеют высокое значение намагниченности, и при этом процесс производства совершенно не токсичен», – рассказала Елена Денисова, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Института физики им. Л.В. Киренского КНЦ СО РАН.

Работа была поддержана Российским фондом фундаментальных исследований, Правительством Красноярского края и Красноярским краевым фондом поддержки научно-технической деятельности (проект № 18-42-240006).