В Федеральном исследовательском центре «Красноярский научный центр СО РАН» прошел первый в России международный семинар по функциональным MAX-материалам «FunMAX 2020». Онлайн-воркшоп был организован лабораторией магнитных MAX-материалов. Новое подразделение создано в рамках реализации мегагранта Правительства РФ под руководством известного иностранного ученого Михаэля Фарле, специалиста в области физики новых магнитных материалов. Ученые обсудили экспериментальные и теоретические исследования структуры, свойств и применений магнитных наноматериалов, вопросы синтеза объемных структур и тонких пленок.

Мероприятие, которое можно считать важной промежуточной точкой первого года мегагранта, направлено на объединение ученых из разных областей материаловедения, заинтересованных в физических свойствах MAX материалов – наноструктур, состоящих из трех слоев: M-переходный металл, A-элемент группы A (в основном IIIA и IVA периодической системы Менделеева), а X-углерод и/или азот. Семинар объединил ведущих специалистов по таким структурам, в том числе приглашенных спикеров из Германии, Франции, США и Швеции.

Даниэль Бюрглер из Института Петера Грюнберга, Германия, посвятил свое выступление гибридным молекулярным магнитам и их наномагнитным характеристикам. Ученый прокомментировал результаты своей работы: «Гибридные молекулярные магниты образуются при хемосорбции – поглощении вещества из окружающей среды, ароматических молекул на ферромагнитных переходных металлических поверхностях. Такая гибридизация приводит к нестабильной спиновой ориентированности молекулы – энергетической неуравновешенности. Из-за этого, атомы, связанные с молекулой, также изменяют свою электронную и магнитную ориентированность. Такая хемосорбированная молекула вместе со связанными с ней атомами может быть рассмотрена как новая магнитная единица, так называемый гибридный молекулярный магнит с повышенной коэрцитивной силой и температурой Кюри».

Про один из наиболее часто используемых методов изучения таких частиц сообщила Анна Семисалова из Университета Дуйсбург-Эссен, Германия. Исследователь поясняет, что метод спектроскопии для углубленного исследования магнитных свойств наноматериалов основан на обнаружении смещения намагниченности через измерение микроволнового поглощения. «ФМР-спектроскопия является основным инструментом для анализа магнитных свойств частиц и материалов. ФМР-спектроскопия – это известный метод исследования изменения магнитной анизотропии в тонких ферромагнитных пленках и мультислоях», – объясняет ученая.

О необычном способе синтеза МАХ-материалов рассказала Кристина Биркель, Университет штата Аризона, США. Исследователь отметила, что многие из МАХ-материалов не только не изучены, но даже не произведены и не найдены. «Многие новые фазы, еще не реализованные экспериментально. Ожидается, что они будут существовать и являются интересными функциональными материалами, которые необходимо изучать» – заявляет физик.

Обычно МАХ-фазы получают высокотемпературными твердотельными методами. Однако их может быть недостаточно для обнаружения других МАХ-систем. Наша группа использует творческие методы синтеза на основе влажных химикатов и нетрадиционные твердотельные синтезы для доступа к целевым MAX-фазам. Используя такие методы, ученым удалось создать фазу алюминиево-ванадиевого карбида. «Мы используем различные нестандартные методы, среди которых синтез при помощи микроволнового нагревания, реакции с жидким аммиаком. Помимо предоставления доступа к новым или малоизученным МАХ-фазам, методы на основе влажной химии расширяют микроструктурное пространство объемных МАХ-фаз и приводят, например, к анизотропным частицам. Последний особенно интересен, поскольку он позволяет синтезировать нитридные MAX-фазы», – рассказала Кристина Биркель.

Красноярские исследователи также поделились своими разработками. Коллектив ученых из Института физики им. Л.В. Киренского СО РАН представил созданный недавно новый магнитный МАХ-материал в виде гетероэпитаксиальной тонкой пленки на подложке из оксида магния. «Материал был теоретически предсказан и позже синтезирован. Полученная структура – отличная модельная система для изучения сложных магнитных явлений, происходящих в атомно-слоистых материалах. Данный образец демонстрирует ферромагнитные свойства при комнатной температуре. Это обусловлено изменением кристаллической структуры слоев и остаточным намагничиванием объекта в слабых полях», – пояснил Сергей Лященко, кандидат физико-математических наук, научный сотрудник Института физики им. Л.В. Киренского СО РАН.

Анна Лукьяненко, младший научный сотрудник Института физики им. Л.В. Киренского СО РАН, рассказала в своем докладе о методах формирования суб- и наноразмерных магнитных тонких материалов: «Мы рассмотрели методы микро- и наноразмерных модификаций поверхности, которые используются для получения МАХ-структур. Многие из них формируются с помощью литографии и химического травления. Фотолитография может быть использована для создания устройства из сплошных пленок или для создания масок, через которые осаждается материал на подложки. Для получения MXenes из MAX-фаз используется влажное химическое травление. MXenes – это семейство материалов – карбиды, карбонитриды и нитриды переходных металлов. Они названы MXenes, потому что подавляющее большинство из них были получены травлением слоев алюминия от MAX-фаз», – пояснила исследовательница. Самыми тонкими материалами являются плёнки. По словам исследователей, есть два основных метода для синтеза таких материалов. Первый, использующий химический пар и осаждение, позволяет производить высококачественные пленки на различных подложках. Второй, основан на расслаивании слоистых твердых тел.

Участники семинара отметили, что магнитные MAХ-материалы имеют большое технологическое значение. Такие классы материалов можно использовать, например, для создания массивных постоянных магнитов, применяемых в моторах электромобилей, ветрогенераторах, а также в магнитных охлаждающих устройствах.