Труды КНЦ (Технические науки вып.1/2022(13))

Обсуждение результатов и выводы Ион Bi3+ диамагнитен, как и ион Y3+, поэтому он не должен влиять на магнитные свойства YIG. Однако он заметно изменяет магнитные свойства ферритов-гранатов. При одинаковой валентности висмута и иттрия (+3) строение их внешних электронных оболочек существенно различается. В отличие от иона Y3+ион Bi3+имеет на внешней электронной оболочке стехиометрически активную изолированную пару 6 ^ 2 -электронов. В работе [10] методом ЯМР 209Bi показано, что в пленках висмутзамещенного иттриевого феррита-граната (Bi : YIG) на ионах Bi3+ обнаружено внутреннее поле 60 кЭ. Это указывает на существование локализованного магнитного момента на Bi3+ в (Bi : YIG), то есть в структуре граната Bi3+ не является диамагнитным ионом. В [10] предполагается возможность частичной спиновой поляризации ионов висмута за счет переноса электронной плотности от Bi3+ к Fe3+. Это может вызвать индуцированную ростом анизотропию, связанную с предпочтительным расположением ионов висмута. В гранатах запрещена магнитоэлектрическая связь из-за соображений симметрии. Однако в пленках ферритов-гранатов с частичным замещением катионов в разных подрешетках наблюдается линейный МЭ-эффект [11]. К тому же в [12] показано, что неравномерное распределение катионов влияет на кубическую симметрию и в принципе может приводить к возникновению магнитоэлектрической связи и электрической поляризации. Характерно, что практически во всех случаях наблюдения на эксперименте магнитоэлектрической связи в ферритах-гранатах использовались образцы, содержащие в додекаэдрической подрешетке ионы Bi3+. В [ 8 ] показано влияние подложки на магнитоэлектрический эффект пленок висмутового феррита-граната с редкоземельным замещением. Обнаружен линейный и квадратичный магнитоэлектрические эффекты, компоненты тензора которого зависят от типа подложки: линейный магнитоэлектрический эффект связан со спин-орбитальным взаимодействием электронов на интерфейсе пленка — подложка, а квадратичный — с обменно-стрикционным механизмом [ 8 ]. Внедренные ионы висмута имеют тенденцию к гибридизации своих 6 ^2-орбиталей с 2р6-орбиталями ионов кислорода. Изменение электронной плотности на Bi3+ вызывает изменение длины связи Bi-O и смещение ионов кислорода, через которые осуществляется косвенный обмен между ионами Fe3+. Возникающие при этом локальные искажения кислородных додекаэдров могут привести к исчезновению центра симметрии в YIG при замещении ионов Y3+ ионами Bi3+ и к появлению магнитоэлектрического эффекта. Поэтому получение конечного продукта в виде объемного образца феррита-граната (Bi-Y) 3 (Fe-Ga)sO 12 , не содержащего примесных фаз, является актуальной задачей для создания магнитооптической керамики со свойствами мультиферроиков. Таким образом, в данном исследовании получены объемные поликристаллические образцы феррита- граната Y 1 , 8 Bi 12 Fe 3 , 5 Ga 1 , 5 O 12 , синтезированного модифицированным методом сжигания геля. В качестве гелеобразующего компонента использовался этиленгликоль. Исходными веществами служили компоненты высокой степени чистоты: окиси иттрия и висмута, металлический галлий и карбонильное железо. Реакционную смесь упаривали до состояния геля, в котором первичные компоненты гомогенизированы на молекулярном уровне. Были получены три однофазных образца состава Y 1 , 8 Bi 12 Fe 3 , 5 Ga 1 , 5 O 12 с кубической структурой граната в режимах отжига: 780 °С (5 ч) — I; 780 °С (12 ч) — II; 1000 °С (12 ч) — III. Для сравнения приводится рентгенодифрактограмма Y 3 FesO 12 , полученного при 1100 °С, который содержит примесную фазу со структурой перовскита — феррита иттрия YFeO 3 . Таким образом, показаны преимущества синтеза однофазных образцов (Bi-Y) 3 (Fe-Ga)sO 12 методом сжигания геля перед традиционным методом твердофазного синтеза, который к тому же является весьма низкоэффективным вследствие высокой энергоёмкости и большой длительности процессов синтеза и спекания. Микроструктурные исследования выявили зависимость среднего размера зерна Аср. от режима синтеза: с ростом температуры и времени выдержки размер зерна Аср. увеличивается от 170 nm при 780 °С (5 ч) до 500 nm при 1 0 0 0 °С ( 1 2 ч). Планируются дальнейшие исследования магнитных и диэлектрических свойств полученных образцов, а также предполагаемого магнитоэлектрического эффекта. Сочетание магнитооптических и магнитоэлектрических свойств в (Bi-Y) 3 (Fe-Ga)sO 12 может быть весьма полезным при создании устройств спинтроники и высокоэффективных магнитооптических устройств. Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2022. Т. 13, № 1. С. 125-131. Transactions of the to la Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2022. Vol. 13, No. 1. P. 125-131. © Тарасенко Т. Н., Ковалёв О. Е., Кравченко З. Ф., Бурховецкий В. В., Михайлов В. И., Головчан А. В., 2022 129