Ученые из Университета МИСИС и НИЦ «Курчатовский институт» улучшили технологию создания сверхтонких проводов для энергонезависимых микросхем, медицинских датчиков и сенсорных устройств. Новый подход позволяет контролировать состав сплавов без использования подбора электролитов. Это обеспечивает более предсказуемые и воспроизводимые результаты, а также в будущем может сократить расходы на дорогостоящие компоненты.
Современная электроника требует материалов с возможностью точной настройки свойств: сохранение намагниченности и быстрая реакция на изменения внешнего поля. Учёные предложили сплав из трёх металлов с регулируемыми параметрами: железо в сочетании с кобальтом или никелем обладает сильным магнетизмом, а медь управляет рядом характеристик.
«Университет МИСИС, как ведущий центр материаловедения в России и мире, ставит задачу создания материалов с необходимым набором свойств для промышленного применения. Исследователи под руководством профессора Ларисы Владимировны Паниной уже много лет занимаются разработкой функциональных магнитных микро- и нанопроводов для сенсорики, смарт-материалов и биомедицины. Представленное решение позволит управлять магнитными свойствами сверхтонких проводов, что актуально при создании датчиков и сенсоров для электроники, радиоэлектроники, медицины, промышленной химии, электромагнитного экранирования и логики нового поколения. Ректор НИТУ МИСИС Алевтина Черникова поделилась этим.
Медь изменяет магнитные свойства, фазовый состав и кристаллическую структуру сплава. Добавление меди приводит к образованию дополнительных фаз, например FeCu и NiCu, изменяя распределение магнитных элементов в материале. В результате меняется магнитная анизотропия и углы наклона магнитных моментов, что сказывается на коэрцитивной силе и стабильности. — Динара Хайретдинова, лаборант-исследователь лаборатории «Интеллектуальные сенсорные системы» НИТУ МИСИС, поделилась информацией.
Учёные пропускают атомы металлов через микроскопические отверстия полимерной матрицы, создавая таким образом нити, толщина которых в тысячу раз меньше человеческого волоса. Меняя напряжение, можно управлять составом сплавов: долей меди и соотношением железа с кобальтом и никелем.
Учёные установили, что медь увеличивает устойчивость сплавов к размагничиванию. Провода из железа, кобальта и 6% меди сохраняли намагниченность при внешнем воздействии 370 эрстед — на несколько процентов больше, чем у стандартных двухкомпонентных систем. Для сплава из железа, никеля и 9% меди наилучший результат составил 275 эрстед. Подробности опубликованы в научном журнале. Crystallography Reports.
Доктор наук по физико-математическим наукам Лариса Панина из НИТУ МИСИС сообщила, что в кобальтовых сплавах осаждение железа ускоряется при низком напряжении, а с ростом напряжения соотношение выравнивается. В сплавах на основе никеля наблюдается обратная тенденция: под воздействием высокого напряжения доля железа увеличивается.
Изменение напряжения позволяет регулировать как количество меди, так и соотношение между железом и магнитным металлом.
Различия между этими фазами влияют на магнитные характеристики материала, что дает возможность придать проводам необходимые свойства на стадии осаждения. добавила Лариса Панина.
Финансирование работы осуществлено Российским научным фондом (проект № 22-22-00983).
Информация и фотография предоставлены пресс-службой НИТУ МИСИС.