Магнитные и мультиферроидные материалы

Описание направления

Направление посвящено магнитным явлениям, мультиферроикам и магнитоэлектрическому взаимодействию. Целью является поиск новых мультиферроиков и магнитоэлектриков с высокой величиной магнитоэлектрической связи и высокими рабочими температурами.

Это направление объединяет исследования магнитных явлений, мультиферроиков и магнитоэлектриков – материалов, в которых магнитное, сегнетоэлектрическое и структурное упорядочения оказываются взаимосвязанными. Особый интерес представляют системы, где электрическая поляризация возникает вследствие магнитного упорядочения, а также материалы, в которых внешнее магнитное поле способно управлять электрическим состоянием или, наоборот, электрическое поле может влиять на магнитную подсистему.

Значительная часть работ отдела посвящена изучению спин-индуцированной электрической поляризации и магнитоэлектрическому эффекту во фрустрированных и низкоразмерных магнитных системах. В соединении PbCu₃TeO₇ была исследована индуцированная магнитным полем сегнетоэлектричность, связанная с особенностями магнитного упорядочения в системе со спином S = 1/2: npj Quantum Materials, 2018. Близкие механизмы рассматривались для MnSb₂S₄, где была показана спиновая природа поляризации и большой магнитоэлектрический эффект: Physical Review B, 2018.

Отдельное внимание уделяется линейному магнитоэлектрическому эффекту в антиферромагнетиках. Он был исследован в Sm₂BaCuO₅: Physical Review B, 2019, а также в антиферромагнетике Cu₃TeO₆, где магнитоэлектрический отклик сосуществует с необычными особенностями спектра магнитных возбуждений: Frontiers in Materials, 2023. Во фторидах AFeF₅ (A = Ca, Sr) были изучены магнитные и магнитоэлектрические свойства низкоразмерных спиновых систем: Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2020.

Важным объектом исследований являются шпинели – магнитные оксиды, в которых фрустрация, конкурирующие обменные взаимодействия и неколлинеарное магнитное упорядочение могут приводить к магнитоэлектрическому отклику. В работе Journal of Applied Physics, 2021 дан обзор магнитоэлектрических и мультиферроидных свойств шпинелей. В монокристалле фрустрированной шпинели CoAl₂O₄ был исследован магнитоэлектрический эффект: Physical Review B, 2021. Развитием этой темы стали исследования поляризации, индуцированной магнитным упорядочением Яфета–Киттеля, а также работы по твёрдым растворам и высокоэнтропийным шпинелям, включая LiFe₅O₈-LiZn_2.5Ti_2.5O₈ и LiZnCrMnFeTiO₈: Journal of Alloys and Compounds, 2025, Journal of Alloys and Compounds, 2025.

Другое направление связано с перовскитными твёрдыми растворами на основе BiFeO₃. Эти материалы представляют интерес как высокотемпературные мультиферроики и как основа для поиска новых пьезоэлектрических и магнитоэлектрических систем. В керамиках BiFeO₃-PbTiO₃, модифицированных Sm, были исследованы структура, электрические свойства и фазовая диаграмма. Для родственных твёрдых растворов BiFeO₃-AFe_1/2M_1/2O₃ магнитные фазовые переходы изучались методом Монте-Карло: Computational Materials Science, 2025, Ferroelectrics, 2025. Дополнительно влияние катионного замещения на магнитное состояние анализировалось методом мёссбауэровской спектроскопии.

Таким образом, направление охватывает как фундаментальные механизмы магнитоэлектрической связи – спин-индуцированную поляризацию, неколлинеарное магнитное упорядочение, фрустрацию и 4f–3d взаимодействия, – так и прикладной поиск новых материалов с высокими рабочими температурами и управляемыми магнитными, электрическими и электромеханическими свойствами.

Связанные публикации