Новые функциональные материалы, в том числе, CaCu3Ti4O12 (ССТО), привлекают значительное внимание, так как обладают перспективными свойствами, например, повышают производительность емкостных электронных элементов. Так, ССТО обладает большой величиной диэлектрической проницаемости е ~ 104 - 105 в широком диапазоне температур (100 - 600 К) и частот (вплоть до десятков МГц) [1, 2]. Благодаря этим свойствам ССТО уже само по себе широко применяется для производства многослойных конденсаторов, электронных компонент устройств для автомобилей и самолетостроения [3-5]. ССТО также может быть использовано в создании оперативных запоминающих устройств (Dynamic Random Access Memory DRAM) и других микроволновых устройствах [6, 7]. Есть только одно существенное ограничение, которое сдерживает еще более широкое применение ССТО, это диэлектрические потери в данном материале. Несмотря на большое количество исследований CaCu3Ti4O12 в различных модификациях: в виде монокристалла, порошка, керамики или изоморфном состоянии, высокое значения тангенса диэлектрических потерь (tan 5 > 0.05 на частоте 1 кГц) остается наиболее серьезной проблемой на пути коммерциализации устройств на базе этого вещества (диэлектрические потери CCTO, обычно превышающие 3%, недопустимы).
Также известно, что диэлектрические свойства CCTO сильно зависят от условий подготовки образца, от нестехиометрии кислорода, а также от количества и вида примеси. Что касается влияния примесей на свойства CCTO, то результаты, представленные в литературе, показали, что допирование 3d-катионами приводит к систематическому и значительному уменьшению эффективной диэлектрической проницаемости , сопровождающимся сопутствующим сильным снижением проводимости. В частности, в образцах CCTO, легированных предельным количеством Fe или Mn с номинальной химической формулой CaCu3Ti4- xBxO12 (B=Fe, Mn) было выявлено сильное влияние допирования на свойства образца, в частности, возникновение ферромагнитных обменных взаимодействий между спинами при температурах ниже TN [12].
Однако, как показывают самые последние работы, существует возможность одновременно увеличить диэлектрическую проницаемость и уменьшить потери, что было продемонстрировано на нанокомпозите 0.5Bi05Nao.5TiO3^0.5CaCu3Ti4O12 при комнатной температуре на частоте 1кГц и на изучаемых в рамках данной работы композитах (SrFe12O19)x(CaCu3Ti4O12)1-x. (не опубликовано).
К сожалению, в литературе практически не уделено внимание изучению магнитных свойств композитов и твердых растворов на основе CCTO, поэтому комплексное исследование именно магнитных свойств этих объектов, а также выявление и понимание взаимосвязи между микроструктурой и полученными экспериментальными данными является, на наш взгляд, важной и актуальной задачей.
Цель и новизна
Целью данной работы является изучение магнитных свойств композита (SrFe12O19)x(CaCu3Ti4O12)1-x (x=0,01; 0,03; 0,07; 0,1) и твердого раствора CaCu3Ti4O12:Fe (1; 3; 7%) (ССТFО) методами электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и магнитометрии, а также сравнение этих свойств со свойствами исходных материалов - это SrFe12O19 (SFO) и CaCu3Ti4O12 (CCTO) для выявления в композитах эффектов, отсутствующих в исходных компонентах. Также целью данной работы является определение граничных концентраций образования наноструктурированного композита и изучение возможности формирования твердых растворов в процессе синтеза композита. В литературе отсутствуют данные по изучению композитов (SrFe12O19)x(CaCu3Ti4O12)1-x и практически нет данных по изучению магнитных свойств твердых растворов CaCu3Ti4Oi2:Fe, поэтому, в ходе выполнения данной работы будет получена новая и уникальная информация.
Для достижения поставленных целей кроме метода ЭПР и намагниченности, будут использованы методы рентгеноструктурного анализа, сканирующей электронной микроскопии и просвечивающей электронной микроскопии, Мёссбауэровской спектроскопии.
Проведены исследования структурных и магнитных свойств композита (SrFei2Oi9)x(CaCu3Ti4Oi2)i-x (x = 0,01, 0,03, 0,07 и 0,1) методами рентгеноструктурного анализа, сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ), электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), магнитометрии. По результатам проведенных исследований установлено, что существуют граничные концентрации образования наноструктурированного композита, представляющего из себя CaCu3Ti4O12 с наноразмерными включениями SrFe12O19 порядка 5-7 нм. Наноразмерные включения имеют размер, который не зависти от концентрации ферромагнитного материала. В результате исследований магнитных свойств методом магнитометрии обнаружено взаимное влияние двух компонент друг на друга, что проявляется в изменении температуры Кюри для ферромагнитной компоненты, и в изменении константы Вейса и эффективного магнитного момента для парамагнитной компоненты композитного материала при сравнении с соответствующими параметрами исходных компонент, что может быть отнесено к эффектам магнитной близости. Результаты исследований методом магнитного резонанса подтверждают сильное взаимное влияние магнитных свойств компонент композита друг на друга.
Дополнительно были изучены твердые растворы состава CaCu3Ti4 O12: Fe (1; 3; 7%). В отличие от композитов, микроструктура твердых растворов состава CaCu3Ti4 O12: Fe не является гранулированной. С точки зрения магнитных свойств, твердые растворы не проявляют свойств ферромагнитного материала (в том числе, отсутствие петель гистерезиса в полевой зависимости намагниченности), т.е. они являются парамагнетиками во всей изучаемой области температур. На основе результатов исследований мёссбауэровской спектроскопии установлено, что железо входит в позиции Ca, Cu и Ti в решетке CaCu3Ti4 O12, и при этом имеет разные валентности Fe3+ и Fe2+, что подтверждается исследованиями методом ЭПР.
