Ученые Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) и Университета МИСИС опровергли распространенную в науке гипотезу, объясняющую возникновение гигантских магнитострикционных свойств у сплавов на основе железа и галлия, востребованных в высокотехнологичных отраслях. Способность изменять длину при намагничивании, как установили исследователи, не может быть вызвана образованием наноразмерных кластеров, создающих вокруг себя благоприятно ориентированные упругие напряжения, так как количество таких кластеров на порядок меньше, чем указывается во многих ранее опубликованных статьях зарубежных ученых.
Сплавы железа и галлия (Fe-Ga), известные как галфенолы, востребованы благодаря их уникальной способности менять размер под воздействием магнитного поля. Они применяются для изготовления электроники, гидролокаторов, сенсорных устройств и элементов системы автоматического регулирования. Понимание механизмов, лежащих в основе повышенной магнитострикции, критично при создании новых материалов. До настоящего времени доминирующим в науке являлось предположение о том, что повышенную магнитострикцию вызывает наличие
«Наши исследования ставят под сомнение распространенную гипотезу о природе возникновения гигантской магнитострикции в железо-галлиевых сплавах. Ее зарубежные авторы утверждают, что после обработки галфенолов при определенных температурах, в нем формируется особая фаза, которая усиливает магнитострикцию. В нашем исследовании показано, что объемная доля этой фазы в массивных образцах, не менее чем на порядок меньше, чем принято считать на основе исследований тонких пленок, а поэтому они не могут определять макросвойства материала. Таким образом, существующие интерпретации о функциональных свойствах галфенолов ставятся под сомнение и ученым снова необходимо искать причины возникновения этого необычного явления», — поделился д.ф.-м.н. Игорь Головин, профессор кафедры металловедения цветных металлов НИТУ МИСИС, ведущий научный сотрудник ОИЯИ.
Эти принципиально новые исследования галфенолов представлены сотрудниками НИТУ МИСИС в ряде научных журналов, среди которых интересны статьи в Journal of Alloys and Compounds (Q1), а также публикация в Physical Review Materials (Q1). Расхождения между ранее опубликованными и новыми данными могли возникнуть из-за того, что российские ученые проводили анализ объемных образцов с помощью нейтронного и синхротронного излучения, а последователи распространенной ранее гипотезы приводят результаты, полученные методом просвечивающей микроскопии на тонких фольгах.
Интересные данные о воздействии термообработки на галфенолы опубликованы в журнале Journal of Alloys and Compounds.
«Сплавы системы Fe-Ga являются интересными со многих точек зрения объектами исследований с выраженными функциональными свойствами. С помощью специальной термообработки можно получить совершенно разные кристаллические структуры или их смеси. В зависимости от своей структуры при комнатной температуре сплав проявляет совершенно различные магнитные свойства», — сказал соавтор исследования, магистрант НИТУ МИСИС Уйи Десмонд Осагуона.
Также важные результаты исследований структуры Fe-Ga сплавов с повышенным содержанием галлия опубликованы в журнале Journal of Alloys and Compounds (Q1).
«Несмотря на то, что оптимальные функциональные свойства наблюдаются у сплавов системы Fe-Ga с содержанием галлия менее 28 атомных %, интерес к ним выявил отсутствие систематических знаний о структуре Fe-Ga сплавов с бОльшим содержанием галлия. Совместно с коллегами из Дубны, мы не только смогли уточнить равновесную диаграмму сплава Fe-Ga, на которую добавлены новые ранее неизвестные фазы, но и получили кинетические зависимости образования ряда равновесных и метастабильных фаз», — рассказала к.т.н. Валерия Палачёва, научный сотрудник лаборатории «Ультрамелкозернистые металлические материалы» НИТУ МИСИС.
Исследования выполнены при финансовой поддержке грантов Российского научного фонда (№ 22.42.04404 и № 19.72.20080). Получение уникальных результатов стало возможным не только благодаря использованию импульсного реактора ИБР-2 в ОИЯИ в Дубне, но и благодаря привлечению к исследованиям российских ученых, которые провели эксперименты на аппаратуре в университетах Франции, Испании и Тайваня.
