Ученые Национального исследовательского университета «Московский институт электронной техники» (МИЭТ) в кооперации с зарубежными экспертами сделали важный шаг к экологически безопасному будущему электроники. Их коллективная работа завершилась созданием уникальных материалов, которые могут заменить устаревшие и вредные решения на основе свинца. Исследования демонстрируют, что открытие способно ознаменовать новую эру в развитии современной технологической отрасли и станет экологически чистой альтернативой для множества промышленных применений.
Секрет кристаллической структуры и роль мультиферроиков
Основой современных материалов для электроники являются химические соединения металлов, в которых атомы с разными электрическими зарядами выстраиваются в строгом порядке. Особое распределение этих атомов придает веществам уникальные электрические и магнитные свойства. Некоторые структуры способны формировать дополнительные организованные системы, влияющие на поведение материала при взаимодействии с внешними факторами: температурой, электромагнитным полем или механическим воздействием. Так появляются мультиферроики — материалы, умеющие реагировать одновременно на несколько физических воздействий и меняться в соответствии с этим. Их широкая применимость уже доказана в разработке инновационной электроники и приборов нового поколения.
BiFeO3: новая жизнь знаменитого феррита висмута
Феррит висмута (BiFeO3) хорошо известен ученым на протяжении многих лет благодаря своим многообещающим свойствам. Однако длительное время его использование было ограничено тем, что значимые электромагнитные характеристики проявлялись преимущественно при низких температурах. Чтобы расширить практический потенциал BiFeO3, исследователи МИЭТ решили применить замещение некоторых атомов железа и висмута на кальций и марганец. Такой тонкий подход к модификации структуры позволил получить улучшенные электромагнитные свойства даже при комнатных температурах, что важно для современной электронной промышленности.
Вклад Максима Силибина и новые возможности синтеза
Доцент Института перспективных материалов и технологий МИЭТ Максим Силибин отмечает: «Замещение атомов в структуре соединения посредством твердофазного синтеза приводит к появлению усовершенствованных электромеханических, магнитных и магнитоэлектрических свойств. Такие материалы становятся востребованными в производстве сенсоров, магнитострикционных устройств, элементов солнечных батарей, а также в качестве компонентов в системах управления и мониторинга». По оценкам специалистов, новые композиты имеют огромный потенциал в самых разных высокотехнологичных отраслях.
Еще одним весомым преимуществом инновационных материалов, разработанных командой МИЭТ, является их безопасность для человека и окружающей среды. Множество существующих мультиферроиков основаны на свинце, что ограничивает их применение ввиду токсичности. Переход к экологически чистым решениям, не содержащим вредных элементов, поддерживает глобальный тренд на устойчивое развитие и формирует новую стратегию для электронной промышленности.
Технологии будущего: промышленный синтез и перспективные применения
Благодаря полученным результатам, ученым удалось достичь более глубокого понимания взаимосвязи кристаллической структуры и физических характеристик мультиферроиков нового поколения. С применением свежих знаний команда МИЭТ смогла создать промышленную технологию синтеза соединений этого класса с заранее заданными параметрами. Такой подход открывает путь к выпуску материалов, адаптированных под конкретные задачи микроэлектроники и электротехники, что значительно повышает гибкость и эффективность производственных процессов.
В ближайших планах исследователей — совершенствование методов получения мультиферроиков на основе BiFeO3 в виде ультратонких пленок. Такие материалы крайне востребованы в электротехнической отрасли и микросистемной электронике, обеспечивая минимизацию размеров компонентов при сохранении высокой производительности и надежности.
Широкие перспективы и уверенный взгляд в будущее
Новое поколение материалов, разработанных МИЭТ, обещает стать экологически чистым звеном в цепочке производства современной электроники. Максим Силибин и его команда создали решения, которые не только заменят опасные для здоровья и природы свинцовые компоненты, но и подарят новые возможности для развития интеллектуальных устройств. Это открытие демонстрирует, как фундаментальные знания в области кристаллохимии и инженерии позволяют достигать выдающихся результатов во благо науки, технологий и экологии.
Источник: scientificrussia.ru
