Исследование взаимосвязи кристаллической структуры и функциональных свойств твердых растворов манганита висмута

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 21-19-00386

НазваниеИсследование взаимосвязи кристаллической структуры и функциональных свойств твердых растворов манганита висмута

Руководитель Карпинский Дмитрий Владимирович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" , г Москва

Конкурс №55 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-203 - Фазовые равновесия и превращения

Ключевые слова фазовые переходы; кристаллическая структура, намагниченность, сегнетоэлектричество

Код ГРНТИ29.19.15; 29.19.35; 29.19.43

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Целью проекта является исследование кристаллической структуры, сегнетоэлектрических, магнитных и транспортных свойств твердых растворов BiMnO3+d замещенных ионами железа, кобальта и хрома, перспективных для создания новых функциональных материалов. Известно, что в исходном стехиометрическом составе BiMnO3 химическое замещение ионов марганца ионами переходных металлов приводит к изменению типа структурных искажений, вызывает изменение магнитной структуры; в составах с замещением ионами железа стабилизируется орторомбическая структура с антиполярным упорядочением дипольных моментов, существенное влияние на структуру и свойства составов также оказывает изменение содержания анионов кислорода. Следует отметить, что внешние воздействия - давление, температура, магнитное и электрическое поле также вызывают структурные фазовые переходы в твердых растворах BiMnO3, так в исходном стехиометрическом составе BiMnO3 воздействие внешнего давления (~8ГПа) приводит к структурному переходу из полярной моноклинной фазы (пространственная группа C2) в неполярную орторомбическую (пр. гр. Pnma), при этом изменяется тип орбитального упорядочения, стабилизируется антиферромагнитная структура либо смешанное магнитное состояние. Использование различных схем химического замещения, изменение содержания кислорода, а также приложение внешних воздействий приводит к изменению кристаллической структуры составов, контролируемо модифицировать области стабильности дальнего сегнетоэлектрического и магнитного порядка, что позволяет формировать так называемое метастабильное состояние. Следует отметить, что на данный момент отсутствует четкое понимание взаимосвязи между типом кристаллической структуры, структурными параметрами, химическим составом и сегнетоэлектрическими, магнитными и транспортными свойствами твердых растворов на основе BiMnO3. Предлагаемый проект направлен на решение указанных научных проблем, планируется значительно расширить имеющиеся представления о корреляции между структурой и функциональными свойствами сложных оксидных систем на основе манганита висмута. Актуальность проекта обусловлена необходимостью поиска новых функциональных материалов с контролируемыми параметрами сегнетоэлектрических свойств, намагниченности, проводимости, магнитоэлектрического взаимодействия. Для анализа и интерпретации экспериментальных данных, полученных в ходе реализации проекта, будут выполнены неэмпирические теоретические расчеты на основе методов DFT, что позволит внести существенный вклад в понимание взаимосвязи между функциональными свойствами твердых растворов BiMnO3 и структурными параметрами, а также при воздействии внешних факторов. Выполнение проекта будет способствовать созданию новых функциональных материалов на основе сложных оксидов переходных металлов, обладающих перспективными функциональными свойствами. Научная новизна проекта обусловлена использованием комбинации нескольких экспериментальных способов изменения кристаллической структуры и функциональных свойств твердых растворов BiMnO3 (химическое замещение, дефицит кислорода, внешнее давление, магнитное и электрическое поле, температура) наряду с теоретическими расчетами электронной структуры, что позволит выяснить основные факторы, обуславливающие формирование полярной структуры, дальнего ферромагнитного порядка, ненулевой остаточной намагниченности и магнитоэлектрического взаимодействия.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Хомченко В.А., Дас М., Пейшао Ж.А., Силибин М.В., Карпинский Д.В. Large magnetization jumps in Ca-doped bismuth ferromanganite Physica B: Physics of Condensed Matter, Physica B: Condensed Matter, vol. 625, p. 413509, Jan. 2022. (год публикации - 2022)
10.1016/j.physb.2021.413509

2. Карпинский Д.В., Силибин М.В., Желудкевич Д.В., Латушко С.И., Сиколенко В.В., Тоббенс Д.М., Шептяков Д.В., Хомченко В.А., Белик А.А. Crystal and magnetic structure transitions in bimno3+δ ceramics driven by cation vacancies and temperature Materials, Materials, vol. 14, no. 19, p. 5805, Oct. 2021. (год публикации - 2021)
10.3390/ma14195805

3. Хомченко В.А., Дас М.,Пейшао Ж.А., Силибин М.В., Карпинский Д.В. Structural and magnetic phase transitions in Ca-substituted bismuth ferromanganites Journal of Alloys and Compounds, Volume 901, 25 April 2022, 163682 (год публикации - 2022)
10.1016/j.jallcom.2022.163682

4. Карпинский Д.В., Силибин М.В., Латушко С.И., Желудкевич Д.В., Сиколенко В.В., Светогоров Р., Сайед М.И., Алмоуса Н., Труханов А.В., Труханов С.В., Белик А.А. Temperature-Driven Transformation of the Crystal and Magnetic Structures of BiFe0.7Mn0.3O3 Ceramics Nanomaterials, Nanomaterials 2022, 12(16), 2813 (год публикации - 2022)
10.3390/nano12162813

5. П.Т. Тхо, В.Т.К. Лиен, Н.Д. Винь, Л.Т. Ха, П.Т. Фонга, Д.В. Карпинский, М.В. Силибин, В.В. Тху, Л.Т. Хай, C.T.A. Сюань, Б.М. Ки The magnetism of Bi0.84La0.16Fe1−xMnxO3 ceramics at the Pbam/Imma phase boundary Journal of Alloys and Compounds, Volume 973, 5 February 2024, 172873 (год публикации - 2023)
10.1016/j.jallcom.2023.172873

6. Карпинский Д.В., Желудкевич Д.В., Латушко С.И., Силибин М.В., Митюк В.И., Тран Н.Н., Тхо П.Т., Тран Н. Features of the magnetization in ceramics Bi0.86Sm0.14Fe1-xMnxO3 in the rhombohedral - orthorhombic morphotropic phase boundary Ceramics International, Volume 49, Issue 11, Part B, 1 June 2023, Pages 19241-19248 (год публикации - 2023)
10.1016/j.ceramint.2023.03.051

7. В.В. Сиколенко, В.В. Ефимов, М.В. Силибин, С.И. Латушко,Д.В. Желудкевич, Д.В. Карпинский, А.А. Белик Investigation of the Crystal Structure and Magnetic Properties of BiMnO3+d (d = 0.08 and 0.14) by the Methods of Neutron Diffraction and Magnetometry Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques, Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques, 2023, Vol. 17, No. 6, pp. 1508–1513. (год публикации - 2023)
10.1134/S1027451023060447

8. Силибин М.В., Киселев Д.А., Латушко С.И., Желудкевич Д.В., Скляр П.А., Карпинский Д.В. Crystal structure, piezoelectric and magnetic properties of BiMn1-xFexO3 (x ≤ 0.4) solid solutions Modern Electronic Materials, 9(2): 39-44 (год публикации - 2023)
10.3897/j.moem.9.2.108161

9. А.В. Баглов, Л.С. Хорошко, М.В. Силибин, Д.В. Карпинский Электронная структура ферроманганита висмута BiFe0.5Mn0.5O3 «Известия высших учебных заведений. Электроника» (год публикации - 2024)

Публикации