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 25-22-00476
НазваниеГетероструктуры на основе наноразмерных пленок мультиферроика SrFe2/3W1/3O3: особенности синтеза и роста, фазовые состояния и превращения, физические свойства
Руководитель Павленко Анатолий Владимирович, Доктор физико-математических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр Южный научный центр Российской академии наук" , Ростовская обл
Конкурс №102 - Конкурс 2025 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-203 - Поверхность и тонкие пленки
Ключевые слова тонкие пленки, сегнетоэлектрики, мультиферроики, гетероэпитаксия, диэлектрические свойства
Код ГРНТИ29.19.16
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Ожидаемые результаты
1. Будет разработан технологический подход получения наноразмерных пленок мультиферроика SrFe2/3W1/3O3 со структурой типа перовскита методом ВЧ-катодного распыления в атмосфере кислорода на подложках MgO, Al2O3, Si, SrTiO3 и LaAlO3. Установлены регламенты, при которых пленки SrFe2/3W1/3O3 можно получить монокристаллическими, поликристаллическими и/или текстурированными.
2. Впервые будут получены новые знания об особенностях и закономерностях формирования структуры, наноструктуры и физических свойствах (диэлектрических, оптических, пьезоэлектрических, сегнетоэлектрических, магнитодиэлектрических) тонких пленок SrFe2/3W1/3O3, особенностях проявления размерных эффектов и эффектов деформационной инженерии (т.е. влияние на её структуру и свойства толщины пленки, типа подложки и т.д.). Для проведения данных экспериментов будут использованы соответствующие мировому уровню измерительные комплексы и разработанные методики, прошедшие аттестацию в ГССД.
Анализ современного состояния исследований по тематике проекта показал, что в настоящее время как технология создания тонких пленок SrFe2/3W1/3O3, так и информация об их структуре и физических свойствах практически отсутствует. Реализация предложенного в проекте спектра исследований, проведение которых планируется осуществить как с использованием современного измерительного оборудования, имеющегося в распоряжении руководителя проекта, а также с привлечением оборудования ЦКП мирового уровня, в сочетании с достаточно большим блоком технологических работ, позволит развивать в России данное направление на высоком уровне.
Полученные результаты будут иметь в дальнейшем значимость для:
- проведения фундаментальных исследований активных диэлектриков, в частности - гетероструктур на основе тонких слоев сегнетоэлектриков и мультиферроиков;
- конкретизации путей дальнейшего использования данного класса наноразмерных гетероструктур при планировании и создании на их основе функциональных структур различного назначения для нужд отечественной промышленности;
- понимания возможностей использования оборудования и технологий только Российского производства (метод напыления, распыляемые мишени, системы контроля роста), что важно с точки зрения использования результатов в экономике (себестоимость производства, затраты на обслуживание и пр.).
Полученные в проекте результаты могут быть использованы для подготовки лекционных курсов бакалавров, магистров и аспирантов.
Предложенная в рамках данного проекта задача для коллектива нова, при этом для всех членов коллектива данный проект может быть первым, в рамках которого необходимо будет проводить работы на большом количестве различных по структуре подложек, специфику которых нужно будет учитывать как при получении пленок SFWO, так и при изучении их структуры и свойств. С нашей точки зрения именно SFWO может выступить в качестве одного из немногих материалов, который будет обладать при достаточно простом химическом составе как минимум ферримагнитными свойствами при различных толщинах, что позволит дальше развивать в ЮНЦ РАН и организациях, с которыми коллектив проекта ведется тесное сотрудничество, новые направления прежде всего в отношении получения новых функциональных гетероструктур с целевыми параметрами.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Ферро-вольфрамат стронция (SrFe2/3W1/3O3) – является перспективным как с фундаментальной, так и с прикладной точек зрения, функциональным материалом, который сочетает при температурах ниже 400 K ферримагнитные и сегнетоэлектрические свойства. В рамках проекта нами была поставлена задача разработки технологического подхода получения наноразмерных пленок мультиферроика SrFe2/3W1/3O3 со структурой типа перовскита методом ВЧ-катодного распыления в атмосфере кислорода на различных подложках и исследования закономерностей формирования структуры, наностроения и физических свойств. Для реализации этих работ нами была изготовлена керамическая мишень стехиометрического состава SrFe2/3W1/3O3, которая в дальнейшем была использована как катод для распыления. При определённых режимах напыления на подложках MgO(001), Al2O3(0001), Si(001), SrTiO3(001) и LaAlO3(001) были выращены плёнки SrFe2/3W1/3O3 толщинами более 200 нм, структура, наностроение и физические свойства которых были изучены с использованием современных методов и оборудования.
Тонкие пленки SrFe2/3W1/3O3 на подложках SrTiO3(001), LaAlO3(001) и MgO(001) были получены эпитаксиальными и беспримесными, при этом во всех случаях в плоскости сопряжения элементарная ячейка SrFe2/3W1/3O3 имеет деформацию сжатия. Интересным также оказался факт того, что на подложках LaAlO3(001) и MgO(001) элементарная ячейка пленки SrFe2/3W1/3O3 не имеет деформации в направлении нормали к поверхности подложки, с соответствующим уменьшением объема элементарной ячейки. Из-за существенного различия в симметрии элементарных ячеек пленки SrFe2/3W1/3O3 на подложках Al2O3(001) получаются поликристаллическими, а на подложках Si(001) – поликристаллическими текстурированными. Наилучшая гладкость поверхности по данным АСМ имела место в случае осаждения на подложки LaAlO3 и SrTiO3.
Ход дисперсионных кривых пленок SrFe2/3W1/3O3 на различных подложках имеет схожий характер, однако, наиболее высоким показателем преломления в видимом и ближнем ИК-диапазоне обладают монокристаллические пленки SrFe2/3W1/3O3/LaAlO3(001), а наиболее низким – текстурированные пленки SrFe2/3W1/3O3/Si(001), что коррелирует с их кристаллической структурой и качеством поверхности самих пленок. При анализе диэлектрических свойств плёнок выявлено, что в токи утечки плёнок SrFe2/3W1/3O3 вклад дают такие механизмы, как омическая проводимость в малых полях, ток, ограниченный пространственным зарядом, и эмиссия Пула–Френкеля. Сегнетоэлектрические свойства пленок SrFe2/3W1/3O3 проявились как на локальном уровне, так и макроскопическом.
Таким образом, по результатам реализации проекта на первом этапе впервые удалось изготовить одностадийным методом ВЧ-катодного распыления пленки мультиферроика SrFe2/3W1/3O3 как различного структурного совершенства (монокристаллические, поликристаллические, текстурированные), так и выращенные по различным механизмам роста. Полученные результаты целесообразно учитывать при получении и исследовании свойств гетероструктур на основе пленок SrFe2/3W1/3O3.
По итогам реализации проекта опубликована 1 статья в журнале «Физика твердого тела», принято участие в работе трёх конференций различного уровня, а в рамках Конгресса молодых ученых (26-28 ноября 2025, Сириус) по приглашению РНФ проведен доклад (лекция) на стенде РНФ о полученных в рамках проекта результатах, их актуальности и перспективах дальнейших работ. (https://конгресс.наука.рф/programme/stands-programme/, https://vk.com/ssc_ras?from=groups&w=wall-9410556_3730).
Публикации
1. Жидель К.М., Павленко А.В. Особенности формирования спектров пропускания пленок ферровольфрамата стронция на различных подложках Наука Юга России: достижения и перспективы : Тезисы докладов XXI Всероссийской ежегодной молодежной научной конференции с международным участием, Ростов-на-Дону, 14–25 апреля 2025 года, Ростов-на-Дону: Южный научный центр РАН, 2025. С. 235. EDN HLLMPK (год публикации - 2025)
2. Жидель К.М., Павленко А.В. Optical Properties of Strontium Ferrotungstate Thin Films 2025 International Conference on “Physics and Mechanics of New Materials and Their Applications” (PHENMA 2025, Kitakyushu, Japan, September 27-30, 2025): Abstracts and Schedule/ I. A. Parinov, Nao-Aki Noda, Yun-Hae Kim, S.-H. Chang; Southern Federal University, Rostov-on-Don; Taganrog: Southern Federal University Press, 2025. P. 341-342 (год публикации - 2025)
3. Павленко А.В., Назаренко А.В., Стрюков Д.В. Получение, кристаллическая структура и микроструктура пленок SrFe2/3W1/3O3/MgO(001) «Физика бессвинцовых пьезоактивных и родственных материалов. Моделирование экосистем (Анализ современного состояния и перспективы развития)». Труды Четырнадцатого Международного междисциплинарного молодежного симпозиума. Вып. 14.: в 2 т. - Ростов-на-Дону, 24-26 ноября 2025 г. Труды симпозиума: в 2 т., Ростов-на-Дону. Изд-во Южного федерального университета, 2025. Вып. 14, т. 1. С. 255-257 (год публикации - 2025)
4. Павленко А.В., Макинян Н.В., Жидель К.М. Получение, фазовый состав и наноструктура тонких пленок мультиферроика SrFe2/3W1/3O3, полученных методом ВЧ-катодного распыления в атмосфере кислорода Научное приборостроение: перспективы разработки, создания, развития и использования : Материалы II Всероссийской научно-практической конференции с международным участием памяти члена-корреспондента РАН Д.Г. Матишова, Ростов-на-Дону, 21–23 августа 2025 года, Ростов-на-Дону: Южный научный центр РАН, 2025. С. 149-150. EDN PKIBHJ (год публикации - 2025)
5.
Павленко А.В., Назаренко А.В., Жидель К.М., Стрюков Д.В.
Структура, микроструктура и оптические свойства тонких пленок мультиферроика SrFe2/3W1/3O3, выращенных на подложке MgO(001)
Физика твердого тела, Т. 67, вып. 8, с. 1454-1459 (год публикации - 2025)
10.61011/FTT.2025.08.61317.219-25
6. Стрюков Д.В., Павленко А.В., Матяш Я.Ю. Fabrication and Structure of SrFe2/3W1/3O3 Thin Film on (001)LaAlO3 Substrate 2025 International Conference on “Physics and Mechanics of New Materials and Their Applications” (PHENMA 2025, Kitakyushu, Japan, September 27-30, 2025): Abstracts and Schedule/ I. A. Parinov, Nao-Aki Noda, Yun-Hae Kim, S.-H. Chang; Southern Federal University, Rostov-on-Don; Taganrog: Southern Federal University Press, 2025. P. 291-292 (год публикации - 2025)
7. Жидель К.М., Павленко А.В. Оптические характеристики наноразмерных гетероструктур SFWO/MgO Химическая термодинамика и кинетика : Сборник материалов Пятнадцатой Всероссийской научной конференции с международным участием, Донецк, 19–22 мая 2025 года, Донецк: Донецкий государственный университет, 2025. С. 120-121. EDN PKCXIK (год публикации - 2025)