Полученные композитные материалы на основе двух типов материалов (сегнетоэлектрика и феррита) с различными свойствами в перспективе позволят создавать новые виды электронных устройств.
15.11.2023
Изобретение и повсеместное распространение технологии беспроводной связи началось в конце XIX века, и во многом благодаря передовым результатам исследований ученых в сфере телекоммуникаций (передача данных при помощи электромагнитных сигналов), в том числе выдающегося российского исследователя, создателя радио и первого директора СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Александра Степановича Попова (1859 - 1906). С тех пор количество переданной таким образом информации во всем мире постоянно возрастает. На сегодня наиболее востребованные системы радиосвязи, навигации, радиовещания и спутниковой связи действуют в высокочастотном диапазоне. В качестве основного функционального материала для создания компонентов таких систем используются полупроводники.
Однако в мире постепенно усиливается потребность (и в дальнейшем она будет только возрастать) в увеличении объема и скорости передаваемой информации. Это заставляет ученых искать пути для перехода систем связи на сверхвысокие частоты (СВЧ). А поскольку полупроводники обладают рядом недостатков именно на СВЧ, то освоение новых частот требует поиска альтернативных материалов для создания эффективных компонентов электроники будущего.
«Мы синтезировали новый композит, состоящий из ферритовой матрицы с включениями сегнетоэлектрика. Свойства матрицы можно изменять с помощью магнитного поля, а сегнетоэлектрических включений – при помощи электрического. Таким образом мы получили так называемый мультиферроидный СВЧ-композит, объединяющий свойства двух материалов».
Ученые предложили новый метод создания композитного мультиферроидного материала. Сначала в ферритовой матрице при помощи лазера делаются периодические отверстия определенного диаметра. Затем на поверхность ферритовой пластины наносится паста, содержащая сегнетоэлектрический материал, для заполнения сформированных отверстий, после этого образцы подвергаются высокотемпературной обработке в специальной печи при температуре 600-700 градусов.
После этого исследователи изучили основные структурные и электрофизические характеристики композитов (элементный и фазовый состав, диэлектрическую и магнитную проницаемость, сверхвысокочастотные потери и проч.). Синтез и исследование новых материалов проводились научным коллективом, состоящим из ученых Института химии силикатов РАН и СПбГЭТУ «ЛЭТИ» в Санкт-Петербурге. Результаты работы опубликованы в научном журнале Coatings.
«Изучение свойств композитных материалов показало, что они обладают высокой чувствительностью к электромагнитному полю и низким уровнем диэлектрических потерь. Сейчас мы работаем над дальнейшим улучшением их характеристик. А в перспективе эти композиты могут стать основой для разработки метаматериалов - искусственно созданных структур, обладающих электромагнитными свойствами, не встречающимися в природе. На базе таких материалов могут быть реализованы компоненты для систем связи будущего, которые смогут эффективно работать в диапазоне СВЧ».
Разработка является результатом работы исследователей «Лаборатории новых функциональных материалов для сверхвысокочастотных применений», которая была открыта в конце 2022 года в СПбГЭТУ «ЛЭТИ» при поддержке Минобрнауки РФ. Задача создания таких лабораторий – ускорить процесс внедрения научных результатов на предприятиях электронной промышленности России.
