Физики МФТИ и Брестского государственного университет им. А. С. Пушкина создали новое стекло, активированное наночастицами магнетита и титаната бария. Оно сочетает в себе оптические, электрические и магнитные свойства, что делает его перспективным для применения в оптоэлектронике и сенсорах. Результаты исследования представлены в журнале «Стекло и керамика».
Цинк-теллуритные стекла имеют такие преимущества, как высокая оптическая прозрачность, низкая температура плавления и возможность интегрировать наночастицы других веществ. Они используются в оптоэлектронике, сенсорах для диагностики и радиационной защите. Это делает их идеальными кандидатами для создания стекол с сегнетоэлектрическими и ферромагнитными свойствами. Чистые цинк-теллуритные стекла являются диамагнетиками, то есть не обладают магнитными свойствами. Для придания им электрических и магнитных свойств ученые активируют их с помощью примесей. Физики в состав стекла добавили наночастицы титаната бария (BaTiO₃) и оксида железа (Fe₃O₄). В результате получился материал с комбинированными магнитоэлектрическими свойствами.
Ученые синтезировали стекла с разными концентрациями наночастиц (1–2 мол. %). Затем подробно изучили образцы методами рентгеновского анализа, который подтвердил аморфную структуру стекла с нанокластерами магнетита и титаната бария. Анализ магнитных свойств показал, что стекла, активированные оксидом железа и титанатом бария, при комнатной температуре являются парамагнетиками, а при низких температурах были обнаружены признаки ферромагнитного упорядочения. Кроме того, было установлено, что в стеклах наблюдается остаточная электрическая поляризация при 300 К, что косвенно подтверждает гипотезу образования заряженных кластеров в стекле.
«Мы считаем, что магнитоэлектрические свойства стекла проявляются благодаря образованию в нем кластеров оксида железа. Их строение еще предстоит исследовать»,— рассказал Михаил Шестаков, старший научный сотрудник лаборатории оптики ультрахолодных атомных систем и функциональных материалов МФТИ.
Полученные образцы стали шагом к новым материалам — стеклянным мультиферроикам, где в стекле будут сегнетоэлектрическое упорядочение и ферромагнитное.
«На наш взгляд, наиболее значимый результат заключается в том, что активация стекла наночастицами титаната бария и оксида железа приводит к уменьшению его магнитного и электрического откликов по сравнению со стеклом, активированным только наночастицами оксида железа. Можно сказать, что наночастицы титаната бария деактивируют синтезированное стекло, что довольно неожиданно»,— поделился Михаил Шестаков.
Полученные стекла обладают большим потенциалом для применения в оптоэлектронике и фотонике, например в качестве волоконных усилителей и модификации оптического поведения за счет магнитных свойств. Они также могут использоваться в разработках магнитоэлектрических датчиков и сенсоров, где электрическое поле влияет на магнитное и наоборот. Магнитоэлектрические свойства стекол актуальны для разработки материалов для магнитной памяти и спинтроники, где данные записываются в виде электронных и магнитных состояний.
«В дальнейшем мы планируем исследовать структуру кластеров оксида железа и титаната бария, а также синтезировать новые стекла с другими активирующими веществами»,— рассказал Михаил Шестаков.
Научная статья: Shestakov, M. V., Makoed, I. I. Electric Polarization and Magnetic Properties of Zinc–Tellurite Glasses Activated by Nanoparticles of Magnetite and Barium Titanate. Glass Ceram 82, 213–218 (2025). https://doi.org/10.1007/s10717-025-00774-6
