Синтез магнитных пленок станет более экологичным благодаря углеводам

01 марта 2021

Красноярские ученые разработали простой, экологически чистый и эффективный способ получения пленок сплава железо-кобальт. Они поменяли токсичные вещества-восстановители на безопасные полисахариды. Пленки, синтезированные по новой методике, не уступают полученным традиционным методом, и имеют высокие магнитные показатели. Результаты исследования опубликованы в журнале Semiconductors.

Пленки из сплава железо-кобальт демонстрируют превосходные магнитные свойства и широко применяются в магнитной записи, при изготовлении магнитных сенсоров, экранирующих покрытий. Одним из наиболее простых и экономичных методов приготовления сплавов железо-кобальт является химическое осаждение, в ходе которого используются соединения-восстановители. Однако использование обычных восстановителей, таких как гипофосфит или боргидрид натрия, загрязняет пленки примесями, которые нарушают их магнитные характеристики. Также такие восстановители токсичны.

В рамках гранта Российского фонда фундаментальных исследований и Красноярского краевого фонда науки коллектив красноярских ученых модифицировал химический метод изготовления наноструктурированных пленок железо-кобальт, использовав различные полисахариды в качестве восстановителей. Ученые отмечают, что модифицированный метод высокоэффективен и прост.

Сплав железо-кобальт, из которого изготавливались пленки, был синтезирован методом химического осаждения, когда в ходе реакции элементов конечное вещество осаждается на подложке. Один из важных составляющих такой реакции — компонент-восстановитель, который помогает веществам восстанавливаться до металла и «покрывать» поверхность подложки. Ученые использовали в реакции в качестве восстановителей крахмал, сахарозу и арабиногалактан – полисахарид, который получается из древесины лиственницы сибирской. Эти вещества являются экологически безопасными, однако могут повлиять на характеристики полученного материала.

Магнитные свойства – один из важнейших параметров пленок. Они зависят от морфологии, кристаллической структуры и состава пленки. Эти характеристики, соответственно, зависят от содержания железа и типа восстановителя в материале, из которого изготовлена пленка. Так, к примеру, замена восстановителя на сахарозу привела к тому, что поверхность пленки состояла из более крупных и граненых металлических частиц. Арабиногалактан делал поверхность пленок гладкой и однородной.

После синтеза ученые провели магнитные исследования полученных пленок. Для пленок, полученных с разными полисахаридами в качестве восстановителей, были характерны высокий коэффициент предельного значения намагниченности и малое количество примесей углерода. При этом, наилучший эффект был получен при использовании сахарозы.

— Перед нами стояла задача получить пленки таким методом, который бы уменьшил воздействие на окружающую среду. Традиционными методами эти пленки получаются с использованием токсичных восстановителей. Когда мы заменили традиционные химические восстановители на углеводы, получились пленки, которые по своим магнитным характеристикам не уступают известным образцам, в них мало примесей, они имеют высокое значение намагниченности, и при этом процесс производства совершенно не токсичен, – рассказала Елена Денисова, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Института физики им. Л.В. Киренского КНЦ СО РАН.