Эксπир
Регистрация / Вход

Микро-электромеханические системы на основе наноструктурированных мультиферроиков

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.513.11.3357
Организация
МИРЭА, МГУПИ, МИТХТ
Руководитель работ
Сигов Александр Сергеевич
Продолжительность работ
2007 - 2008, 14 мес.
Бюджетные средства
9,8 млн
Внебюджетные средства
10 млн

Информация отсутствует

Этапы проекта

1
01.08.2007 - 30.10.2007
1. Проведен анализ научно-технической литературы и нормативно-технической документации по разрабатываемой теме.
2. Разработана общая стратегия проведения исследований
3. Разработаны методики экспериментальных исследований, осуществлена подготовка и модернизация экспериментальных установок.
4. Исследованы механизмы формирования и взаимодействия активных нанослоев двухфазных мультиферроиков. Методами математического моделирования исследованы искажения магнитной структуры, индуцированные внешним магнитным полем в тонком слое одноосного коллинеарного антиферромагнетика с шероховатыми поверхностями.
5. Исследованы физико-химические и технологические особенности формирования нанослоев сегнетоэлектриков методами магнетронного и аэрозольного металорганического распыления, проведена оптимизация условий распыления и состава прекурсоров, получены образцы тонких пленок титаната бария-стронция на различных подложках, проведено сравнительное исследование их структуры.
6. Разработана золь-гель методика получения раствора для формирования сегнетоэлектрического слоя элементов МЭМС, основанная на электрохимическом синтезе метилцеллозольватов титана и циркония. Разработан процесс формирования сегнетоэлектрического слоя (цирконат-титаната свинца) для элементов МЭМС на пластинах кремния со структурой нижнего электрода (оксид кремния-оксид титана-платина). Исследованы электрофизические и структурные свойства сформированных образцов.
7. Методом магнетронного распыления получены гетероэпитаксиальные пленки феррита висмута, допированного ионами неодима, с высокими значениями сегнетоэлектрических, магнитных и нелинейно-оптических характеристик, особенно в монокристаллических образцах.
8. Разработана методика измерений и определены условия использования экваториального и меридионального эффектов Керра. Получены первые экспериментальные данные магнитооптических исследований композитных материалов TbCo/TbFe и TbCo/FeCo с гигантской магнитострикцией.
9. Проведены расчет и моделирование методами конечных элементов пикселя матрицы биметаллических емкостных приемников ИК-излучения. На основе приведенных теоретических зависимостей характеристик чувствительности приемника от геометрии и свойств материалов была описана твердотельная модель пикселя размерами 50 Х 50 мкм2 на основе пары материалов Al/SiO2.
10. По результатам НИР подготовлено 8 научных работы, из них 4 статьи в отечественных и международных научных журналах и 4 тезиса докладов на международных конференциях.
Развернуть
2
01.11.2007 - 31.12.2007
1. Разработаны и реализованы базовые элементы МЭМС/МММС для управляющих магнитных, сегнетоэлектрических и мультиферроидных структур: микробалки и структуры мембранного типа монокристаллического кремния
2. Рассчитаны параметры одноосных магнитных пленок в области спин- переориентационной неустойчивости магнитной подсистемы.
3. Реализована концепция спин-переориентационной неустойчивости в активных наноструктурах интерметаллидов с гигантской магнитострикцией (TbFe4.5nm/Fe6.5nm, TbFe4.5nm/FeCo6.5nm, TbCo4.5nm/FeCo6.5nm).
4. Проведен расчет магнитоэлектрического коэффициента с учетом изгибных деформаций на примере асимметричной структуры магнетик-пьезоэлектрик.
5. Исследованы способы возбуждения микромембран. Разработан и реализован принцип «шахматного» локального осаждения активных магнитных пленок на микромембраны и пьезослои в биморфных мультиферроиках.
6. Исследовано резонансное магнитоэлектрическое взаимодействие в трехслойном мультиферроике в виде микробалки, состоящей из слоев магнетика и пьезоэлектрика, нанесенных на поверхность подложки (типичный функциональный элемент МЭМС/МММС, сочетающий свойства актюатора и датчика механических колебаний).
7. Предложена и тестирована нелинейно-оптическая методика оценки величины магнитоэлектрического эффекта.
Проведен совместно с лабораторией LEMAC (Франция) научный семинар участников проекта, на котором представлены основные результаты выполнения проекта за 2007 год.
По результатам выполнения 2 этапа контракта опубликованы и приняты в печать 2 статьи в профильных российских изданиях.
Подготовлена и подана 1 заявка на получение патента Российской Федерации.
Развернуть
3
01.01.2008 - 31.05.2008
I. Проведены исследования физико-химических и технологических особенностей формирования нанослоев магнетиков, сегнетоэлектриков и мультиферроиков методом магнетронного распыления, получены образцы и исследована их структура. В том числе:
- Разработана методика и изготовлены методом магнетронного распыления нанослои феррита висмута, допированного ионами неодима, с различной структурой на подложках MgO.
- Исследованы особенности формирования эпитаксиальных LSMO пленок толщиной 40-150 нм на подложках различного типа.
- Синтезированы образцы галфенола Fe1-xGax различной толщины, проявляющие высокую магнитострикцию.
II. Проведены исследования магнитных, магнитооптических, магнитоупругих, сегнетоэлектрических, пьезоэлектрических, оптических и магнитоэлектрических характеристик синтезированных образцов и их связи со структурой. В том числе:
- Проведены теоретические исследования эволюции доменных стенок нового типа, порождаемых фрустрациями обменного взаимодействия на шероховатой границе раздела ферромагнитной пленки и антиферромагнитной подложки, с ростом толщины пленки и (или) ростом характерной ширины атомных ступеней на границе раздела.
- Проведены экспериментальные исследования структурных свойств нанослоев феррита висмута, допированного ионами неодима методом рентгеновской дифрактометрии и оптической микроскопии. Проведены сравнительные исследования сегнетоэлектрических, оптических и магнитооптических характеристик образцов в зависимости от их структуры.
- Проведены исследования структурных свойств галфенола методом рентгеновской дифрактометрии. Проведены исследования вольт-фарадных и пироэлектрических характеристик в зависимости от структуры. Исследованы магнитострикционные характеристики образцов в зависимости от структуры.
- Исследованы методом рентгеновской дифрактометрии структурные свойства тонких пленок LSMO на подложках различного типа. Измерены электрофизические характеристики пленок в зависимости от структуры подложки.
III. Получены данные комплексных экспериментальных измерений магнитных, магнитооптических, магнитоупругих, сегнетоэлектрических, пьезоэлектрических, нелинейно оптических и магнитоэлектрических характеристик синтезированных структур. В частности:
- Проведены экспериментальные исследования свойств эпитаксиальных манганитных пленок, напыленных на три типа подложек, обеспечивающих как сжатие, так и растяжение кристаллической решетки пленок. Исследованы магнитные, магнитооптические и электрические характеристики пленок LSMO в широком температурном диапазоне.
- Экспериментально продемонстрирована возможность достижения высокой эффективности МЭ взаимодействия в композитных двухслойных Ni/PZT резонаторах.
Развернуть
4
01.06.2008 - 31.10.2008
За отчетный период получены следующие основные результаты.
Разработаны оригинальные методики и изготовлены образцы: 1) образцы галфенола Fe1-xGax, проявляющие высокую магнитострикцию; 2) толстопленочные гетероструктуры, проявляющие магнитоэлектрический эффект с магнитоэлектрической постоянной, достигающей 60 мВ/(см•Э); 3) тонкопленочные гетероструктуры PZT-CoFe2O4 с толщиной слоев порядка 100 нм; 4) образцы наноструктурированных пленок с гигантской магнитострикцией, содержащие 50 парных слоев TbCo2(5nm)/FeCo(5nm). Показано, что разработанные методики позволяют получать пленочные структуры толщиной 5 – 100 нм с высокой (?5%) степенью однородности по толщине. Разработанные методики позволяют получать тонкопленочные образцы, структурные характеристики которых соответствуют, а в некоторых случаях превосходят известные отечественные и зарубежные аналоги.
Проведены комплексные теоретические исследования фазовых диаграмм «толщина пленки – шероховатость» для магнитных тонкопленочных структур в зависимости от роста толщины пленки и характерной ширины атомных ступеней на границе раздела.
Проведены исследования характеристик магнитоэлектрического эффекта в гетероструктурах пьезоэлектрик/феррит; в области спиновой переориентации измерены значения магнитоэлектрического коэффициента: 1,5 В/(см•Э) для основной моды и 4,8 В/(см•Э) для первого обертона.
Разработаны модели МЭМС-элементов: 1) разработана на основе пары материалов Al/SiO2 твердотельная модель пикселя размерами 50?50 мкм матрицы биметаллических емкостных МЭМС-приемников ИК излучения; 2) модель МЭМС-приемника, представляющая собой биметаллическую консоль длиной 20 мкм и шириной 1 мкм, состоящая из слоев Pt (1 мкм) и SiO2 (1 мкм), и позволяющая обеспечить более высокие по сравнению с существующими приемниками характеристики чувствительности. 3) Разработан базовый элемент МЭМС/МММС на основе кремниевых микробалок с композитной активной структурой AlN/(TbCo2/FeCo)xN. Результаты проведенных исследований показывают возможность достижения наилучших, на сегодняшний день, значений магнитоэлектрического коэффициента (30 В/(см•Э)) в тонкопленочных мультиферроидных структурах.
Все результаты, полученные в ходе выполнения работ по данному этапу, являются оригинальными и соответствуют требованиям Технического задания.
На отчетном этапе получен 1 патент Российской Федерации на изобретение, опубликованы 2 и принята к печати 1 статья в реферируемых научных журналах.
Развернуть

Программа

Программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы"

Программное мероприятие

1.3 Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований и создание научно-технического задела в области индустрии наносистем
Продолжительность работ
2007 - 2008, 14 мес.
Бюджетные средства
1,5 млн
профинансировано
Продолжительность работ
2012 - 2013, 15 мес.
Бюджетные средства
2,25 млн
Организация
НовГУ
профинансировано
Тема
Разработка конструкции и методов изготовления электромеханической памяти на основе наносегнетоэлектрических структур.
Продолжительность работ
2008, 2 мес.
Бюджетные средства
2,5 млн
Количество заявок
3
Тема
Разработка научно-технических решений по созданию электромеханических двигательных установок, на основе цикла с внешним подводом теплоты (цикл Стирлинга).
Продолжительность работ
2008, 2 мес.
Бюджетные средства
2 млн
Количество заявок
3
Тема
Разработка метода получения термостабильного пьезокристаллического материала с высоким значением коэффициента электромеханической связи для акустоэлектронных устройств на объемных акустических волнах.
Продолжительность работ
2011 - 2012, 20 мес.
Бюджетные средства
20 млн
Количество заявок
1
Тема
Разработка новых типов электрических машин повышенной мощности и эффективности на базе высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) и систем магнитного подвеса для высокоскоростного транспорта на установке: "Экспериментальный комплексный стенд для исследования сверхпроводниковых систем и электромеханических преобразователей энергии на основе низкотемпературных и высокотемпературных сверхпроводников (ЭКИССЭП) (рег. № 06-07)"
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
1,2 млн
Количество заявок
1
Тема
Наноструктурированные функциональные полимерные системы.
Продолжительность работ
2008, 3 мес.
Бюджетные средства
1,2 млн
Количество заявок
2