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    Ricercatori che sviluppano materiali per l'informatica quantistica

    Struttura cristallina della ferrite esagonale di tipo M (un tipo di magnetoplumbite). Credito:South Ural State University (SUSU)

    La creazione di materiali innovativi è una delle aree più importanti della scienza moderna. Lo sviluppo attivo dell'Industria 4.0 richiede nuove proprietà dagli elementi compositi dell'elettronica. Le ricerche di scienziati della South Ural State University sono implementate all'interno di quest'area. Il Laboratorio di Crescita dei Cristalli della SUSU esegue la modifica delle proprietà e della struttura delle ferriti, che sono ossidi di ferro con ossidi di altri metalli. Questo compito viene svolto introducendo altri elementi chimici nella struttura dell'esaferrite di bario al fine di ottenere nuove caratteristiche di lavorazione del materiale.

    Uno degli ultimi articoli di ricerca dedicati a questo argomento è stato pubblicato alla fine del 2017 in Ceramica Internazionale .

    "La specificità della struttura cristallina della ferrite sta nel fatto che ha cinque diverse posizioni del ferro nel reticolo cristallino. Questo è esattamente ciò che consente di modificare la struttura e le proprietà del materiale in un intervallo sufficientemente ampio. La struttura del materiale iniziale cambia la sua proprietà dopo l'introduzione di altri elementi, che amplia le possibilità di utilizzo. Perciò, modificando la composizione chimica del materiale, possiamo modificare le sue caratteristiche di funzionamento. Abbiamo ricercato la distribuzione dell'indio sulle posizioni dell'elemento sostitutivo, "dice Denis Vinnik, Responsabile del Laboratorio di Crescita dei Cristalli.

    Gli scienziati hanno un interesse speciale nel determinare quale delle posizioni del ferro nel reticolo dell'esaferrite di bario è la più preferenziale per il nuovo elemento:le proprietà del materiale modificato dipendono dalla sua struttura. In questo momento, sono state determinate le posizioni cristallografiche che andrà a collocare l'indio. Sono in corso ricerche nell'area dello studio delle caratteristiche delle frequenze super alte e della natura di altre varie proprietà delle ferriti.

    Viktoria Matveychuk. Credito:А. Trukhanov

    "Il nostro interesse per le ferriti di bario è condizionato dalle loro elevate proprietà funzionali, " spiega Aleksey Valentinovich. "La stabilità chimica e la resistenza alla corrosione rendono questi materiali sicuri per l'ambiente e utilizzabili per un tempo praticamente illimitato. Le esaferriti possiedono eccellenti parametri magnetici. La bassa conduttività elettrica specifica consente di applicare magneti in esaferrite in presenza di campi magnetici ad alta frequenza, che è prospettico per la microelettronica. Oggi questo materiale ha un grande potenziale nell'assorbire le interferenze elettromagnetiche (EMI) nel campo delle microonde. Perciò, le esaferriti sono applicabili per le tecnologie a microonde e per la trasmissione dei dati e la protezione dall'esposizione alle onde ad alte frequenze."

    "Stiamo lavorando con una 'tavolozza' di vari elementi chimici, compreso wolframio, alluminio, titanio, manganese e silicio. Vorremmo scoprire come tali sostituzioni influenzino le proprietà del materiale, " dice Svetlana Aleksandrovna. "Ora, stiamo lavorando con piombo germanato. Inoltre, stiamo studiando le caratteristiche fisiche dell'esaferrite di bario con piombo collocabile e il suo comportamento alle alte temperature. Ad un certo punto del riscaldamento fino a una temperatura specifica, il campione inizia a ridursi; questo è un fenomeno abbastanza straordinario. All'interno di questo esperimento, abbiamo calcolato il coefficiente di espansione lineare e ottenuto interessanti dipendenze. Esistono materiali con coefficiente di espansione negativo o nullo; non cambiano dimensione durante il riscaldamento. Questo è importante a temperature estreme, perché alcuni dettagli elettronici si surriscaldano anche in condizioni normali."

    L'esaferrite di bario con piombo posizionabile è uno dei campi di studio del Crystal Growth Laboratory. Gli scienziati hanno ora coltivato monocristalli con bassa densità di difetti che possono essere applicati come elementi di lavoro di dispositivi elettronici. potenzialmente, il materiale può essere utilizzato per la creazione di un computer quantistico che avrebbe la più alta capacità di prestazioni tra i dispositivi di calcolo esistenti.

    Lo sviluppo di nuovi materiali magnetici nel 21° secolo consentirà di creare elementi di memoria con una risposta ad alta velocità, volume significativo, e affidabilità. Questa classe di materiali ha molte applicazioni.


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