Учёные Университета МИСИС и НИЦ «Курчатовский институт» усовершенствовали технологию получения сверхтонких проводов для производства энергонезависимых микросхем, медицинских датчиков, сенсорных устройств. Такой подход дает возможность регулировать состав сплава без подбора электролитов — это обеспечивает более предсказуемые, воспроизводимые результаты и в перспективе сократит расход дорогостоящих компонентов.

Динара Хайретдинова

Электроника нуждается в материалах, свойства которых можно точно настраивать: они должны сохранять намагниченность и быстро реагировать на изменения внешнего поля. Учёные предложили сплав, состоящий из трёх металлов с регулируемыми параметрами: железо в комбинации с кобальтом или никелем обладает сильным магнетизмом, а медь управляет рядом характеристик.

«Одна из задач Университета МИСИС – обеспечить создание материалов с сочетанием свойств, необходимых для их практического использования в производстве. Наши исследователи под руководством профессора Ларисы Паниной на протяжении ряда лет ведут разработки функциональных магнитных микро- и нанопроводов для сенсорики, смарт-материалов и биомедицины. Предложенное решение даст возможность управления магнитными свойствами сверхтонких проводов, что важно при разработке технологий производства датчиков и сенсоров для применения в электронике, радиоэлектронике и медицине, устройствах промышленной химии, электромагнитного экранирования и логики нового поколения», – рассказала ректор НИТУ МИСИС Алевтина Черникова.

«Медь влияет на магнитные свойства, фазовый состав и кристаллическую структуру сплава. При её добавлении образуются дополнительные фазы — например, FeCu и NiCu, — что меняет распределение магнитных элементов в материале. Это, в свою очередь, влияет на магнитную анизотропию и углы наклона магнитных моментов, что отражается на коэрцитивной силе и стабильности», — поделилась лаборант-исследователь лаборатории «Интеллектуальные сенсорные системы» НИТУ МИСИС Динара Хайретдинова.

Учёные осадили атомы металлов через микроскопические отверстия полимерной матрицы — так формируются нити толщиной в тысячу раз меньше человеческого волоса. Меняя напряжение, можно контролировать состав сплавов: долю меди и соотношение железа с кобальтом и никелем.

Исследователи доказали, что медь повышает устойчивость сплава к размагничиванию. Например, провода из железа, кобальта и 6% меди сохраняли намагниченность при внешнем воздействии в 370 эрстед — это на несколько процентов выше, чем у традиционных двухкомпонентных систем. Для железа, никеля и 9% меди лучший результат — 275 эрстед. Подробные результаты описаны в научном журнале Crystallography Reports.

Профессор кафедры технологии материалов электроники НИТУ МИСИС, д.ф.-м.н. Лариса Панина рассказала, что в кобальтовых сплавах при низком напряжении железо осаждается быстрее, при повышении напряжения соотношение выравнивается. В сплавах, где вместо кобальта используется никель, ситуация иная: при высоком напряжении доля железа в сплаве значительно увеличивается.

«Таким образом, изменение напряжения позволяет регулировать не только количество меди, но и соотношение между железом и магнитным металлом. Различие этих фаз влияет на магнитные характеристики материала, что позволяет наделить провода необходимыми свойствами на этапе осаждения», — добавила Лариса Панина.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 22-22-00983).