ИСТИНА

Редкоземельные металлы (РЗМ), в которых магнитные фазовые переходы типа «порядок-порядок», «порядок-беспорядок» сопровождаются рядом интересных с точки зрения практического использования эффектов (например, магнитострикционным, магнитокалорическим и др.), перспективны для разработки на их основе функциональных материалов для таких применений, как магнитомеханические устройства, магнитное охлаждение, датчики температуры и перемещений и др. Проведенные в последние годы исследования свойств высокочистых редкоземельных металлов в различном структурном состоянии (от моно- до нанокристаллического), показывают существенное различие их функциональных свойств в зависимости от особенностей структуры, а также от чистоты. В данной работе планируется провести исследования редкоземельных металлов повышенной чистоты для выяснения влияния структурных неоднородностей на их физические свойства. Кроме того, в работе предполагается исследование влияния газообразующих примесей (водород, азот, углерод) на электрические, магнитные и тепловые свойства как РЗМ, так и сплавов на их основе. Наиболее важные и перспективные из изучаемых в работе материалов будут исследованы в сильных магнитных полях, для раскрытия их потенциальных возможностей. Для таких объектов будут также выполнены теоретические расчёты с целью определения параметров магнитокристаллических и обменных взаимодействий, а также выяснения основных физическо-химических механизмов, ответственных за изменение их свойств при различных модификациях исследуемых объектов атомами легких элементов внедрения.

Rare earth metals (REM), in which magnetic phase transitions of the order-order, order-disorder type are accompanied by a number of interesting effects (for example, magnetostrictive, magnetocaloric, etc.) that are promising for the development on their basis of functional materials for such applications as magnetomechanical devices, magnetic cooling, temperature and displacement sensors, etc. Studies of the properties of high-purity rare-earth metals carried out in recent years -screw structural state (mono- to nanocrystalline) show a significant difference in their functional properties, depending on the characteristics of the structure as well as the purity. In this paper, it is planned to conduct studies of rare-earth metals of high purity to elucidate the effect of structural inhomogeneities on their physical properties. In addition, it is proposed to study the effect of gas-forming impurities (hydrogen, nitrogen, carbon) on the electrical, magnetic, and thermal properties of both REM and alloys based on them. The most important and promising materials studied in the work will be investigated in strong magnetic fields, to reveal their potential capabilities. For such objects, theoretical calculations will also be performed to determine the parameters of the magnetocrystalline and exchange interactions, as well as to elucidate the basic physical and chemical mechanisms responsible for changing their properties under different modifications of the investigated objects by atoms of light implant elements.

В результате выполнения данного проекта ожидается получить следующие научные результаты: п. 1. Будут получение высокочистых редкоземельных металлов методом вакуумной дистилляции-сублимации и проведены исследования их структурных особенностей в зависимости от режимов. п. 2. Будут получены образцы редкоземельных металлов, модифицированные атомами легких элементов внедрения. Проведены исследования их структурного и фазового состояния. Основной целью здесь является всестороннее изучение известных и обнаружение новых эффектов. п. 3. С этой же целью будут получены сплавы на основе РЗМ и металлов группы Fe с высоким содержанием РЗМ со структурой фаз Лавеса, а также их гидриды и нитриды. п. 4. Отличительной особенностью данной работы будет проведение комплексного экспериментального исследования электрических, магнитных, тепловых и магнитоупругих свойств всех полученных образцов в различном структурном состоянии, включая образцы со структурами композитного типа. п. 5. Будет проведено экспериментальное исследование магнитных свойств образцов как в слабых, так и в сильных магнитных полях до 60 Т и проведена теоретическая обработка экспериментальных кривых намагничивания в рамках теории одноионной магнитной анизотропии. п. 6. Будут обоснованы основные механизмы управления свойствами РЗМ и их сплавов с помощью атомов легких элементов внедрения. п. 7. Будут установлены основные закономерности формирования высоких функциональных характеристик новых материалов в зависимости от структурного состояния и наличия примесей внедрения. п. 8. Будут созданы новые материалы с заданным спектром функциональных свойств. п. 9. По результатам исследований будут подготовлены отчеты, написаны статьи и сделаны доклады на Российских и международных конференциях. Детализация результатов за первый год выполнения проекта: Будут получены высокочистых редкоземельных металлов Gd, Tb и Dy методом вакуумной дистилляции-сублимации. Впервые нами будут варьироваться условия процедуры дистилляции - сублимации с целью формирования нанокристаллической структуры в образцах с разным размером зерна, а также получения образцов со сложной неоднородной (по размерам структурных элементов) структурой и различным соотношением этих структурных компонентов. Будут исследованы структура, примесный и фазовый состава образцов. Контроль качества полученных образцов будет осуществляться методами оптической металлографии, атомно-силовой и электронной микроскопии. Затем образцы будут подвергаться процедуре гидрирования и азотирования с последующей их аттестацией. Будут подобраны такие режимы гидрирования и азотирования, при которых будут получены практически однофазные образцы с максимально возможными содержанием атомов внедрения. Впервые будет выполняться комплексное исследования магнитных, электрических и тепловых и магнитоупругих свойств полученных образцов как исходных, так и модифицированных атомами легких элементов внедрения. По результатам исследований будут подготовлены статьи для высокорейтенговых журналов.

Коллективом лаб. 12 ИМЕТ РАН (участники проекта Терешина И.С., Политова Г.А., Пелевин И.А., Чжан В.Б., Каминская Т.П.) накоплен большой опыт синтеза соединений и сплавов на основе РЗМ в высокочистом состоянии и исследования их структурных и физических свойств. В последние годы, в связи с возникшим особым интересом к объектам с пониженной размерностью, участники проекта активно исследуют наноструктурированные материалы. В проекте запланировано участие 6 (из 9 участников) молодых ученых, которые активно работают и имеют большое количество публикаций по заявленной проблеме. Коллектив участников данного проекта имеет многолетний опыт исследования.