ПРОГРАММА «ПРИОРИТЕТ 2030»
«МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И СИСТЕМЫ»
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ И ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ПРОЕКТЫ ПО НАПРАВЛЕНИЮ «МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И СИСТЕМЫ»
(2023 г., рук. В.О.Васьковский)
Паспорт проекта
(2022 г., рук. Е.А.Степанова)
Паспорт проекта
(2021-2022 гг., рук. В.О.Васьковский)
Паспорт проекта
(2021-2022 гг., рук. В.О.Васьковский)
Паспорт проекта
ОСНОВНЫЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ТЕМАТИКИ
Ван-дер-Ваальсовы двумерные магнетики для спинтронных устройств
Руководитель - Н.В. Баранов, д.ф.-м.н.
Ключевые исполнители от УрФУ: Н.В. Селезнева, к.-ф.м.н.; Е.М. Шерокалова к.-ф.м.н.
Партнёры по консорциуму: Институт физики металлов УрО РАН
Научно-технические задачи:
- синтез железосодержащих халькогенидов с квазидвумерной кристаллической структурой и ван-дер-ваальсовым типом связей между структурными блоками;
- исследование влияния замещений на кристаллическую структуру и свойства соединений и отработка методики получения монокристаллических образцов;
- исследование магнитных и магнитотранспортных свойств и магнитной анизотропии ван-дер-ваальсовых магнетиков, поиск составов с повышенными температурами магнитного упорядочения, перспективных для применения в спинтронных устройствах.
Магнитная сенсорика и хиральная спинтроника
Руководитель - В.О. Васьковский, д.ф.-м.н.
Ключевые исполнители от УрФУ: Г.В. Курляндская, д.ф.-м.н.; А.С. Овчинников, д.ф.-м.н.; А.В. Свалов, д.ф.-м.н.
Партнёры по консорциуму: Институт физики металлов УрО РАН
Индустриальные партнёры: АО «НПО автоматики»
Научно-технические задачи:
- разработка плёночных магниточувствительных сред и элементов с расширенными функциональными свойствами на основе гигантского магнитосопротивления, гигантского магнитного импеданса, анизотропии магнитосопротивления, магнитоэлектрического, тензомагниторезистивного и магнитокалорического эффекта;
- развитие теории образования, трансформации и внешнего контроля свойств хиральных магнитных систем;
- создание технологии получения и оптимизации магнитодинамических и спин-транспортных свойств гибких магниточувствительных наноматериалов для спиновых клапанов.
Физика и технологии 3D-печати постоянных магнитов и магнитных систем
Руководитель - А.С. Волегов, к.ф.-м.н.
Ключевые исполнители от УрФУ: Д.С. Незнахин, к.ф.-м.н.; А.Н. Уржумцев, к.ф.-м.н.
Партнёры по консорциуму: Институт физики металлов УрО РАН, ГК Росатом
Научно-технические задачи:
- использование метода лазерного спекания на подложке для создание лабораторной технологии 3D-печати изделий из магнитотвердых и магнитострикционных материалов с высоким уровнем функциональных свойств;
- разработка порошковых магнитомягких материалов пригодных для формования методом 3D-печати в составе магнитных систем, содержащих магнитотвёрдые и магнитострикционных элементы;
- разработка методов 3D-печати in situ сложных магнитных систем, содержащих магнитотвёрдые, магнитомягкие и магнитострикционные элементы, и обеспечение заданного уровня функциональных и механических свойств таких систем.
Мягкие магнитные материалы для биомедицинских приложений
Руководитель - Е.А. Елфимова, д.ф.-м.н.
лючевые исполнители от УрФУ: А.Ю. Зубарев, д.ф.-м.н.: Иванов А.О., д.ф.-м.н.; С.С. Канторович, д.ф.-м.н.: А.П. Сафронов, д.ф.-м.н.
Научно-технические задачи:
- проектирование мягких магнитоактивных материалов с заранее заданными свойствами;
- исследование динамики магнитных частиц в жидких и полимерных матрицах для развития методов регенеративной медицины и магнито-гипертермической терапии онкологических заболеваний;
- разработка деформируемых наноразмерных и микронных коллоидных частиц с магнитным наполнением для направленного транспорта лекарств.
Магнитные материалы для силовой энергетики
Руководитель - Н.В. Кудреватых, д.ф.-м.н.
Ключевые исполнители от УрФУ: М.И.Барташевич, д.ф.-м.н., А.С.Волегов, к.ф.-м.н., В.А.Катаев, к.-ф.м.н.; Л.А.Памятных, к.ф.-м.н.; Н.А.Скулкина, д.ф.-м.н.
Партнёры по консорциуму: Институт физики металлов УрО РАН, ГК Росатом
Индустриальные партнёры: АО «Уральский электромеханический завод»; ООО «ПОЗ Прогресс».
Научно-технические задачи:
- разработка технологии получения постоянных магнитов на основе системы Nd-Ce-Fe-B с высоким уровнем гистерезисных свойств;
- реализация структуры типа Core-Shell в постоянных магнитах системы Nd-Ce-Fe-B методами зернограничной диффузии и/или инфильтрации с обогащением поверхностной области зерна основной фазы тяжелыми редкоземельными металлами;
- исследования магнитной анизотропии, магнитострикции и магнитных фазовых переходов в редкоземельных интерметаллидах на основе RMn2Si2 в том числе в области фазового перехода типа «магнитоупорядоченное состояние – фрустрированное состояние», характеризующегося большими значениями магнитокалорического эффекта и объемной магнитострикции.
Уникальные магнитные системы
Руководитель - Н.В. Кудреватых, д.ф.-м.н.
Ключевые исполнители от УрФУ: А.С. Волегов, к.ф.-м.н.; Д.С. Незнахин, к.ф.-м.н.
Соисполнители: Уральский НИИ метрологии – филиал ВНИИМ
Научно-технические задачи:
- разработка принципов построения высокоточных магнитных систем, пригодных для использования в метрологических установках типа «Весы Киббла»;
- моделирование и натурная реализация макетов магнитных систем, обеспечивающих заданные функциональные свойства прототипа эталона единицы массы;
- конструирование и создание полномасштабной магнитной системы для национального эталона единицы массы.
ОСНОВНЫЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
2022 г.
- На основе технологии 3D-печати разработаны методы получения высококоэрцитивного состояния и изготовлены опытные образцы композитных магнитных материалов с уникальными функциональными свойствами
- Освоена комплексная лабораторная технология электролитического синтеза магнитных нанопроводов в матрице оксида алюминия. Разработана методика переноса магнитных нанопроводов в полимерную матрицу, являющаяся основой для создания планарных композитов с магнитоэлектрическим эффектом. Предложен новый способ диспергирования нанопроводов в полимерной матрице.
- Определены физические механизмы магнитных фазовых превращений в халькогенидах железа, позволяющие целевым образом формировать свойства магнитокалорических материалов с нулевым эффектом теплового расширения
- Создан трехходовой магнитный клапан для управления потоком теплоносителя в магнитной холодильной машине
- Составлен прогноз материально-технического обеспечения отечественного производства постоянных магнитов Nd-Fe-B в части подготовки исходных компонентов по методу «водородного диспергирования сплавов»
- Найден новый механизм магнон-фононного взаимодействия, реализующийся в интерметаллиде LuCo3 при распространении звука перпендикулярно с-оси кристалла, который оказывается эффективным вблизи фазового перехода из низкоспинового в высокоспиновое состояние под действием внешнего магнитного поля. Полученный результат является физической основой для разработки перестраиваемых фильтров и резонаторов ультразвуковых колебаний
- Расширен спектр аттестованных антиферромагнетиков с фокусом на применение в сферах магнитной сенсорики и спинтронике: 1) сформулирована физическая модель, устанавливающая связь между структурным состоянием и эффектом обменного смещения в плёночных системах на основе антиферромагнетика Ni-Mn и позволяющая таргетированно оптимизировать функциональные свойства таких систем; 2) разработаны физические основы синтеза плёнок высокотемпературного антиферромагнетика CrMn для слоистых элементов спинтроники
- Развита теория прогнозирования динамического поведения магнитных наночастиц в жидких матрицах, являющаяся основой для развития методов регенеративной медицины и магнито-гипертермической терапии онкологических заболеваний
- Созданы методическое сопровождение и инфраструктура для обучения магистров по образовательной траектории «Перспективные магнитные материалы и системы», которая, начиная с 2023-24 уч.г., обеспечит подготовку кадров для целевой аспирантуры, специализированных научных подразделений УрФУ и УрО РАН, а также специализированного производства магнитных компонентов и систем, в том числе ориентированных на импортозамещение.
2021 г.
- Сконструирована и создана малогабаритная магнитная система, являющаяся прототипом соответствующего функционального узла весов Киббла – национального эталона единицы массы. Проведены её успешные испытания, что является основой для продолжения работ по созданию полноформатной магнитной системы.
- С использованием методов статистической механики установлены закономерности формирования свойств феррокомпозитов, полученных путем полимеризации суспензии суперпарамагнитных частиц во внешнем магнитном поле. Показано, что возникающее при этом текстурирование феррочастиц является эффективным способом усиления магнитного отклика в системах магнитного биодетектирования.
- Экспериментально и путём компьютерного моделирования оптимизированы структурные параметры прототипа магнитоимпедансного сенсора на основе быстрозакалённых лент типа CoFeCrSiB с ферромагнитными покрытиями. Определены условия реализации максимальной магнитной чувствительности и показано, что подобные сенсоры перспективны для детектирования магнитных частиц в магнитных суспензиях и гелях, применяемых в биомедицине.
- Предсказана возможность существования и рассчитан спектр дискретных бризерных возбуждений в вынужденной ферромагнитной фазе моноаксиального кирального гелимагнетика CrNb3S6. Полученные результаты представляют интерес для перспективных устройств обработки информации, функциональность которых основана на динамике локальных магнитных неоднородностей.
| Показатель | 2021 г. | 2022 г. | 2023 г. | 2024 г. | 2025 г. |
| Количество статей, индексируемых SCOPUS (Q1-Q2), ед. | 13 | 15 | |||
| Фракционное количество публикаций в научных изданиях, индексируемых SCOPUS I и II квартилей, ед. | 5,868 | 8,091 | |||
| Среднесписочная численность исследователей до 39 лет, ед. | - | 14,624 | |||
| Объём средств, привлечённых на НИОКР (мл. руб.) | 22 | 36 | |||
| Количество аспирантов, чел. | 8 | 10 |
ОБОРУДОВАНИЕ И ПРИБОРЫ
(закупки в рамках Программы «Приоритет 2030»)
- Атомно-силовой микроскоп Entegra Prima с модулем температурного контроля и модулем для работы во внешних магнитных полях
- Синхронный усилитель MFLI (Medium Frequency LockIn) 500 kHz
- Импульсная система для магнетизации образцов DXMM-20C80
- Компьютерный класс на 8 рабочих мест
- Электронный флюксметр MAGNET-PHYSIK EF 5
- Лаборатория металлографии
- Криостат неоптического замкнутого цикла с образцом в вакууме CFPR-210H-GRAD
- Криорефрижератор двухступенчатый KDE401SA
- Широкодиапазонный вакуумный датчик с горячим катодом MTH10D-KF40
- Откачной пост TurboHV-300.011
- Шаровая мельница для измельчения и подготовки смесей XQM-2A
- Тесламетр-веберметр универсальный ТПУ-2В