Фундаментальные проблемы современного материаловедения,  2022,  том 19,  №1, 115-124

 

Александр Викторович Павлов1, Людмила Иосифовна Квеглис2, Алексей Владимирович Джес3, Дмитрий Николаевич Сапрыкин4, Ринат Талгатович Насибуллин5, Дмитрий Анатольевич Великанов6, Иван Васильевич Немцев7, Павел Олегович Шалаев8

Магнетизм бериллиевой керамики со структурой перовскита BeTiO3

1,2,6,7,8 Сибирский федеральный университет, пр. Свободный, 79, 660041, Красноярск, Россия
1,2,4 Восточно-Казахстанский университет им. С. Аманжолова, ул. 30-ой Гвардейской дивизии, 34, 070002, Усть-Каменогорск, Республика Казахстан

3 Восточно-Казахстанский технический университет им. Д. Серикбаева, ул. Протозанова, 69, 070004, Усть-Каменогорск, Республика Казахстан

5 Национальный исследовательский Томский государственный университет, пр. Ленина, 36, 634050, Томск, Россия

6,7 Институт физики им. Л.В. Киренского, Академгородок, 50, стр. 38, 660036, Красноярск, Россия

1 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , https://orcid.org/0000-0002-3514-9476

2 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , https://orcid.org/0000-0002-6850-354X

3 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , https://orcid.org/0000-0002-8172-8073

4 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , https://orcid.org/0000-0002-3796-057X

5 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , https://orcid.org/0000-0002-2218-1944

6 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , https://orcid.org/0000-0003-2662-0470

7 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , https://orcid.org/0000-0002-4222-3099

8 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , https://orcid.org/0000-0003-0552-9715

Известно, что введение в ВеО-керамику добавки TiO2 после термообработки в восстановительной атмосфере сопровождается значительным увеличением электропроводности и способностью поглощать электромагнитное излучение в широком диапазоне частот. До сих пор механизм этого влияния до конца не установлен. С использованием методов Лоренцевой электронной микроскопии в сканирующем электронном микроскопе, а также вибрационного магнитометра, установлено проявление ферромагнетизма. Такая особенность бериллиевой керамики способствует поглощению электромагнитной энергии в объемных образцах, содержащих наночастицы TiO2. Установлено, что присутствие наночастиц способствует формированию структуры перовскита в зонах спекания BeO + TiO2. В структуре перовскита возможна поляризация молекул за счет формирования поляронов, что приводят к деформации решетки и смещению атомов. В результате такого смещения происходит изменение ближнего порядка в структуре перовскита и к образованию икосаэдрической фазы из исходной фазы со структурой кубоктаэдра. Малый размер атома бериллия позволяет организоваться тетраэдрической плотной упаковке в форме икосаэдра из атомов кислорода вокруг центрального атома бериллия. В результате повышается атомная плотность и плотность электронных состояний на уровне Ферми. Предлагаются модели для объяснения причины появления ферромагнетизма и электропроводности, которые обнаружены в бериллиевой керамике. С помощью метода спин-поляризованных электронов проведены расчеты электронной структуры нанокластеров с различным ближним порядком.

Ключевые слова: бериллиевая керамика, магнитный гистерезис, электронная структура, икосаэдрические кластеры.

УДК 544.03

DOI: 10.25712/ASTU.1811-1416.2022.01.013


 

Fundamental’nye problemy sovremennogo materialovedenia

(Basic Problems of Material Science (BPMS)) Vol. 19, No.1 (2022) 115-124

 

Alexander V. Pavlov1, Lyudmila I. Kveglis2, Alexey V. Jess3, Dmitry N. Saprykin4, Rinat T. Nasibullin5, Dmitry A. Velikanov6, Ivan V. Nemtsev7, Pavel O. Shalaev8

Magnetism of beryllium ceramics with the perovskite structure BeTiO3

1,2,6,7,8 Siberian Federal University, Svobodny Pr., 79, Krasnoyarsk, 660041, Russia
1,2,4 East Kazakhstan University named after S. Amanzholov, 30th Guards division Str., 34, Ust-Kamenogorsk, 070002, Republic of Kazakhstan

3 East Kazakhstan Technical University named after D. Serikbayev, Protozanova Str., 69, Ust-Kamenogorsk, 070004, Republic of Kazakhstan

5 National Research Tomsk State University, Lenin Pr., 36, Tomsk, 634050, Russia

6,7 Institute of Physics named after L.V. Kirensky, Akademgorodok, 50, building No. 38, Krasnoyarsk, 660036, Russia

1 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , https://orcid.org/0000-0002-3514-9476

2 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , https://orcid.org/0000-0002-6850-354X

3 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , https://orcid.org/0000-0002-8172-8073

4 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , https://orcid.org/0000-0002-3796-057X

5 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , https://orcid.org/0000-0002-2218-1944

6 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , https://orcid.org/0000-0003-2662-0470

7 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , https://orcid.org/0000-0002-4222-3099

8 Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript , https://orcid.org/0000-0003-0552-9715

It is known that the introduction of TiO2 additives into BeO ceramics after heat treatment in a reducing atmosphere is accompanied by a significant increase in electrical conductivity and the ability to absorb electromagnetic radiation in a wide frequency range. Until now, the mechanism of this influence has not been fully established. Using the methods of Lorentzian electron microscopy in a scanning electron microscope, as well as a vibration magnetometer, the manifestation of ferromagnetism was established. This feature of beryllium ceramics promotes the absorption of electromagnetic energy in bulk samples containing TiO2 nanoparticles. It was found that the presence of nanoparticles promotes the formation of the perovskite structure in the BeO + TiO2 sintering zones. In the structure of perovskite, polarization of molecules is possible due to the formation of polarons, which leads to deformation of the lattice and displacement of atoms. As a result of this displacement, a change in the short-range order in the perovskite structure occurs and to the formation of an icosahedral phase from the initial phase with a cuboctahedral structure. The small size of the beryllium atom makes it possible to organize a tetrahedral close packing in the form of an icosahedron of oxygen atoms around the central beryllium atom. As a result, the atomic density and the density of electronic states at the Fermi level increase. Models are proposed to explain the reasons for the appearance of ferromagnetism and electrical conductivity found in beryllium ceramics. Using the spin-polarized electron method, the electronic structure of nanoclusters with different short-range orders has been calculated.

Keywords: martensitic transformations, orientation relations, Pitch deformation, polar decomposition of the tensor, martensite nanocrystals.