Га-подстацированные гексаферритовые субмикронные частицы для высокочастотных устройств

В данном исследовании описывается синтез субмикронных $\mathrm{SrFe}_{12-x}\mathrm{Ga}_x\mathrm{O}_{19}$ частиц, обладающих регулируемой магнитной анизотропией и естественной ферромагнитной резонансной частотой до $57$ ГГц, что позволяет применять их в миллиметровых компонентах для 5G/6G систем связи. Как отмечают авторы, “Образцы демонстрируют естественную частоту ферромагнитного резонанса в диапазоне 49–57 ГГц”.

Проблема

Производство монодоменных М-типа гексаферритовых частиц с контролируемой замещающей катионной подстановкой представляет собой сложную задачу из-за фазового разделения при более низких температурах обжига и сильной зависимости магнитных свойств от точного распределения $\mathrm{Ga}^{3+}$ между пятью кристаллографическими положениями железа.

Инновация: Цитратно-автокомбустционный синтез

Исследователи использовали цитратно-нитратный автокомбустационный путь последующего обжига при $1200\,^{\circ}\mathrm{C}$, что позволило:

• формировать пористый предшественник, который самовоспламеняется,
• кристаллизовать однородные пластинчатые частицы (360–560 нм),
• точно определить распределение $\mathrm{Ga}^{3+}$ на позициях $2a$, $4f_1$, $12k$, и $2b$.

Согласно статье, “Обжиг пористого предшественника привел к образованию монодоменных гексаферритовых частиц со средними размерами 360–560 нм”.

Ключевые результаты

• Частота ФМР увеличивается до $57$ ГГц при $x = 3$.
• Коэрцитивность возрастает с $5.1$ до $6.4$ кЭ для $x \le 4$, а затем снижается до $0.3$ кЭ при $x = 6$.
• Размер частиц уменьшается с $1400$ нм (без подстацирования) до $360$ нм при высоком содержании галлия.
• $\mathrm{Ga}^{3+}$ предпочитает занимать позиции $2a$, $4f_1$, $12k$, и частично $2b$, снижая $T_\mathrm{C}$ до $311$ К при $x = 6$.

Влияние

Эти га-подстацированные гексаферриты представляют интерес для:

• миллиметровых поглотителей и фильтров,
• компактных резонаторов для 5G/6G систем,
• высокочастотных магнитных компонентов,
• спинтронных устройств, требующих стабильной уаниксиальной анизотропии.

Цитировать работу

@article{Gorbachev2021GaHexaferrite,
  title={Submicron particles of Ga-substituted strontium hexaferrite obtained by a citrate auto-combustion method},
  author={Gorbachev, E. A. and Trusov, L. A. and Wu, M. and Vasiliev, A. V. and Svetogorov, R. D. and Alyabyeva, L. N. and Lebedev, V. A. and Sleptsova, A. E. and Karpov, M. A. and Mozharov, Y. M. and Gorshunov, B. P. and Kazin, P. E.},
  journal={Journal of Materials Chemistry C},
  year={2021},
  volume={9},
  pages={13832-13840},
  doi={10.1039/d1tc03381f}
}