Российские химики создали термостойкий материал для оптики, способной работать в космосе

Оптические приборы, созданные с использованием нового материала, разработанного в Санкт-Петербурге, смогут выдерживать очень низкие и очень высокие температуры. Более того, свойства материала можно настраивать под конкретные условия и применять, например, в космической технике. В Институте химии силикатов имени И. В. Гребенщикова (Санкт-Петербург) синтезированы кристаллические материалы, свойства которых, например, магнитные, устойчивость к высоким или низким температурам, можно настраивать, пишет «Коммерсант». Соединения на основе боратов железа и хрома обладают низким отрицательным коэффициентом расширения. Их структура обеспечивает надежность материала, позволяя адаптировать его под нужные условия работы вплоть до сверхнизких температур, что важно для космической техники и сверхчувствительных датчиков. В исследовании также участвовали ученые из Казанского федерального университета, Института физики имени Л. В. Киренского СО РАН (Красноярск), Санкт-Петербургского государственного университета, Сибирского федерального университета (Красноярск). Синтезированные материалы обладают редким свойством. При нагреве выше комнатной температуры они не расширяются, а, наоборот, сжимаются, за счет чего при перепадах не возникают микротрещины. При температурах до +30 °C образец обладает отрицательным объемным коэффициентом расширения, а при нагреве выше этих значений — низким коэффициентом расширения, то есть практически не меняется в размерах и объеме. Это объясняется магнитострикцией — изменением размеров материала при изменении его магнитного состояния. Можно представить, что магнитная структура соединения сложена атомными «магнитиками» — крошечными собственными магнитными полями каждого атома, которые можно сравнить с миниатюрными стрелками компаса, объяснили ученые. Когда вещество нагревается, эти стрелки перестают быть выстроенными в едином порядке, из-за чего магнитная структура разрушается, а кристаллическая решетка материала может претерпевать линейные и объемные изменения, в том числе сжатие по направлениям или в объеме. Меняя соотношение железа и хрома можно повысить термостойкость материала и настроить температуру, при которой он одновременно сохраняет магнитные свойства и сжимается. Чем больше хрома, тем ниже температура, при которой материал теряет магнитный порядок. Образец, который содержал только хром разлагался при температуре выше 900 °C, тогда как чистый борат железа — при 630 °C. Полученные свойства позволяют использовать новые соединения для создания деталей в высокоточных оптических, электронных и спинтронных устройствах. Из-за расширения большинства известных материалов при нагревании зеркала и линзы мощных лазеров, магнитных датчиков или чипы процессоров хоть и незначительно, но изменяются в размерах при повышении температуры даже на 10–20 °C. Это приводит к возникновению микротрещин и постепенно выводит аппаратуру из строя. Материалов, которые при повышении температуры не меняют своих размеров или немного сжимаются, то есть обладают отрицательным коэффициентом теплового расширения, очень мало. Из из них не все подходят для использования в технике.