Korelacija strukture i svojstava nanostrukturiranih perovskita (voditelj: Andreja Gajović)

SAŽETAK: U zadnjih nekoliko godina sinteza i primjena perovskitnih materijala, posebice perovskitnih nanočestica, postala je jedna od najintenzivnije proučavanih tema u području fizike i kemije materijala. Zbog efekta prostornog zatočenja, kod perovskita s česticama nanometarskih veličina dolazi do značajnog poboljšanja dielektričnih i magnetskih svojstava (feroelektričnosti i feromagnetičnosti), što takve materijale čini izuzetno zanimljivima za primjenu u mikroelektronici. Posebnu pozornost privlače perovskitni multiferoični materijali, koji zbog mogućnost kombiniranja feroelektričnog i feromagnetskog uređenja za pohranu i čitanje podataka, imaju veliku potencijalnu primjenu u mikroelektronici kao materijali za računalne memorije. No, da bi se omogućila tehnološka primjena perovskitnih nano-materijala, potrebno je produbiti poznavanje i razumijevanje veze između strukture i feroičnih svojstava perovskita, te razviti pouzdane sintetske metode prikladne za njihovo dobivanje u većim količinama. U ovom projektu interes će biti fokusiran na multiferoične perovskite, bizmutov ferit (BiFeO3) i bizmutov manganat (BiMnO3), te feroelektrike barijev titanat (BaTiO3) i stroncijev titanat (SrTiO3). BiFeO3 je feroelektrik i antiferomagnet na sobnoj temperaturi, dok BiMnO3 pokazuje vezu feromagnetskog i feroelektričnog uređenja ispod temperature od 105 K. Iako su feroelektrični materijali, kao što su BaTiO3 i SrTiO3, do sada već opsežno istraživani, njihovi nano-oblici, kao što su nanožice ili nanocjevčice istražuju se tek odnedavno. U okviru projekta razvit će se metode priprave spomenutih perovskitnih nanomaterijala novih struktura i morfologije čestica, te će se dobivene strukture karakterizirati i istražiti njihova dielektrična i magnetska svojstva. Za pripravu materijala koristit će se metode kemijske sinteze u otopini (precipitacija te hidrotermalna, odn. solvotermalna sinteza), kojima se u dosadašnjoj suradnji sa slovenskim partnerom već uspjelo sintetizirati čistu fazu multiferoika BiFeO3. Na temelju stečenih iskustava u ovom se projektu planira na sličan način sintetizirati i BiMnO3. Istražit će se kako uvjeti hidrotermalne sinteze utječu na strukturu dobivenih nanočestica, te u kakvoj je korelaciji struktura nanočestica s dielektričnim i magnetskim svojstvima dobivenih materijala. Pored toga, sol-gel elektroforetskom depozicijom u nanoporoznim membranama planira se sintetizirati BaTiO3 i SrTiO3 u obliku nanoštapića i nanožica. Ove mokro-kemijske metode omogućavaju jeftinu i jednostavnu pripravu dobro kristaliziranih nano-struktura i prahova, kontrolirane morfologije i uske raspodjele veličina čestica, i to na znatno nižoj temperaturi u usporedbi sa drugim metodama sinteze. Kao osnovna tehnika za istraživanje morfologije, strukture i kemijskog sastava dobivenih nanomaterijala koristit će se transmisijska elektronska mikroskopija. Istraživačka grupa slovenskog partnera ima bogato iskustvo u transmisijskoj elektronskoj mikroskopiji visoke razlučivosti (HRTEM) i opremljena je najsuvremenijim transmisijskim elektronskim mikroskopom koji omogućuje izvedbu tehnika kemijske analize i analize kemijskih veza na atomskoj skali (High Angle Annular Dark Field Scanning Transmission Electron Microscopy (HAADF-STEM), Electron Energy Loss Spectroscopy (EELS), Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDXS)). Hrvatska istraživačka grupa na Institutu "Ruđer Bošković" ima dugogodišnje iskustvo u primjeni Ramanove spektroskopije u istraživanju materijala, u električnim mjerenjima, te u sintezi materijala. Iskustvo u primjeni Ramanove spektroskopije u istraživanju faznih prijelaza metalnih oksida „in situ“ na visokim temperaturama u predloženom će se projektu iskoristiti za istraživanje strukturnih faznih prijelaza prvog reda koji su u perovskitima odgovorni za prijelaz iz feroelektrične u paraelektričnu fazu na Curievoj temperaturi.