Ионно-лучевой синтез и исследование нанокомпозитных мультиферроиков на основе титаната бария с наночастицами 3$d$-металлов

Ионы Co$^+$, Fe$^+$ и Ni$^+$ с энергией 40 keV были имплантированы в сегнетоэлектрические пластины титаната бария (дозы в интервале (0.5–1.5) $\cdot$ 10$^{17}$ ion/cm$^2$) с целью получения образцов нанокомпозитных мультиферроиков. Установлено, что в подвергнутом ионной бомбардировке слое титаната бария формируются наночастицы металлического железа, кобальта или никеля. С ростом дозы имплантации образцы проявляют последовательно суперпарамагнитные, магнитомягкие и, наконец, ярко выраженные ферромагнитные свойства при комнатной температуре. Средние размеры ионно-синтезированных наночастиц 3$d$-металлов изменяются в диапазоне от 5 до 10 nm в зависимости от дозы. Исследование ориентационной зависимости петель магнитного гистерезиса показало, что образцы проявляют одноосную магнитную анизотропию (“легкая плоскость”), характерную для тонкой гранулярной магнитной пленки. В ферромагнитных образцах BaTiO$_3$:3$d$-металл наблюдался значительный сдвиг сигнала ферромагнитного резонанса во внешнем электрическом поле, а также существенный по величине магнитодиэлектрический эффект при комнатной температуре. Эти результаты указывают на сильную магнитоэлектрическую связь между сегнетоэлектрической матрицей титаната бария и ионно-синтезированными наночастицами магнитных металлов.