17 октября 2019, четверг, 03:17
VK.comFacebookTwitterTelegramInstagramYouTubeЯндекс.Дзен

НОВОСТИ

СТАТЬИ

PRO SCIENCE

МЕДЛЕННОЕ ЧТЕНИЕ

ЛЕКЦИИ

АВТОРЫ

27 июня 2018, 10:17

Разработан двумерный магнит из кремниевого аналога графена

Одно из наиболее перспективных направлений научных исследований, которое позволяет уменьшить размер и понизить тепловыделение электронных устройств, – спинтроника. Российские физики получили новый класс двумерных кремниевых магнитов – спинтронных материалов, которые могут лечь в основу прорывных технологий хранения и передачи информации. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ). Полученные результаты опубликованы в журнале Nature Communications, кратко о них рассказывается в пресс-релизе РНФ.

В отличие от обычной электроники, спинтроника использует для хранения и передачи информации не только заряд электрона, но и его спин (одно из его квантовых свойств). Работа со спином может привести к созданию принципиально новых транзисторов, элементов компьютерной памяти, логических элементов. «Перспектива создания ультракомпактной спинтроники – альтернативы современной электронике – обуславливает поиск магнетизма в низкоразмерных системах. Мы открыли целый класс двумерных магнитов – новых материалов спинтроники», – рассказал автор исследования, доктор физико-математических наук, профессор Вячеслав Сторчак, начальник лаборатории новых элементов наноэлектроники Курчатовского комплекса НБИКС-природоподобных технологий (нано-, био-, инфо-, когнитивных и социогуманитарных технологий).

Традиционная спинтроника использует обычные (3D) магнитные материалы, чтобы управлять спином электрона. В то же время перспектива создания ультракомпактной спинтроники, совместимой с распространенной планарной технологией, придает значительный импульс исследованиям магнетизма в низкоразмерных системах. В последние годы был достигнут значительный прогресс в инжиниринге магнетизма в 2D-материалах за счет внешних факторов, таких как дефекты или эффект близости. Необходимые для приложений 2D-материалы с внутренне присущим им магнетизмом оставались неизвестны до недавнего открытия ферромагнетизма в нескольких монослоях Ван-дер-Ваальсовых кристаллов на основе хрома.

Для детектирования магнетизма на таком уровне пришлось использовать оптические методы с исключительно высокой чувствительностью. Данное открытие привело к активному поиску 2D-магнитов с сильным ферромагнетизмом, измеримым стандартными магнетометрами, с сопутствующими полезными свойствами. Особенно важно, что эти магниты совместимы с современной полупроводниковой технологией. Недавно российским физикам удалось открыть новый класс 2D-материалов с ферромагнитными свойствами на основе силицена.

Силицен – кремниевый аналог знаменитой двумерной формы углерода, графена, который был открыт в 2008 году. Силицен, 2D-материал, естественно интегрируемый с кремниевой технологией, в теории должен быть идеальной платформой для спиновых явлений и приложений спинтроники. У графена и силицена  атомы уложены в один слой шестиугольников, напоминающий пчелиные соты, но если у графена этот слой плоский, то шестиугольники силицена «гофрированные». Монослой силицена сильно реагирует с окружающими материалами, поэтому экспериментировать с ним непросто. Российские физики разработали методику, позволяющую синтезировать слои силицена различной толщины, сопряженные с 2D-решетками редкоземельных элементов. Чередующиеся 2D-слои силицена и атомов редкоземельных металлов удалось синтезировать, используя молекулярно-лучевую эпитаксию – наращивание одного кристаллического монослоя поверх другого в сверхвысоком вакууме. Атомы металла направлялись на нагретую кремниевую поверхность. Чтобы в дальнейшем избежать взаимодействия силицена с воздухом, полученный материал защищали тонким слоем оксида кремния. Такой подход можно использовать и для синтеза монослоев других аналогов графена, например, германена, состоящего из атомов германия.

Схематическое представление экспериментов. Синтез силиценовых структур
(a). В результате возникает многослойный (b) или однослойный (c)
силицен. В зависимости от числа слоев происходит переход от объемного
антиферромагнитного состояния (d) к ферромагнитному (e); температура
ферромагнитного перехода имеет характерную зависимость от магнитного
поля (e). В качестве атомов металла (M) можно использовать такие
редкоземельные элементы, как гадолиний или европий. Источник: Вячеслав
Сторчак

Основной результат работы – открытие того, что слоистые структуры, образованные силиценом, сопряженным с 2D-решетками редкоземельных элементов, демонстрируют сильный 2D-ферромагнетизм в пределе одного или нескольких монослоев. В отличие от материалов на основе хрома, ферромагнетизм в силиценовых материалах возникает из антиферромагнетизма родительского 3D-соединения. Открытые редкоземельные магниты проявляют и другие отличительные черты: намного большую чувствительность температуры перехода к слабым магнитным полям (характерное свойство 2D-ферромагнетизма) и значительный магнитный момент, дающий возможность исследования с помощью обычных магнетометров.

«Открытие первого класса 2D-магнитов, совместимых с кремниевой технологией, может значительно повлиять на различные области науки и технологии, – подытожил Вячеслав Сторчак. – Опубликованные результаты могут служить новой платформой для исследования двумерных явлений в слоистых структурах. Это одно из очень немногих исследований силиценовых материалов, где удалось пойти дальше структурных исследований, и, возможно, первое, где удалось экспериментально продемонстрировать определяющую роль силиценовой решетки. Структура силиценовых магнитов замечательно подходит для создания различных гетероструктур на кремнии, что может найти применение в создании новых элементов электроники».

Обсудите в соцсетях

Система Orphus
«Ангара» Африка Византия Вселенная Гренландия ДНК Иерусалим КГИ Луна МГУ Марс Монголия НАСА РБК РВК РГГУ РадиоАстрон Роскосмос Роспатент Росприроднадзор Русал СМИ Сингапур Солнце Титан Юпитер акустика антибиотики античность археология архитектура астероиды астрофизика бактерии бедность библиотеки биомедицина биомеханика бионика биоразнообразие биотехнологии блогосфера викинги вирусы воспитание вулканология гаджеты генетика география геология геофизика геохимия гравитация грибы дельфины демография демократия дети динозавры животные здоровье землетрясение змеи зоопарк зрение изобретения иммунология импорт инновации интернет инфекции ислам исламизм исследования история карикатура картография католицизм кельты кибернетика киты климатология клонирование комета кометы компаративистика космос культура лазер лексика лженаука лингвистика льготы мамонты математика материаловедение медицина металлургия метеориты микробиология микроорганизмы мифология млекопитающие мозг моллюски музеи насекомые наука нацпроекты неандертальцы нейробиология неолит обезьяны общество онкология открытия палеолит палеонтология память папирусы паразиты перевод питание планетология погода политика право приматы психиатрия психоанализ психология психофизиология птицы ракета растения религиоведение рептилии робототехника рыбы сердце смертность собаки сон социология спутники старение старообрядцы стартапы статистика такси технологии тигры топливо торнадо транспорт ураган урбанистика фармакология физика физиология фольклор химия христианство цифровизация школа экология электрохимия эпидемии эпидемиология этология язык Александр Беглов Древний Египет Западная Африка Латинская Америка НПО «Энергомаш» Нобелевская премия РКК «Энергия» Российская империя Сергиев Посад альтернативная энергетика аутизм биология бозон Хиггса глобальное потепление грипп информационные технологии искусственный интеллект история искусства история цивилизаций исчезающие языки квантовая физика квантовые технологии климатические изменения компьютерная безопасность компьютерные технологии космический мусор криминалистика культурная антропология междисциплинарные исследования местное самоуправление мобильные приложения научный юмор облачные технологии обучение одаренные дети педагогика персональные данные подготовка космонавтов преподавание истории продолжительность жизни происхождение человека русский язык сланцевая революция физическая антропология финансовый рынок черные дыры эволюция эмбриональное развитие этнические конфликты ядерная физика Вольное историческое общество жизнь вне Земли естественные и точные науки НПО им.Лавочкина Центр им.Хруничева История человека. История институтов дело Baring Vostok Протон-М 3D Apple Big data Dragon Facebook Google GPS IBM MERS PRO SCIENCE видео ProScience Театр SpaceX Tesla Motors Wi-Fi

Редакция

Электронная почта: [email protected]
Телефон: +7 929 588 33 89
Яндекс.Метрика
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003 года. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2019.