Группа ученых кафедры неорганической химии химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова разработала ряд соединений, которые могут найти применение в спинтронике и расширить её потенциал опубликована в высокорейтинговом журнале Journal of Materials Chemistry С.
Современная электроника функционирует благодаря электрическим токам, возникающим из-за перемещения большого количества заряженных частиц – электронов. Это накладывает определенные ограничения на размеры электронных приборов, поскольку существует предел минимального объема материала, необходимого для обеспечения работы полупроводниковых схем. Спинтроника, в отличие от электроники, использует иную идею: вместо перемещения электронов, ключевым фактором становится изменение их квантового состояния, или спина. Данный метод позволяет существенно снизить размеры устройств, что открывает перспективы для миниатюризации компьютерных систем. Кроме того, важным преимуществом спинтронных устройств является более высокая скорость передачи информации по сравнению с электронными аналогами, что дает возможность разработки квантовых компьютеров и высокоскоростной памяти.
«В настоящее время физики изготавливают материалы для спинтроники, известные как гетероструктуры, обычно методом нанесения тонких слоёв магнитных и немагнитных металлов в заданной последовательности, – об этом сообщил в.н.с. кафедры неорганической химии химического факультета МГУ, член-корреспондент РАН Алексей Кузнецов. – Поскольку формирование этих структур осуществляется физическими способами, они могут иметь существенные недостатки: например, напыления часто содержат дефекты. Физические методы нанесения также ограничивают минимальную толщину слоя. В качестве альтернативы, мы, химики, стремились разработать материал, воспроизводящий те же характеристики на наноуровне и ниже, то есть позволяющий создавать слои значительно меньшей толщины, чем при использовании физических методов. Более того, мы способны формировать идеально упорядоченные структуры, лишенные дефектов. В рамках данной работы нам удалось синтезировать такие соединения – гетероструктуры – и совместно с коллегами из Института общей физики РАН изучить их необычные магнитные свойства».
В ходе исследования ученые применяли интерметаллиды – соединения металлов, характеризующиеся упорядоченной атомной структурой. Этот класс неорганических веществ обладает огромным потенциалом, однако до сих пор остается недостаточно изученным. Чтобы добиться воспроизводимого создания уникальных магнитных свойств гетероструктур, авторы объединили элементы двух распространенных и хорошо изученных структурных типов интерметаллидов: AuCu3 и CaBe2Ge2. Оба этих элемента основаны на платине. В состав первого фрагмента были добавлены железо или хром, а во втором – кальций был заменен на европий, а германий – на фосфор. Это позволило создать два магнитных слоя (содержащие железо/хром и европий) с различными свойствами, разделенные немагнитными слоями из фосфора и платины, то есть магнитные гетероструктуры, полученные исключительно химическими методами).
«В качестве основы мы использовали два распространенных структурных типа. По словам аспиранта кафедры неорганической химии химического факультета МГУ, структурные элементы – кажущиеся простыми и понятными структуры – состоят из слоев, образованных кубооктаэдрами или тетраэдрами Анастасия Полевик. – Но их сочетание приводит не только к созданию эстетически привлекательной и многогранной системы, но и предоставляет нам инструмент для исследования магнитных взаимодействий, характеристики которой можно гибко настраивать».
Разработана методика получения соединений Eu2Pt7MP4-x (M = Cr, Fe) методом высокотемпературного синтеза в кварцевых ампулах в аргоновой атмосфере, а также выращивания их кристаллов.
«Благодаря усовершенствованному нами способу получения кристаллов из расплавленных металлов, нам удалось достичь весьма впечатляющих результатов, – сообщает старший преподаватель кафедры неорганической химии химического факультета МГУ Елена Захарова. – Это достаточно традиционный метод. Тем не менее, в наших разработках используются пятикомпонентные системы, содержащие активные соединения европия и фосфора. При этом нам удалось добиться стабильного образования необходимых фаз, исключив из них металлы, выступающие в роли флюсов. Подобные решения сложно встретить в научной литературе».
В перспективе авторы планируют синтезировать аналогичные соединения, в частности, с применением других металлов. Это позволит еще больше увеличить разнообразие магнитных характеристик данного класса веществ и, возможно, сделает их более привлекательными для коммерческого использования. Также остается теоретической задачей определение границ применимости разработанной методики в отношении состава соединений.
«Наша глобальная задача – научиться создавать любые структуры с нужными характеристиками, подобно тому, как собирают конструктор, – рассказал о планах профессор Алексей Кузнецов. – В настоящий момент мы стремимся тщательно изучить данный класс соединений, чтобы обеспечивать получение структур с предсказуемым чередованием требуемых фрагментов, их составом и толщиной. И, соответственно, тех свойств, которые представляют для нас интерес».
Информация предоставлена пресс-службой МГУ