Коллектив авторов кафедры неорганической химии химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова синтезировал группу веществ, открывающих новые возможности в области спинтроники. Работа опубликована в высокорейтинговом журнале Journal of Materials Chemistry С.
Современная электроника основана на протекании электрических токов, которые вызваны движением большого числа заряженных частиц – электронов. С этим связаны ограничения, накладываемые на размер устройства: существует минимальный объём вещества, способный вмещать необходимое для работы полупроводниковой техники число электронов. Спинтроника, в противовес электронике, основана на другой концепции: здесь вместо движения множества электронов ключевую роль играет изменение квантового состояния (спина) одного или нескольких электронов. Такой подход позволяет кратно уменьшить размер устройств, что можно использовать для миниатюризации компьютерных систем. Ещё более важная особенность спинтронных устройств состоит в том, что в них информация может передаваться намного быстрее, чем в электронных, что открывает возможности для создания квантовых компьютеров и быстродействующих устройств памяти.
«Сейчас материалы для спинтроники, создаваемые физиками, – так называемые гетероструктуры – получают, как правило, напылением тонких магнитных и немагнитных слоёв металлов в определенной последовательности, – рассказал в.н.с. кафедры неорганической химии химического факультета МГУ член-корреспондент РАН Алексей Кузнецов. – Так как это делается физическими методами, такие структуры могут быть не очень совершенными: напыление часто имеет дефекты. Кроме того, физические методы нанесения накладывают ограничения и на минимальную толщину слоя. Как химики мы попытались создать вещество, обладающее теми же свойствами на нано- и субнаноуровне, т.е. сделать толщину слоёв гораздо меньшей, чем можно получить физическими методами. Кроме того, мы можем создавать идеально упорядоченные структуры без дефектов. В этой работе нам удалось синтезировать такие соединения-гетероструктуры и совместно с сотрудниками Института общей физики РАН охарактеризовать их уникальные магнитные свойства».
В данном исследовании учёные использовали интерметаллиды (соединения металлов с упорядоченной атомной структурой). Это потенциально самый обширный и тем не менее один из самых малоизученных классов неорганических веществ. Для воспроизводимого создания уникальных магнитных свойств гетероструктур авторы скомбинировали отдельные фрагменты двух распространённых и хорошо изученных структурных типов интерметаллидов: AuCu3 и CaBe2Ge2. Оба фрагмента были взяты на основе платины. В первый химики добавили железо или хром, во втором же заменили кальций на европий, а германий – на фосфор, что позволило сформировать два магнитных слоя (железа/хрома и европия) с разными характеристиками, разделенных немагнитными слоями из фосфора и платины (то есть совершенные магнитные гетероструктуры, полученные чисто химическими методами).
«Мы взяли два известных широко распространенных структурных типа. Казалось бы, структурные блоки – относительно простые, понятные структуры – слои из кубооктаэдров или тетраэдров, – рассказала аспирант кафедры неорганической химии химического факультета МГУ Анастасия Полевик. – Однако их комбинация порождает не только "архитектурно" красивую и сложную структуру, но и дает нам матрицу для изучения магнитных взаимодействий, свойствами которой можно тонко управлять».
Учёные разработали методику получения веществ состава Eu2Pt7MP4-x (M = Cr, Fe) высокотемпературным синтезом в кварцевых ампулах в атмосфере аргона и роста их кристаллов.
«Нам удалось добиться удивительных результатов, используя усовершенствованный нами метод получения кристаллов из расплава металлов, – рассказывает старший преподаватель кафедры неорганической химии химического факультета МГУ Елена Захарова. – Метод, с одной стороны, классический. Однако у нас пятикомпонентные системы, в которых есть очень активные европий и фосфор, и при этом нам удалось создать условия для стабильного получения нужных нам фаз, без присутствия в них металлов-флюсов. Вы едва ли найдете такие примеры в литературе».
В дальнейшем авторы нацелены на получение новых подобных соединений, в том числе с использованием других металлов, которые позволят еще расширить спектр магнитных свойств этого класса, а также потенциально могут быть более доступны для коммерческого использования. Кроме того, теоретической задачей остаётся поиск пределов применимости разработанного подхода относительно элементного состава соединений.
«Наша глобальная цель – научиться, как из элементов конструктора, создавать любые структуры с необходимыми свойствами, – поделился планами группы профессор Алексей Кузнецов. – Сейчас же мы хотим детально разобраться с исследуемым классом соединений, чтобы гарантированно получать структуры с заданным чередованием желаемых фрагментов, их составом и толщиной. И, как следствие, интересующими нас свойствами».
Информация предоставлена пресс-службой МГУ
Источник фото: ru.123rf.com
