Свойствами разбавленного магнитного полупроводника научились управлять

Ученые из Уральского федерального университета и Университета Пондичерри синтезировали ряд материалов, обладающих полупроводниковыми и магнитными свойствами одновременно. Основой их состава является диоксид олова (SnO₂), к которому добавлено разное количество магнитных ионов кобальта и цинка. Благодаря последним эти материалы приобрели магнитные свойства. Созданные системы перспективны для создания сверхбыстрых компьютеров. Результаты исследования опубликованы в журнале Alloys and Compounds.

Человечеству издавна известны магнитные полупроводники — материалы, одновременно проявляющие полупроводниковые и магнитные свойства. В процессе их изготовления к основному веществу или матрице добавляют магнитные ионы. Было показано, что даже небольшое количество последних наделяет материал магнитными свойствами. Такие вещества назвали разбавленными магнитными полупроводниками (РМП).

«Интерес к магнитным полупроводникам появился в связи с возможностью сочетать полупроводниковые и магнитные свойства в одном объекте. То есть если мы создадим наноразмерные элементы на их основе, то сможем считывать как зарядовое состояние, так и магнитное. Это открывает возможности для создания сверхбыстродействующих компьютеров», — отметил научный сотрудник УрФУ Иван Жидков.

На сегодняшний день хорошо изучены РМП, содержащие один тип магнитных ионов, тогда как с двумя и более — еще только исследуются. Синтезированные уральскими учеными РМП при общей матрице из диоксида олова отличаются друг от друга содержанием магнитных ионов.

Исследователи изучили влияние взаимодействия кобальта и цинка с кислородными вакансиями (пустотами в решетке материала) на магнитные свойства диоксида олова в зависимости от содержания этих магнитных ионов. Были исследованы их магнитные свойства, атомная и электронная структура, а также влияние отжига (вид термической обработки) материалов на указанные параметры. В результате выяснилось, что высока вероятность формирования кислородных вакансий рядом с внедренными ионами. Именно их образование обеспечивает появление магнетизма у синтезированных материалов. Это объясняется тем, что магнитные ионы при внедрении в кристаллическую решетку имеют заряд +2 и способны связаться только с двумя атомами кислорода. Атом олова в составе диоксида олова находится в состоянии +4 и связан с четырьмя атомами кислорода. Магнитные ионы не способны образовывать две дополнительные связи с кислородом, в результате чего рядом с ними образуются пустоты. На этих пустотах могут размещаться электроны.

«Магнетизм в такой системе в основном обусловлен взаимодействием магнитных моментов кислородных вакансий и собственных магнитных моментов атомов примеси с неспаренными электронами, локализованными на этих же кислородных вакансиях. Кроме того, увеличение концентрации примеси кобальта и цинка способствует увеличению общего магнитного момента системы — основной характеристики магнетизма», — заключил Жидков.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.