Химия и науки о материалах
2 мин.

Деформация кристаллической решетки карбида кремния поможет расширить спектр его применений

Деформация кристаллической решетки карбида кремния поможет расширить спектр его применений

Исследователи выяснили, что механическая деформация кристаллической решетки влияет на спиновые свойства карбида кремния, прочного материала, который применяется в самых разных отраслях промышленности. В будущем это открытие может быть использовано в нанотехнологиях, например в нанофотонике. Статья об исследовании, поддержанном грантом Президентской программы Российского научного фонда, опубликована в журнале Applied Physics Letters.

Сегодня карбид кремния (SiC) применяется в самых разных отраслях: в микроэлектронных устройствах электромобилей, как абразив для полировки различных материалов, а также в качестве полупроводника. Атомы в карбиде кремния по структуре расположены схоже с алмазом, благодаря чему материал обладает значительной прочностью. Однако любую кристаллическую решетку можно так или иначе деформировать – например, узлы решетки могут сдвинуться при внедрении атомов другого вещества или при механическом воздействии. Когда искажается кристаллическая структура вещества, изменяются и его свойства, в том числе и спиновые. Частица со спином, помещенная в магнитное поле, может поглощать электромагнитную волну только определенной частоты. Это, например, используется в магнитно-резонансной томографии (МРТ) и исследованиях химического и структурного состава вещества.

Ученые из Физико-технического института имени А.Ф. Иоффе Российской академии наук (Санкт-Петербург) провели исследование, в ходе которого выяснили, как механические воздействия влияют на кристаллическую решетку карбида кремния. Для этого они наблюдали спектры электромагнитного излучения SiC через самостоятельно модернизированный спектрометр, что позволило изучить структуру энергетических уровней вещества за счет детектирования результата перехода электронов между ними. Также исследователи считывали спиновое состояние этих частиц. Кристаллическую решетку карбида кремния деформировали с помощью механического сжатия, в результате которого линии решетки сдвинулись, а спиновые свойства частиц вещества изменились. Таким образом, физики показали, что с помощью подобной деформации можно проводить тонкую настройку спинового состояния частиц.

Исследование ученых может быть применимо в таких перспективных направлениях физики, как разработка квантовых микросхем, работающих при комнатной температуре, а также в нанофотонике. Последняя занимается созданием крошечных материалов, которые обладают необходимыми оптическими свойствами и могут быть использованы в фотонных устройствах.

«Наша разработка показывает, что с помощью деформации кристаллической решетки мы можем влиять на спиновое состояние вакансионных спиновых центров в карбиде кремния. В перспективе наше исследование может применяться в таких активно развивающихся областях, как нанофотоника и квантовые технологии обработки информации», — комментирует исследование Андрей Анисимов, один из авторов статьи и руководитель проекта по гранту РНФ, кандидат физико-математических наук и научный сотрудник в Физико-техническом институте имени А.Ф. Иоффе Российской академии наук.