Исследованы новые сверхтонкие ферромагнитные наноматериалы для спинтронных устройств

Ученые Сибирского федерального университета (СФУ) исследовали свойства двух различ-ных двумерных модификаций нитрида ванадия. Эти материалы найдут применение в со-здании спинтронных устройств нового поколения. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Chemistry Letters.

Спинтроникой называется область электроники, которая изучает процессы переноса спинов. Основой классической электроники служит способность электрона взаимодействовать с магнитным полем и переносить заряд. Но кроме заряда электрон обладает собственным магнитным моментом – спином – который также может служить переносчиком энергии и информации. Спин электрона может находиться в двух устойчивых состояниях: направленным «вверх» или «вниз». В обычном электрическом токе концентрации носителей заряда (электронов или ионов) с разнонаправленными спинами равны. Соотношение между ними можно изменять, пропуская ток через ферромагнитный материал. Но не каждый ферромагнитный металл подходит для целей спинтроники. Главный критерий применимости материала – это коэффициент спиновой поляризации. Чем выше этот коэффициент, тем эффективнее материал изменяет спины проходящих через него электронов.

Исследователи Сибирского федерального университета с помощью компьютерного моделирования проанализировали две двумерные модификации нитрида ванадия (VN) и смогли предсказать высокий коэффициент спиновой поляризации (99,9% и 100%). В отличии от обычных материалов, эти наноструктуры имеют толщину 1-3 атома. Это позволит создавать на их основе сверхтонкие устройства памяти и транзисторы.

«Магнетизм в 2D-материалах становится очень актуальной областью, поскольку только год назад удалось получить первые 2D-структуры, обладающие собственным магнетизмом. Двумерные решетки нитрида ванадия были выбраны нами не случайно. Дело в том, что в объемной фазе он является сверхпроводником и ферромагнитных свойств не проявляет. Од-нако, когда мы имеем дело с низкоразмерными материалами, свойства могут кардинально меняться. Атомы ванадия меняют свою электронную конфигурацию и начинают проявлять магнитные свойства. Мы ожидали получить такие свойства в двухмерных решетках, и наши расчеты подтвердились» – говорит автор исследования, инженер-исследователь кафедры теоретической физики Сибирского федерального университета Артем Куклин.

Однако, в отличие от графена, в нитриде ванадия атомы связаны между собой в трехмерную сеть химическими связями.

«Большинство 2D-материалов, созданных на данный момент, отделены от их объемной фазы, в которой слои связанны между собой слабыми связями, подобно тому как графеновые слои образуют графит. 2D-материалы, полученные из химически связной объемной фазы, очень редки, и поэтому их ценность и важность очень высока», – сообщил Артем Куклин.

Предсказанные структуры можно использовать для создания миниатюрных спинтронных устройств (например, транзисторов и элементов памяти) повышенной мощности. Спинтронные устройства обладают преимуществом перед электронными ещё и в том, что вырабатывают намного меньше тепла во время своей работы. Таким образом, их применение позволит снизить энергозатраты на охлаждение электронных систем.

«Наша работа носит теоретический характер. Мы использовали ряд приближений в компьютерном моделировании и рассчитали стабильность и свойства предполагаемых материалов. Таким образом мы только описали их гипотетические свойства и дали некоторые рекомендации к синтезу. Мы будем рады предоставить теоретическую поддержку, если какая-либо группа экспериментаторов попробует получить данные структуры», – говорит Артем Куклин.

Работа была выполнена совместно с учеными Национального университета Кенгбука.

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.