Физики предсказали существование «неметаллических» полуметаллов
© МФТИ и ИТПЭ РАН
Физики из МФТИ, Института теоретической и прикладной электродинамики (ИТПЭ) РАН и Института физико-химических исследований RIKEN (Япония) теоретически обосновали существование нового класса материалов — спин-долинных полуметаллов. Подобные материалы можно будет применять во вживляемой электронике, устройствах на основе графена и нанотрубок. Исследование опубликовано в Physical Review Letters.
Новый механизм позволяет в перспективе получить по-настоящему «неметаллические» полуметаллы без атомов переходных металлов вроде никеля, марганца или лантана. Сами исследователи используют термин «спин-долинная электроника» для одной из возможных альтернатив традиционной электронике.
По мнению ученых, электроника подошла к пределу своих возможностей, и сегодня исследователи рассматривают иные подходы вроде спинтроники, опирающейся на наличие у электрона спина. Спинтроника уже используется на практике. Например, с ее помощью специалисты повысили емкость жестких дисков, применив более чувствительные датчики магнитного поля для считывания информации.
Один из перспективных типов материалов для спинтроники — полуметаллы, сначала предсказанные физиками при помощи компьютерного моделирования, а потом обнаруженные экспериментальным путем. В отличие от металла полуметалл проводит ток только электронами с заданным спином. Например, со спином вверх, а электроны со спином вниз имеют слишком большую энергию и в переносе заряда принять участия не могут. Благодаря этому электрический ток автоматически переносит через полуметалл спин, то есть является еще и спиновым током.
Спин, собственный момент импульса элементарных частиц, у электрона всегда равен половине постоянной Планка и может быть направлен вверх или вниз
© МФТИ и ИТПЭ РАН
Получать «неметаллические» полуметаллы физики предлагают из особого класса токонепроводящих материалов, так называемых диэлектриков с волной зарядовой или спиновой плотности. Такими волнами называют периодически расположенные в материале микроскопические участки с ненулевым средним зарядом/спином. Для того чтобы материал с волной плотности стал полуметаллом, его необходимо подвергнуть специальной обработке.
«Физическая модель, в которой мы обнаружили наличие полуметаллической спин-долинной фазы, известна уже несколько десятилетий. Это подтверждает знаменитый ленинский тезис о неисчерпаемости электрона наравне с атомом. Теперь дело за экспериментаторами. Веществ, которые хорошо описываются рассмотренной нами моделью, известно достаточно много. Поэтому я убежден, что предсказанная нами фаза будет в конце концов обнаружена либо в уже существующих соединениях, либо в материалах, которые будут синтезированы в будущем», — отметил один из соавторов работы, старший научный сотрудник Института теоретической и прикладной электродинамики РАН Артем Сбойчаков.
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.