Российские ученые исследовали свойства диоксида хрома

Исследователи из Уральского федерального университета изучили феномен ферромагнетизма в диоксиде хрома. По мнению ученых, результаты их работы можно использовать для улучшения качества записи данных на жесткие диски. Работа была опубликована в журнале Physical Review B.

В ходе исследования ученые применили принципы спинтроники (от англ. spintronics, SPIN TRansport electrONICS) — одного из современных направлений в электронике. Исследования этого направления используют одно из важнейших свойство электрона — спин. Его условно связывают с вращением электрона вокруг своей оси, порождающим его магнитный момент. Это свойство позволяет изучить особенности взаимодействия электронов с электромагнитными полями. Наиболее ценными для такого исследования оказываются ферромагнитные материалы, которые могут обладать намагниченностью при отсутствии внешнего магнитного поля (этим свойством обладают металлы, например железо, кобальт или никель).

Исследования проводились с помощью расчетов электронной структуры, построения и решения модели, выявляющей суть ферромагнетизма в данном материале. Изначально считалось, что это физическое явление связано с взаимодействиями электронов внутри атомов хрома, которые поляризуют проводящие электроны и приводят к образованию ферромагнетизма. Однако позднее оказалось, что данный механизм недостаточен, для того чтобы стабилизировать ферромагнитное состояние CrO₂. Именно так авторы установили, что объяснить ферромагнетизм диоксида хрома можно, только если наряду с поляризацией проводящих электронов рассматривать другие процессы, связанные с прямыми обменными взаимодействиями между атомами хрома, а также поляризацией полностью заполненных кислородных состояний.

«Диоксид хрома (CrO₂) представляет собой редкий пример металлического ферромагнетика. Что делает его ещё более замечательным, так это электронная структура полуметалла (для разных направлений спина электрон ведет себя или как изолятор, или как металл)», — рассказал ведущий автор статьи Игорь Соловьев, доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник Уральского федерального университета и сотрудник Национального института материаловедения.

По словам авторов исследования, разработка позволит создавать принципиально новые транзисторы, элементы логики и ячейки памяти. Статья написана в рамках проекта, поддерживаемого грантом Российского научного фонда (РНФ).