Российские учёные разработали новый класс материалов для спиновой электроники, в которой единицей информации будет выступать квантовое состояние электронов — их спин. Авторы работы создали многослойные материалы из тончайших магнитных плёнок редкоземельных элементов, соединённых с графеном или его аналогами и кремниевой основой. В такой конструкции немагнитный графен приобретает магнитные свойства и служит носителем информации. Полученные гетероструктуры могут найти применение в электронике нового типа, а также расширить возможности традиционной полупроводниковой техники, отмечают физики.
Учёные из Национального исследовательского центра Курчатовского института и Института общей физики имени А.М. Прохорова РАН разработали новый класс материалов для электроники будущего — спиновой электроники. Об этом RT сообщили в пресс-службе Российского научного фонда (РНФ). Результаты опубликованы в журнале Small.
В мире давно ведутся работы по поиску более компактных и энергоёмких альтернатив полупроводниковой электронике. Одним из таких решений может стать спиновая электроника — устройства, созданные по этому принципу, будут, к примеру, дольше держать заряд, чем современная техника. Если в традиционной электронике информация передаётся и хранится за счёт переноса заряда, то в спиновой электронике — за счёт спина электронов. Спин — квантовая характеристика частиц. Проще говоря, спин определяет направление вращения электронов и меняется под воздействием магнитного поля.
Исследования в области спиновой электроники уже ведутся и в мире, и в России. Однако, как правило, физики работают с обычными магнитными материалами — трёхмерными структурами.
По мнению авторов разработки, перспективнее использовать двумерные плёнки толщиной не более одного атома — субмонослойные двумерные магниты. Такие магнитные плёнки более чувствительны к магнитным воздействиям, что важно для создания спиновой электроники.
Также большой интерес физиков, работающих в этой сфере, давно привлекает графен — плёнки из атомов углерода, упорядоченные в двумерную кристаллическую решётку. Графен станет идеальным материалом для спин-электроники, если придать ему магнитные свойства, отмечают учёные.
Исследователям удалось решить эту проблему. Физики выяснили, что тончайшие магнитные плёнки из редкоземельного металла европия, наложенные на слой графена или его кремниевого аналога — силицена, проявляют сильные ферримагнитные свойства. Они насколько сильны, что делают магнитными графен или силицен. Аналогичное действие оказывается и на германен — плёнку из германия, которая имеет сходную с графеном двумерную кристаллическую структуру.
В новой работе учёные соединили одноатомные слои графена (или его аналогов) и европия и наложили их на кремниевую подложку. Благодаря присутствию 2D-магнита из европия графен тоже приобрёл магнитные свойства — в итоге вся конструкция представляет собой гетероструктуру, которая может найти применение в спиновой электронике.
С помощью магнитного слоя можно управлять спином электронов в графене, а благодаря сочетаемости этих материалов с кремнием такие решения могут также дополнить традиционные полупроводниковые технологии.
«В своей работе мы показали возможность интеграции графена с субмонослойным магнитом на поверхности кремния. Такая структура обеспечивает спиновую поляризацию носителей заряда в графене. Мы надеемся, что графеновая спинтроника может лечь в основу новых технологий хранения и передачи информации. Мы планируем интегрировать субмонослойные магниты с различными двумерными материалами для создания устройств спиновой электроники», — пояснил руководитель проекта по гранту РНФ профессор, доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией новых элементов наноэлектроники Курчатовского института Вячеслав Сторчак.