Специалисты Дальневосточного федерального университета и Института автоматики и процессов управления ДВО РАН создали новый гибридный наноматериал с уникальными электронными свойствами. Инновационный материал позволит разрабатывать устройства для молекулярной электроники и спинтроники — областей, которые обещают стать фундаментом будущих технологий хранения и обработки информации.
В основе работы лежит сочетание двух уникальных компонентов — топологического изолятора и фуллерена. Тонкая атомная пленка селенида висмута, материала, который относится к классу топологических изоляторов, ведет себя необычно: она не проводит электрический ток внутри себя, но свободно пропускает его по своей поверхности благодаря особым квантовым состояниям электронов. На этой поверхности физики разместили один слой сферических молекул углерода — фуллеренов C₆₀, которые формируют плотную структуру, сохраняя собственные характеристики. Такое соединение позволило создать устойчивую систему с принципиально новыми свойствами.
Главное достижение проекта — возможность управлять электронной структурой материала. Это достигается с помощью интеркаляции — введения атомов калия между молекулами фуллеренов, что позволяет тонко настраивать проводимость и другие электрические параметры материала. Такая способность особенно важна при разработке миниатюрных электронных компонентов, где требуется точное регулирование свойств.
Как поясняет доцент кафедры общей и экспериментальной физики ДВФУ Александр Давыденко, новый материал может стать фундаментом для памяти следующего поколения. Ученые планируют дополнить систему ферромагнитным слоем, чтобы проверить, способен ли слой C₆₀ передавать спиновый момент от поверхности топологического изолятора. Если это удастся, в руках ученых появится основа для ячеек памяти, которые можно будет переключать короткими импульсами тока — без механических движений и нагрева.
Перспективы применения гибридного материала выходят далеко за рамки электроники. Он может использоваться в наноустройствах, высокочувствительных фотодетекторах и в изучении сильно коррелированных электронных систем — одной из самых трудных тем современной физики конденсированного состояния.
Исследование получило поддержку Российского научного фонда и стало возможным благодаря инновационной инфраструктуре научного кампуса ДВФУ, который входит в программу создания университетских центров мирового уровня. Изобретение стало результатом перехода современных российских лабораторий от теоретических изысканий к практическим решениям, которые уже формируют технологическую базу будущего.
Ранее ученые научились ловить квантовые ошибки, не разрушая запутанность.