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 еще 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.

Похожие новости

  • 19/01/2016

    Новая технология ученых СФУ увеличит скорость литья на 85%

    ​В Сибирском федеральном университете завершили масштабные испытания инновационной технологии перемешивания жидкой сердцевины кристаллизующегося слитка - LHMS (Liquid Heart Metal Stirrer). Первый этап реализации технологии LHMS, предназначенной для производителей и переработчиков алюминия и его сплавов, включал в себя разработку оборудования и его поставку на завод ведущего европейского производителя (Швейцария) конечной продукции из алюминиевых сплавов для машиностроения.
    1112
  • 12/05/2016

    Российские физики смоделировали акустические волны в пьезоэлектрических микроструктурах

    ​Физики из Технологического института сверхтвердых и новых углеродных материалов, Московского физико-технического института и Сибирского федерального университета смоделировали акустические волны в пьезоэлектрических микроструктурах, на основе которых можно создать компактные и высокочувствительные датчики.
    1181
  • 19/09/2017

    Квантовые симуляторы: как ученые создают искусственные миры

    ​Представьте, что вы хотите рассмотреть быструю, но хрупкую бабочку. Пока она порхает, детально изучить ее довольно трудно, поэтому нужно взять ее в руки. Но как только она оказалась в ваших ладонях, крылышки смялись и потеряли цвет.
    762
  • 10/05/2018

    Красноярские ученые создали инновационный способ подготовки ядерных отходов к захоронению

    ​Инновационную технологию подготовки к безопасному хранению радиоактивных отходов (РАО), полученных от переработки отработавшего облученного ядерного топлива (ОЯТ), разработали ученые Сибирского федерального университета (СФУ), сообщил ТАСС один из авторов исследования, профессор СФУ, доктор технических наук Владимир Кулагин.
    327
  • 16/05/2017

    Ученые СФУ разработали наиболее эффективный материал для аккумулирования водорода

    Красноярские ученые получили новый материал для хранения водорода, сообщила пресс-служба Сибирского федерального университета (СФУ). Материал на основе гидрида магния может хранить массу водорода, составляющую около 7% его собственной массы, и это рекордное значение емкости для всех аналогичных материалов.
    807
  • 14/05/2018

    Сибирские ученые опробовали новый метод исследования полупроводниковых наночастиц

    ​Сотрудники Сибирского федерального университета и Института физики имени Л. В. Киренского СО РАН применили новый метод для изучения наночастиц из кадмия и теллура. Они воспользовались особенностью данного соединения, взаимодействие которого со светом меняется в зависимости от магнитного поля.
    390
  • 21/04/2017

    Красноярские физики получили нанодисперсные порошки для создания аккумуляторов водорода

    Ученые Сибирского федерального университета и Института физики имени Л.В. Киренского СО РАН разработали технологию синтеза нанодисперсных порошков магния, которые могут стать перспективным материалом для изготовления аккумуляторов водорода для автомобильного транспорта.
    1229
  • 15/12/2017

    Химики создали новый класс люминофоров для электронной промышленности

    ​Международный коллектив химиков из Китая, России и Японии синтезировал новое кристаллическое вещество на основе оксидов редкоземельных металлов, а также описал его структуру и свойства. Расшифровка рентгенограммы нового соединение установила, что он относится к новому, ранее неизвестному классу.
    755
  • 16/10/2018

    Красноярские физики исследовали сверхбыстрый распад молекулы воды

    ​Ученые из Сибирского федерального университета (СФУ) совместно с коллегами из Швеции описали распад молекулы воды при воздействии на нее рентгеновского излучения. Полученные данные в дальнейшем можно использовать для создания материалов с заданными свойствами, сообщила пресс-служба СФУ.
    178
  • 14/12/2017

    Ученые СФУ установили, что у Марса не было шанса стать обитаемым

    ​Профессор Сибирского федерального университета (СФУ) Николай Еркаев и его зарубежные коллеги из Австрии и Германии считают, что на Марсе никогда не было жизни и возникнуть она там не могла.К такому выводу они пришли, построив модель формирования планет, обладающих сравнительно небольшой массой.
    449