Ученые разработали уникальную технологию синтеза наноразмерных пленок оксида европия — материала, на основе которого может быть создана новая концепция хранения и передачи информации. Специфические свойства синтезированных пленок позволили российским физикам создать магнитный графен путем интеграции с оксидом европия. Результаты работы сотрудников Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» и их коллег из Европейского центра синхротронного излучения (Франция) опубликованы в журналах Nanotechnology и ACS Applied Materials & Interfaces. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ).

Оксид европия обладает уникальными свойствами: в объемном материале при переходе металл—изолятор его сопротивление меняется на 13 порядков, а близкая к 100% поляризация спинов (моментов импульса) электронов в ферромагнитном состоянии делает его одним из самых перспективных материалов спинтроники. В рамках новой работы исследователи смогли создать наноразмерные слои оксида европия (EuO) с рекордным для тонких пленок скачком сопротивления при переходе металл—изолятор. Синтезированные пленки затем легировали атомами гадолиния на уровне сотых долей процента, что позволило обнаружить ряд новых свойств материала, а также контролировать переход металл—изолятор.

«Управляемые переходы между металлическим и изолирующим состояниями материала обеспечивают новые функциональные возможности в наноэлектронике: в создании электронных переключателей и осцилляторов, мемристоров, сенсоров, оптических приборов, — рассказал один из авторов работы Вячеслав Сторчак из НИЦ «Курчатовский институт». — Существенной проблемой является влияние на переход сложного сочетания различных факторов. В работе исследован чистый случай — магнитополяронный материал, в котором переход металл—изолятор обусловлен только магнитной составляющей».

Переход из металлического состояния в изолирующее в оксиде европия связан с термической активацией магнитных поляронов. Магнитный полярон представляет собой электрон, локализованный на масштабе постоянной кристаллической решетки при сильном обменном взаимодействии с ближайшими магнитными ионами материала. В результате этого взаимодействия ионы на данном масштабе магнитно упорядочиваются. Образно можно сказать, что магнитный полярон состоит из локализованного электрона с окружающей его наноразмерной ферромагнитной «каплей» в «море» окружающего парамагнитного материала.

Используя разработанную методику, ученые смогли соединить оксид европия и монослой графена с атомарно резким интерфейсом. Графен немагнитен, то есть электроны проводимости в нем, в отличие от EuO, неполяризованы. Интеграция EuO с графеном позволила сделать углеродный материал магнитным до температур выше 200 кельвинов. Примечательно, что ферромагнитный переход в системе графен/EuO происходит при температуре в три раза выше ферромагнитного перехода в чистом EuO.

«Особенно перспективно с точки зрения приложений то, что полученные системы показывают рекордное для тонких пленок изменение проводимости в переходе металл—изолятор и колоссальное магнитосопротивление. Результаты исключительно важны для понимания физики магнитных поляронов в сильно коррелированных материалах и управления их свойствами, — добавляет Сторчак. — Создание спиновой поляризации электронов в графене позволит использовать этот уникальный материал в спинтронике».

 Фото: Max Pixel/Jurii/Wikimedia Commons/Indicator.Ru

Похожие новости

  • 01/12/2018

    Исследована структура важного для суперкомпьютеров мультиферроика

    Физики изучили эволюцию сложной структуры марганец-кобальт-содержащего мультиферроика — вещества, проявляющего магнитные и электрические свойства одновременно. Такие материалы перспективны для разработки устройств электроники нового поколения, например суперкомпьютеров.
    266
  • 04/10/2018

    Физики впервые получили спиновый ток при помощи лазера

    Исследователи из Физико-технического института имени А.Ф. Иоффе РАН в сотрудничестве с зарубежными коллегами впервые показали, что с помощью сверхкоротких лазерных импульсов можно генерировать гигагерцовый спиновый ток.
    377
  • 06/08/2018

    Ученые раскрыли особенности оптических свойств необычных дисульфидных нанотрубок

    ​Свет и вещество в суспензиях и тонкопленочных самосборках нанотрубок дисульфида вольфрама взаимодействуют между собой по уникальному механизму. Эти нанотрубки — один из самых известных и «старейших» аналогов углеродных нанотрубок.
    210
  • 15/08/2018

    Описаны механизмы увеличения энергии электронов в химических реакциях

    ​Ученые описали, как можно увеличить энергию электронов в ходе химических реакций. Принципы этого процесса используются в химическом синтезе, однако детально их ранее не исследовали. Работа выполнена при поддержке гранта РНФ и опубликована в журнале Angewandte Chemie.
    298
  • 18/08/2017

    Российские и французские ученые разработали уникальный детектор нейтронов

    ​Ученые из Объединенного института ядерных исследований вместе с коллегами из Орсе (Франция) разработали уникальный детектор нейтронов и с его помощью определили вероятность радиоактивного (нейтронного) распада атомных ядер легких химических элементов.
    669
  • 10/09/2018

    Ученые реконструировали 3D-модель еды по двумерному изображению ее структуры

    ​Ученые показали, что на основе двумерного изображения продуктов питания можно создать трехмерную модель их внутреннего строения. Опираясь на нее, можно предсказать физические свойства пищевого продукта и смоделировать процессы, происходящие внутри него.
    263
  • 14/05/2018

    Ученые знают, как заставить проводник из графена лучше работать

    ​Графен – очень хороший проводник и перспективный материал, обладающий необычными свойствами. Сегодня ученые могут изготавливать уникально чистые образцы графена, которые содержат всего несколько примесей, мешающих его работе.
    299
  • 15/05/2018

    Российские ученые обнаружили аномалии в изменении теплоемкости кристаллов

    ​Российские ученые из МГТУ им. Н.Э. Баумана и Института физики высоких давлений им. Л.Ф. Верещагина РАН исследовали необычное увеличение теплоемкости кристаллов, которое проявляется, если между частицами действуют силы с ограниченным радиусом действия.
    464
  • 06/11/2018

    Российские физики разработали новую микроволновую антенну

    ​Ученые из Университета ИТМО совместно с коллегами из Физического института имени П. Н. Лебедева РАН предложили новую микроволновую антенну, которая создает однородное магнитное поле в большом объеме и позволяет синхронизировать электронные спины группы дефектов в структуре наноалмаза.
    156
  • 25/09/2018

    Физики измерили намагниченность диэлектрика за одну триллионную долю секунды

    Коллектив ученых из России, Германии, Швеции и Японии разработал способ изменить намагниченность диэлектрика, воздействуя на него сверхкороткими лазерными импульсами. Ученым удалось добиться времени изменения намагниченности в одну пикосекунду – это в 100 раз меньше, чем предполагалось ранее.
    209