​Ученые из Курчатовского института создали первый прототип двумерного магнита из кремниевого аналога графена, улучшенные версии которого могут стать основой сверхбыстрых и экономных компьютеров будущего. Его описание и выводы физиков были опубликованы в журнале Nature Communications.


"Перспектива создания ультракомпактной спинтроники - альтернативы современной электронике - обуславливает поиск магнетизма в двумерных и одномерных материалах. Мы открыли целый класс двумерных магнитов, которые могут стать основой для компьютеров будущего", - отмечает Вячеслав Сторчак из Курчатовского института в Москве, чьи слова приводит пресс-служба Российского научного фонда.

Все магнитные материалы состоят из особых областей, которые обычно называют "доменами". Как правило, спины электронов у атомах в таких доменах повернуты в одну сторону, противоположную тому, в какую стороны направлены спины электронов в соседних доменах. Благодаря этому куски железа не обладают собственным магнитным полем, но могут намагничиваться, если поместить их во внешнее магнитное поле.

Эти домены ведут себя как единое целое, "коллективно" меняя намагниченность при приложении электрического поля, освещении светом или других воздействиях, что не позволяет записывать информацию в спины электронов у отдельных атомов. По этой причине ученые сегодня активно разрабатывают альтернативные подходы к хранению информации, так как магнитные системы хранения данных уже почти подошли к этому пределу.

Многие подобные проблемы, как отмечают Сторчак и его коллеги, можно преодолеть, используя абсолютно плоские магнитные материалы, чьи свойствами можно манипулировать на более "тонком" уровне, чем у их обычных аналогов. За последние годы ученые создали несколько подобных двумерных магнитов, используя вещества, похожие на графен, и раскрыли целый ряд необычных свойств, которые не предсказывались теорией.

Несмотря на всю привлекательность 2D-магнитов для создания электроники, все они обладают одним общим недостатком - они изготавливаются не из кремния, а более дорогих и экзотических материалов, что мешает их быстрому проникновению в промышленность.

Их созданию, как пишут ученые, мешало то, что силицен - кремниевый "кузен" графена - крайне нестабилен по своей природе, из-за чего с ним очень тяжело работать и измерять его свойства. Российские физики решили эту проблему, экспериментируя не с чистым плоским кремнием, а со своеобразными "сэндвичами" из этого материала.

Эти "бутерброды", как объясняют исследователи, состояли из чередующихся слоев силицена и атомов гадолиния и европия, двух редкоземельных металлов с очень сильными магнитными свойствами, чьи атомы заполняли пустоты между "сотами" из цепочек кремния. Подобная конструкция была более стабильной, чем чистый двумерный материал, что позволило физикам покрыть ее тонким слоем оксида кремния и защитить от разложения при контакте с воздухом.

Первые опыты с подобными "слойками" показали, что даже одинарная комбинация гадолиния, европия и кремния обладает сильными магнитными свойствами, не уступая соединениям хрома и йода и другим "плоским" магнитным материалам.

Что интересно увеличение числа слоев в этом "бутерброде" превращает его в уникальный материал, который одновременно демонстрирует и ферромагнитные, и антиферромагнитные свойства. Это делает подобные магниты интересными не только для инженеров, создающих спинтронные вычислительные приборы, но и для физиков-теоретиков, изучающих природу электромагнетизма.

Похожие новости

  • 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.
    208
  • 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.
    120
  • 19/01/2018

    В России создаются двигатели для гиперзвуковых ракет будущего

    ​Прошли успешные испытания так называемых детонационных ракетных двигателей, давшие очень интересные результаты. Опытно-конструкторские работы в этом направлении будут продолжены. Детонация - это взрыв.
    592
  • 06/06/2018

    Луч-бублик поможет в создании наноиглы для миниатюрной электроники

    ​Найден способ создавать сверхтонкие элементы наноэлектроники при помощи лазерных лучей в форме бублика. Новая технология поможет уменьшить элементы на микросхемах до размеров нескольких десятков атомов, что в десять раз меньше, чем возможно сегодня.
    86
  • 20/01/2017

    В ФАНО прошло заседание Межведомственного совета КПНИ по новым технологичным материалам

    ​​В канун Нового 2017 года, в Федеральном агентстве научных организаций прошло первое заседание Межведомственного Совета (МВС) по вопросам, связанным с формированием и реализацией комплексного плана научных исследований "Перспективные материалы с многоуровневой иерархической структурой для новых технологий и надежных конструкций" (КПНИ).
    1388
  • 08/06/2017

    Объявлены лауреаты Госпремии 2016 года за выдающиеся достижения в области науки и технологий

    ​​Объявлены лауреаты Государственной премии Российской Федерации 2016 года за выдающиеся достижения в области науки и технологий. Указ об этом опубликован на официальном сайте Президента РФ. Госпремию вручат нефтяникам, врачам и астрофизикам​.
    1253
  • 15/05/2018

    Новый российский гибридный реактор соберут в Курчатовском институте к концу года

    ​Гибридный реактор, который может в перспективе заменить АЭС, ученые научно-исследовательского центра Курчатовский институт соберут к концу 2018 года, физический пуск установки запланирован на 2020 год.
    163
  • 27/12/2017

    Исследователи реализуют проект, позволяющий исправлять мутации ДНК митохондрий

    ​В последнее время все чаще можно услышать о тяжелых наследственных заболеваниях митохондриальной этиологии. Эти недуги вызываются дефектами митохондрий, которые являются своеобразными "энергетическими станциями" клеток организма.
    613
  • 22/07/2016

    Новосибирские и московские физики получили случайную генерацию в висмутовых волоконных световодах

    В журнале Scientific Reports группы Nature опубликована статья российских физиков. В ней впервые продемонстрирован случайный волоконный лазер на основе висмутового активного световода, имеющий уникальные выходные характеристики.
    1271
  • 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.
    522