​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

  • 16/10/2018

    Профессор Ильдар Габитов: электроника зашла в тупик

    ​Фотонный компьютер, Wi-Fi из лампочки, материалы-невидимки, боевые лазеры и сверхчувствительные сенсоры... Все это плоды одной и той же науки - фотоники. О том, почему именно свет сегодня стал объектом изучения чуть ли не для половины физиков во всем мире, "Огоньку" рассказал профессор Сколтеха Ильдар Габитов.
    155
  • 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.
    226
  • 18/10/2018

    Пол-иголки в стоге сена: новый экспресс-метод найдет ультрамалые концентрации низкомолекулярных веществ

    ​​Российские исследователи из Института общей физики им. А. М. Прохорова РАН и Московского физико-технического института разработали первый в мире ультрачувствительный метод быстрой детекции низкомолекулярных соединений.
    181
  • 20/07/2018

    Физики из России создали «лампочку» из оптоволокна, работающую в космосе

    ​Российские ученые создали прототип оптоволоконных источников света, способных работать в космосе и не разрушаться под действием радиации. "Инструкции" по их сборке были опубликованы в Journal of Lightwave Technology.
    237
  • 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.
    260
  • 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.
    158
  • 24/09/2018

    Физики из России научились сжигать разбавленный бензин

    ​Российские физики проследили за тем, как горит вспененная смесь бензина и воды, и выяснили, как нужно управлять этим процессом для его использования в двигателях внутреннего сгорания.
    205
  • 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.
    865
  • 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.
    200
  • 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.
    91