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

  • 05/03/2019

    Доцент СФУ выявила перспективность использования природного графита

    ​Доцент кафедры инженерного бакалавриата CDIO Института цветных металлов и материаловедения СФУ Татьяна Гильманшина в сотрудничестве со специалистами АО «Красноярскграфит» и Чувашского государственного университета (Чебоксары) провели ряд исследований, которые направлены на разработку новых противопригарных покрытий на основе природных и активированных графитов.
    412
  • 24/04/2018

    Как сделать жилье более доступным и экологичным?

    ​​Дом - это что-то теплое, уютное и, на первый взгляд - очень консервативное. Но на самом деле и строительство попевает за техническим прогрессом. Как сделать жилье более доступным, дешевым, экологичным? Мы создали краткий обзор тенденций и технологий будущего, которые появляются уже сейчас.
    1184
  • 16/04/2019

    Рентген помог российским физикам уточнить структуру воды

    ​Международный коллектив ученых точно измерил силу водородных связей между молекулами воды и опроверг популярную сегодня теорию о том, как устроена эта необычная жидкость. Новое теоретическое описание структуры воды было представлено в журнале Nature Communications.
    460
  • 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.
    1285
  • 30/11/2018

    Энергоэкономные технологии для науки и промышленности

    ​В Институте физики им. Л. В. Киренского (ФИЦ КНЦ) СО РАН учёные разработали энергосберегающую технологию получения разнообразных редких кристаллов. Многие полезные для промышленности и научных исследований кристаллы растут из оксидов, которые плавятся при очень высоких температурах (в природе - путём кристаллизации в расплавленной магме).
    656
  • 24/06/2019

    В Сибири работают над электроникой будущего

    ​Ученые Сибирского федерального университета (СФУ) и Института физики имени Л.В. Киренского СО РАН создали самоорганизующийся шаблон из кремнезёма для прозрачных электродов на гибкой подложке, эффективный при разработке современных гибких дисплеев и светодиодов.
    394
  • 24/01/2017

    Красноярские ученые рассчитали, как поймать свет с помощью диэлектрических шариков

    ​Теоретические расчеты красноярских физиков показали, что цепочка из одинаковых диэлектрических шариков может быть использована в качестве ловушки для электромагнитных волн. Такая цепочка будет вести себя как световод, который улавливает и захватывает свет, падающий на него под любым углом.
    1284
  • 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.
    628
  • 13/04/2018

    Дилатометр измерит деформации космических материалов в вакууме

    Ученые из Института физики им. Л.В. Киренского Федерального исследовательского центра Красноярский научный центр СО РАН (ФИЦ КНЦ СО РАН) разработали измерительную ячейку для исследования свойств материалов при температурах близких к абсолютному нулю.
    818
  • 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.
    676