Новый класс двумерных магнитов на основе графена создала команда ученых НИЦ «Курчатовский институт» и ФИЦ «Институт общей физики им. А. М. Прохорова Российской академии наук» (ИОФ РАН), 19 апреля сообщает портал «Научная Россия» со ссылкой на пресс-службу РНФ.

По своей структуре новые материалы напоминают сэндвич, содержащий графен и субмонослойную магнитную пленку на кремнии. Эта пленка представляет собой упорядоченную разреженную структуру европия толщиной в один атом. Европий в соседстве с графеном придает последнему магнитные свойства.

Разработчики считают, что эти материалы могут служить основой для разработки новых электронных устройств. Результаты работы ученые представили в статье «Близкое взаимодействие графена с субмонослойным 2D-магнитом», опубликованном в журнале Small.

Требования к современным электронным устройствам для хранения и обработки информации включают миниатюрность и энергоэффективность в сочетании с высокой производительностью.

Ученые ищут возможность получить сочетание этих качеств, используя материалы и технологии, альтернативные привычным полупроводниковым, в том числе спинтронику. Эта технология основана не на переносе заряда, как это имеет место в полупроводниках, а на управлении магнитным моментом электрона.

Развитие современных технологий привело к созданию магнитных материалов толщиной в один слой атомов — 2D-магнитов. Их высокая чувствительность к внешним воздействиям, в том числе к магнитным и электрическим полям, давлению и легированию, делают приборы на их основе перспективными для использования в сверхкомпактной спинтронике и квантовых вычислениях.

Следующим этапом в разработке 2D-магнитов стало создание двумерных магнитов на основе суперструктур с низкой плотностью магнитных атомов на поверхности кремния — субмонослойных магнитов. Главным преимуществом таких магнитов является их интегрируемость с кремниевой технологией.

Команде московских ученых удалось связать субмонослойные магниты с графеном, материалом вполне подходящим для спинтроники, так как он обладает высокой подвижностью носителей заряда, возможностью управления их концентрацией и большой длиной переноса спина.

Проблему немагнитности графена ученые решили, соединив его с двумерным магнитом и создав за счет эффекта близости магнитный графен, интегрированный в кремниевую технологию.

Руководитель проекта по гранту РНФ, заведующий лабораторией новых элементов наноэлектроники Курчатовского института, профессор, доктор физико-математических наук Вячеслав Сторчак пояснил:

«В настоящее время разработан ряд магнитных материалов толщиной вплоть до монослоя. Нам удалось преодолеть этот предел миниатюризации таких материалов и создать класс субмонослойных магнитов. В своей работе мы показали возможность интеграции графена с субмонослойным магнитом на поверхности кремния. Такая структура обеспечивает спиновую поляризацию носителей заряда в графене».

Развивая идею, описанную в статье, авторы создали новые материалы на основе силицена и германена — аналогов графена, построенных из атомов кремния и германия, в котором магнитные свойства этим системам обеспечивал Европий, связанный с сотовыми решетками этих структур.

Уникальность созданных систем в том, что в них сосуществуют различные магнитные порядки — ферромагнитный и антиферромагнитный.

«Мы надеемся, что графеновая спинтроника может лечь в основу новых технологий хранения и передачи информации. Мы планируем интегрировать субмонослойные магниты с различными двумерными материалами для создания устройств спиновой электроники»,  — резюмирует Вячеслав Сторчак.