Физики создали перспективные материалы для суперскоростных вычислительных устройств

В Физическом институте им. П. Н. Лебедева РАН (ФИАН) научились создавать идеальную границу раздела ферромагнетик-антиферромагнетик. Результаты ученых открывают путь для создания высокоскоростных и энергоэффективных вычислительных устройств, сообщили в пресс-службе института.

Исследователи показали, как можно сформировать естественную, практически лишенную дефектов, ферромагнитно-упорядоченную границу раздела в слоистом антиферромагнитном кристалле EuSn₂As₂ (так называемом «Eu-122»). Они вырастили монокристаллы «Eu-122» и продемонстрировали, что образцы, синтезированные при высоких температурах, неизбежно содержат включения побочной фазы, возникающей вследствие переменной валентности атомов олова.

«Используя методы просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения (ВР ПРЭМ) и прецизионной рентгеновской дифракции, мы впервые выявили наличие атомарно-тонких планарных дефектов вторичной фазы. Затем провели расчеты в рамках теории функционала плотности, чтобы определить формульную единицу планарного дефекта — EuSnAs2 („Eu-112“) — и выяснить, как кубическая решетка этого соединения сопрягается с тригональной решеткой кристаллической матрицы „Eu-122“. Выявленная структурная единица планарного дефекта „Eu-112“ содержит нечетное число атомов европия и, следовательно, обладает нескомпенсированным магнитным моментом, который при охлаждении приобретает ферромагнитную поляризацию. Слабый ферромагнитный порядок в объемных антиферромагнитных кристаллах „Eu-122“ был подтвержден результатами комплексных измерений электросопротивления, намагниченности и спиновой восприимчивости», — рассказала научный сотрудник Центра высокотемпературной сверхпроводимости и квантовых материалов им. В.Л. Гинзбурга ФИАН Алёна Левахова.

Слоистые магнитоупорядоченные материалы служат уникальной платформой для создания спинтронных устройств вплоть до толщин в один монослой. Для этого требуются как высокая степень спиновой поляризации, так и механизмы быстрого управления спином. В ферромагнетиках магнитное состояние отличается высокой устойчивостью благодаря сильному обменному взаимодействию, однако спиновая динамика протекает медленно из-за длительного времени прецессии спина. Напротив, в антиферромагнетиках спиновая динамика характеризуется высоким быстродействием.

Создание двумерного ферромагнитного слоя на поверхности слоистых антиферромагнетиков позволит объединить преимущества ферромагнетиков с преимуществами антиферромагнетиков, что может привести к прорыву в области высокоскоростной и энергоэффективной спинтроники — в вычислительной технике и устройствах обработки и хранения информации.

«Способность к формированию практически идеальной границы раздела фаз с ферромагнитным и антиферромагнитным упорядочением свойственна не только соединениям типа „Eu-122“. Подобного поведения можно ожидать и от других слоистых квазидвумерных кристаллов, содержащих магнитные атомы (Eu, Gd, Dy, Mn и др.) и немагнитные атомы с переменной валентностью (Sn, In и др.), что открывает перспективы для создания быстродействующих и стабильных устройств с магнитным упорядочением на наноуровне», — объяснил руководитель Центра высокотемпературной сверхпроводимости и квантовых материалов им. В.Л. Гинзбурга ФИАН, академик РАН Владимир Пудалов.