ПОПУЛЯРНЫЕ НАНОТЕХНОЛОГИИ

Кадры

Фотогалерея

Новости

Разработан метод управления магнитными наносистемами / 14.09.2020

Источник: nature.com

 

Ученые Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) вместе с коллегами из России, Южной Кореи и Австралии предложили инновационный метод управления спин-электронными свойствами и функциональностью тонкопленочных магнитных наносистем.

 

Открытие важно для создания нового поколения миниатюрной электроники (спин-орбитроники) и сверхбыстрой высокоемкой компьютерной памяти, сообщает пресс-служба ДВФУ.

 

В лаборатории пленочных технологий Школы естественных наук ДВФУ предлагают управлять функциональностью магнитной наносистемы, построенной по принципу сэндвича, через поверхностные шероховатости магнитной пленки, зажатой между слоем тяжелого металла и покрывающим слоем. Варьируя амплитуду шероховатостей на нижней и верхней поверхностях (интерфейсах) магнитной пленки в диапазоне менее нанометра, что сравнимо с размерами атомов, исследователи смогли максимизировать полезные спин-электронные эффекты, важные для работы электроники будущего.

 

Установлено, что для этого на нижнем и верхнем интерфейсе магнитной пленки шероховатости должны повторять друг друга. Работоспособность подхода впервые продемонстрировали на примере магнитной системы, состоящей из слоя палладия (Pd) толщиной в диапазоне от 0 до 12 нанометров, покрытого слоем платины толщиной 2 нм и ферромагнетика (сплав CoFeSiB) толщиной 1,5 нм. Многослойную структуру накрывали слоем из оксида магния (MgO), тантала (Ta) либо рутения (Ru) — разные материалы-«крышки» позволяют расширить возможности по управлению магнитными свойствами наносистемы.

 

«В современной электронике размеры транзисторов все время уменьшаются. «При этом общий тренд развития направлен на получение атомарно-гладких бездефектных поверхностей», —объясняет автор идеи исследования, доктор физико-математических наук, проректор ДВФУ по научной работе А. Самардак. — Однако было бы большой ошибкой стремиться к идеальным интерфейсам, потому что много новых и практически востребованных физических эффектов лежат за пределами атомарного упорядочения и идеально плоских поверхностей. С уменьшением функциональных элементов электроники роль поверхностных шероховатостей очень сильно возрастает. Во многом благодаря развитию высокочувствительного аналитического оборудования, мы только сейчас начали глубоко проникать в природу обнаруженных явлений и понимать роль шероховатостей и атомарного перемешивания на интерфейсах. Главный посыл нашего исследования заключается в том, что атомарные шероховатости можно использовать во благо для реализации новых спин-орбитронных устройств с улучшенными свойствами».

 

Достаточно сильным спин-орбитальным взаимодействием обладают тяжелые металлы платиновой группы (Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt). Если один из таких металлов привести в контакт с ультратонкой, толщиной в несколько атомных слоев, магнитной пленкой (например, Co, Ni, Fe, Py), можно радикально поменять электронные и магнитные свойства системы.

 

«Во-первых, можно управлять намагниченностью, получая наносистемы, намагниченные перпендикулярно плоскости пленки, — так делают в современных жестких дисках и разрабатываемых носителях нового поколения, чтобы повысить плотность хранения информации, увеличить скорость записи/чтения данных и количество циклов перезаписи.

Во-вторых, сильное спин-орбитальное взаимодействие в тяжелом металле приводит к «деформации» электронных орбиталей атомов магнитного материала (пленки), в результате возникают спиновые эффекты, такие как магнитное затухание и интерфейсное взаимодействие Дзялошинского-Мория, появляющееся на границе тяжелого металла и покрывающего его магнитного слоя. Это антисимметричное взаимодействие ведет к трансформации ферромагнитного порядка и появлению нетривиальных спиновых текстур, таких как скирмионы и скирмиониумы. Такие спиновые текстуры имеют громадный потенциал для электроники будущего, играя роль энергонезависимых носителей информации. Например, на их основе можно делать компоненты компьютерной памяти, которые будут работать без магнитных головок, а биты в них будут переключаться токовыми импульсами за счет «переворота» спинов электронов. Такие устройства будут работать на скоростях передачи битов до нескольких км/с под действием только электрического тока и вмещать на порядок больше данных», — говорит А. Самардак.

 

Ученый отметил, что исследование заняло около четырех лет, но еще год потребовался для публикации статьи в престижном журнале издательства Nature. Рецензенты долго не могли поверить в возможности управления спин-орбитальными свойствами путем модулирования шероховатостей.


Другие новости по теме:
05.05.21 - В ЮФУ начали разработку нанокапсул для адресной доставки лекарств
23.04.21 - Самособирающиеся нановолокна защищают повреждения от воспалений
20.04.21 - Австралийские учёные улучшили солнечные панели из перовскита с помощью сожжённых человеческих волос
31.03.21 - Новый 3D-материал с ДНК настолько прочен, что может летать в космосе
24.03.21 -  Ученые увидели движение автономных нанороботов внутри организма
TOP100 самых популярных
новостей
за месяц
Место Наименование Показов
1

Европейские операторы массово заказывают nano-SIM-карты

Согласно данным Financial Times, европейские операторы массово размещают заказы на nano-SIM-карты. Подобный ажиотаж ресурс связывает с близящимся анонсом следующей версии смартфона iPhone, который, по

45
2

Плащ-невидимка из волноводов

Американские учёные создали новый тип «плаща-невидимки», более простой по сравнению с предыдущими конструкциями. Если ранние версии «невидимки» использовали экзотические «метаматериалы», требующие для

42
3

Нанопружины усовершенствуют электронику и медицину

Исследователи Орегонского государственного университета сообщают об успешном введении биологических молекул внутрь нанопружин. Последнее время эти наноструктуры пользуются большой популярностью за сп

38
4

На Тайване освоили производство ткани из пластиковых бутылок (видео)

Буддистский фонд Тайваня дал новую жизнь использованным пластиковым бутылкам. Их теперь превращают в одеяла и одежду из полиэстера, которые направляют в пострадавшие от стихийных бедствий регионы. Буд

38
5

Новый биоматериал восстанавливает сосуды и кости

  Доклинические исследования уже показали, что материал способствует регенерации даже крупных костных дефектов, одновременно запуская процесс образования новых кровеносных сосудов. Он также об

37

Анонсы событий