Сотрудники ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» отработали технологию выращивания плёнок германида марганца и исследовали его магнитные и физические свойства.

Полученный материал перспективен для проектирования и разработки магнитокалорических, спинтронных и спин-калоритронных устройств на кремниевой платформе. Результаты исследования опубликованы в  Journal of Materials Science.

Наполняющие наш быт электронные устройства потребляют все больше энергии. Решением проблемы может стать переход к устройствам спинтроники, которые в своей работе используют спиновые степени свободы электронов. Благодаря этому возможно общее снижение энергопотребления, улучшение скорости работы оперативной памяти и расширение возможностей обработки данных. Поиск подходящих ферромагнитных материалов для спиновых устройств является сложной задачей, поскольку такие материалы должны быть совместимы с доминирующей в полупроводниковой промышленности кремниевой технологией, иметь высокую температуру перехода в ферромагнитное состояние и высокую спиновую поляризацию электронов, а также удовлетворять ряду других требований.

В качестве подходящего материала красноярские учёные выбрали германид марганца, обладающий рядом полезных свойств, среди которых изменение температуры под действием внешнего магнитного поля. Это называется магнитокалорический эффект (МКЭ) и важно, что в данном случае он проявляется при комнатной температуре. Красноярские исследователи отработали технологию получения плёнок германида марганца. Для этого они подобрали состав буферного слоя с добавкой кремния, толщина которого около 10 нанометров. Для изготовления плёнок использовали метод молекулярно-лучевой эпитаксии, с помощью которого атомы материала встраиваются в кристаллическую решётку образца.

«В магнитокалорических материалах часто используются атомы редкоземельных элементов. Все, так или иначе, стараются уменьшить их применение. Марганца и германия в земной коре много, поэтому наш материал — это неплохая альтернатива. К тому же германид марганца обладает свойствами, которые могут пригодиться в разных сферах. Во-первых, он проводник. Во-вторых, он ферромагнетик. У него есть магнитные свойства, которые можно использовать в области спинтроники, где нужен именно магнитный момент. И ещё он проявляет магнитокалорический эффект. То есть он меняет свою температуру при изменении намагниченности», — рассказывает научный сотрудник Института физики им. Л. В. Киренского Красноярского научного центра СО РАН кандидат физико-математических наук Анна Витальевна Лукьяненко.

Полученные плёнки стабильно работают при комнатной температуре. Это значит, что их уже можно использовать во многих устройствах — например, в датчиках для сигнализации и элементах управления умным домом.

В исследовании принимали участие также сотрудники Институт химии и химической технологии СО РАН, также входящего в Красноярский научный центр СО РАН.

Источник: «Наука в Сибири».