Защита магистерской диссертации студента 6го курса НИТУ МИСиС Jose J. PAIS-PEREDA

Поздравляем Jose J. PAIS-PEREDA с отличной защитой магистерской диссертации "Theoretical investigation of magnetic properties of heterojunctions between 2D films and half-metallic Heusler alloy"!

Защита прошла 17 июня 2021 года по направлению Квантовая физика для современной инженерии материалов, кафедра теоретической физики и квантовых технологий в Институте новых материалов и нанотехнологий НИТУ МИСиС

На протяжении большей части двадцатого века было известно, что электроны, создающие ток в электрической цепи, обладают собственным магнитным моментом, но на практике это не использовалось ни для каких целей. С наступлением нового тысячелетия появилось новое направление науки - магнитоэлектроника, или, как ее теперь принято называть, спинтроника. Он основан на концепции электронного спина. Согласно этой концепции, электроны делятся на два типа носителей тока: электроны со спином вверх и электроны со спином вниз (½ или -½). В настоящее время спинтроника изучает магнитные и магнитооптические взаимодействия в металлических и полупроводниковых гетероструктурах, динамику и когерентные свойства спинов в конденсированных средах, а также квантовые магнитные явления в структурах нанометрового размера. Наряду с ранее известными магнитами, по мере развития спинтроники, появились новые - магнитные полупроводники, вещества, в которых можно управлять магнитными, полупроводниковыми и оптическими свойствами. Экспериментальная ментальная техника спинтроники включает магнитооптическую спектроскопию с высоким (фемтосекундным) временным разрешением, микромеханический магнитометр, атомную и магнитно-силовую сканирующую микроскопию субатомного разрешения, спектроскопию ядерного магнитного резонанса и многое другое. Химические, литографические, физические и молекулярные кластерные технологии позволяют создавать для спинтроники различные наноструктуры с необходимыми магнитными свойствами.

Достигнутые успехи в технологии изготовления низкоразмерных структур позволили получить магнитные гетероструктуры с уникальными квантово-размерными эффектами. Возможность комбинирования магнитных, полупроводниковых и диэлектрических материалов открывает большие перспективы в управлении магнитными и электрическими свойствами. это позволит получить новые наноструктуры, которые могут найти практическое применение. Очевидно, что с появлением нового класса материалов - магнитных полупроводников - интеграция магнитных структур в полупроводниковую электронику произойдет в более короткие сроки. Коммерческий потенциал, заложенный в спиновой электронике, стимулирует активность исследований в этой области физики во всем мире и, вплоть до спинтроники, возможно, что они будут определять технологии 21 века. ​ В работе были изучены различные границы раздела 2D материалов (h-BN, MoS2) на поверхности сплавов Гейслера Co2Fe(Ge0,5Ga0,5) (CFGG). С помощью ab initio методов расчета мы показали, что внутренние полуметаллические и устойчивые ферромагнитные свойства CFGG сохраняются вблизи самых внешних слоев. Квантовый транспорт в CFGG/MoS2/CFGG изучается в рамках формализма неравновесной функции Грина, и для случая трехслойного спейсера MoS2 прогнозируется конкурентное отношение магнитосопротивления до 500%. Эти результаты подтверждают идею создания устройств спинтроники нового поколения на основе весьма разнообразного семейства TMD и полуметаллических материалов с экстремальной спиновой поляризацией.

Павлу Сорокину вручили премию Правительства Москвы молодым учёным (номинация физика и астрономия)

Премией был признан его вклад в изучение спинтронных и электронных свойств наноматериалов с особой атомной структурой. Совместно с коллегами Сорокин разработал теорию химически индуцированного фазового перехода, позволяющего трансформировать графен в двумерный алмаз. Эта теория стала основой для проведения синтеза сверхтонких алмазных плёнок по всему миру. Также наградой были отмечены его работы в области изучения гетеросоединения из графена и сплава Гейслера, чрезвычайно перспективного в качестве основы для развития различных спинтронных устройств на базе графена, таких как датчики считывания, MRAM и спиновые транзисторы высокой эффективности.

Поддержана заявка на финансирование

Проект нашего коллектива "Химически индуцированный фазовый переход в низкоразмерных структурах" был поддержан Российским научным фондом по результатам конкурса 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Контролируемое изменение структуры наноматериалов на атомном уровне является важнейшей задачей современного материаловедения. Влияние поверхности выражается в необходимости учёта размера наноструктур при описании их стабильности. Особенно отчётливо данная проблема проявляется при исследовании фазовой трансформации наноматериалов, когда их энергия начинает зависеть не только от внешних условий, но и от вклада поверхностных эффектов. Например, классическая фазовая диаграмма Банди углерода меняется при уменьшении толщины углеродной плёнки, давление фазового перехода графит-алмаз увеличивается, что отражает увеличение нестабильности алмаза при уменьшении его размера. При достижении атомарной толщины алмазные плёнки должны демонстрировать ряд крайне привлекательных физических свойств, однако их синтез требует принципиально иных подходов. Естественным для сегодняшней науки кажутся два пути синтеза наноматериала: способы «сверху-вниз» и «снизу-вверх». Способ «сверху-вниз», когда макроскопический материал разделяется до необходимой наноструктуры, не рассматривался, поскольку, вероятно, является невозможным получение алмазных плёнок нанометровой толщины путём разделения кристалла алмаза. Способ «снизу-вверх» (необходимая наноструктура синтезируется из наноструктур меньших размеров), кажется, для данного случая наиболее привлекательным, хотя и, безусловно, требует преодоления ряда нетривиальных научных проблем. Традиционный метод химического осаждения из газовой фазы неприменим для решения задачи получения алмазов атомарной толщины из-за высокой скорости роста алмазных слоёв и их неоднородности на атомном уровне. Поэтому в данной работе будет рассмотрен другой вариант получения алмазных плёнок, когда исходным материалом является не пар, а двухслойная графеновая плёнка. Образование алмазных пленок происходит путём контролируемой химической реакции двух графеновых листов со сторонними атомами – главным образом водородом или фтором. Такой способ будет опробован нами экспериментально, а теоретически мы детально изучим механизм трансформации графеновых слоёв не только в случае бислойного графена, но также и других структур на основе слабо связанных слоёв – двухслойных углеродных нанотрубок и родственных наноматериалов.

Данный проект будет выполнять усилиями нашего коллектива, а также нашими коллегами из Института проблем технологии микроэлектроники РАН и МГУ. Возглавляет проект д.ф.-м.н. Сорокин Павел Борисович.