Проект нашего коллектива "Моделирование низкоразмерных магнитных гетероструктур для спинтронных устройств нового поколения" был поддержан Российским научным фондом по результатам конкурса 2023 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными»
Задача поиска новых способов хранения и обработки информации является крайне актуальной в настоящее время, поскольку традиционные кремниевые технологии фактически достигли предела плотности записи информации и дальнейшей миниатюризации. Одним из решений данной проблемы является рассмотрение электрона как носителя заряда с двумя основными «степенями свободы», определяемыми его спином. Так, благодаря эффектам гигантского и туннельного магнитосопротивлений, эффектам спинового переноса и ряду других фундаментальных свойств в настоящий момент активно разрабатываются спинтронные устройства – основа технологий хранения и обработки информации нового поколения.
Однако, несмотря на доказанный высокий потенциал спинтронных технологий (с точки зрения низкого энергопотребления и скорости), они всё еще находятся на стадии становления в масштабах потребительского рынка. Предполагается, что в скором времени магниторезистивные (MRAM) устройства смогут конкурировать с привычной флеш-памятью. Но для этого необходимо решить ряд задач, требующих развития методов синтеза стабильных наноразмерных гетероструктур и способов управления их свойствами на атомном уровне. Ключевую роль в решении этих задач могут сыграть двумерные материалы. Действительно, с момента открытия графена и родственных материалов плёнки атомарной толщины стали рассматриваться как потенциальная составляющая ультракомпактной архитектуры устройств и радикально новых способов обработки информации. Научные достижения в области спинтронных устройств на основе 2D материалов, а также недавний прогресс в крупномасштабной совместной интеграции 2D структур с традиционными материалами микроэлектроники открыли многообещающие перспективы для развития технологии MRAM.
В рамках проекта предлагается впервые провести комплексное теоретическое исследование целого ряда перспективных туннельных магнитных гетероструктур (ТМГ) на основе ферромагнитных и двумерных материалов, для которых возможно наблюдение эффектов магнитосопротивления и спиновой инжекции – основы работы спиновых клапанов и транзисторов. Так, будут изучены новые границы раздела на основе железа и кобальта, включая полуметаллические сплавы Гейслера, и их гетеросоединение с двумерными структурами, такими как графен и дихалькогениды переходных металлов с различным составом. Несмотря на широкую популярность данных материалов в отдельности, гетероструктуры на их основе изучены недостаточно, а экспериментальные работы и дальнейшее применение для спинтронных приложений предварительно требуют подробного теоретического анализа структуры, свойств и природы спин-связанных эффектов.
В проекте методами квантово-химического моделирования и неравновесного транспорта впервые будут получены подробные сведения об электронной и магнитной конфигурации наиболее перспективных ТМГ, описаны равновесные свойства гетеропереходов, а также выполнен расчет квантовой проводимости и изучен эффект туннельного магнитосопротивления. Кроме того, впервые будут смоделированы и изучены туннельные гетероструктуры с внедренным слоем оксида MoO3 – перспективным для эффективной спиновой инжекции в двумерных материалах за счет эффекта близости.
Полученные результаты позволят существенно расширить область знаний о спин-транспортных свойствах новых магнитных гетероструктур на основе экспериментально известных ферромагнитных материалов и двумерных пленок. Также будут детально обоснованы перспектива их применения в магниторезистистивных и других спинтронных устройствах.
Возглавляет проект к.ф.-м.н. Ларионов Константин Владимирович.
Comments