Оксид европия сделал графен магнитным

Ученые из Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» разработали уникальную технологию синтеза наноразмерных пленок оксида европия – материала, на основе которого может быть создана новая концепция хранения и передачи информации. Совместно с коллегами Европейского центра синхротронного излучения (Франция) ученые исследовали магнитные свойства синтезированных пленок. Продолжение работы позволило российским физикам создать магнитный графен путем интеграции с оксидом европия. Результаты опубликованы в журналах Nanotechnology и ACS Applied Materials & Interfaces. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ).

Реклама

«Управляемые переходы между металлическим и изолирующим состояниями материала обеспечивают новые функциональные возможности в наноэлектронике: в создании электронных переключателей и осцилляторов, мемристоров, сенсоров, оптических приборов. Существенной проблемой является влияние на переход сложного сочетания различных факторов. В работе, опубликованной в журнале Nanotechnology, исследован чистый случай – магнитополяронный материал, в котором переход металл-изолятор обусловлен только магнитной составляющей», – рассказал один из авторов работы, доктор физико-математических наук, профессор, начальник лаборатории новых элементов наноэлектроники Курчатовского комплекса НБИКС-природоподобных технологий НИЦ «Курчатовский институт» Вячеслав Сторчак.

Исследователям удалось создать наноразмерные слои оксида европия (EuO) с рекордным для тонких пленок скачком сопротивления при переходе металл-изолятор. Необходимо отметить, что оксид европия обладает уникальными свойствами: в объемном материале при переходе металл-изолятор сопротивление оксида европия меняется на 13 порядков, а близкая к 100% поляризация спинов (моментов импульса) электронов в ферромагнитном состоянии делает его одним из самых перспективных материалов спинтроники. В ходе работы российские ученые синтезировали пленки беспрецедентного качества и легировали их атомами гадолиния на уровне сотых долей процента. Это достижение позволило обнаружить ряд новых замечательных свойств материала, а также контролировать переход металл-изолятор, связанный с термической активацией магнитных поляронов.

Магнитный полярон представляет собой электрон, локализованный на масштабе постоянной кристаллической решетки при сильном обменном взаимодействии с ближайшими магнитными ионами материала. В результате этого взаимодействия происходит магнитное упорядочение ионов на указанном масштабе. Таким образом, магнитный полярон состоит из локализованного электрона с окружающей его наноразмерной ферромагнитной «каплей» в «море» окружающего парамагнитного материала.

«Особенно перспективно с точки зрения приложений то, что полученные системы показывают рекордное для тонких пленок изменение проводимости в переходе металл-изолятор и колоссальное магнитосопротивление. Результаты исключительно важны для понимания физики магнитных поляронов в сильно коррелированных материалах и управления их свойствами», – рассказал Вячеслав Сторчак.

Используя разработанную методику, российские физики смогли интегрировать оксид европия и монослой графена с атомарно резким интерфейсом. Графен обладает рядом уникальных электронных свойств, однако он немагнитен, то есть электроны проводимости, в отличие от EuO, неполяризованы. Интеграция EuO с графеном позволила сделать последний магнитным до температур выше 200 градусов Кельвина. Примечательно, что ферромагнитный переход в системе графен/EuO происходит при температуре в три раза выше ферромагнитного перехода в чистом EuO.

«Создание спиновой поляризации электронов в графене позволит использовать этот уникальный материал в спинтронике», – отметил Вячеслав Сторчак.