Создание специальных магнитных материалов

Каждый день новые технологии требуют большей точности внутренних свойств используемых материалов. Чтобы удовлетворить все более специфические требования, физики заинтересованы в создании искусственных материалов, свойства которых можно регулировать. Исследователи из Университета Женевы (UNIGE), Швейцария, в сотрудничестве с французскими и английскими командами, достигли успеха в манипулировании свойствами двух оксидов, которые образуют искусственный материал, более точно, им удалось изменять магнитные свойства материала, который может быть либо ферромагнетик, либо антиферромагнетик, то есть, с или без чистого магнитного момента. Ученые продемонстрировали в своем исследовании, опубликованном в Nature Communications, что они могут теперь управлять магнетизмом в этом типе материалов, и что они могут в ближайшем будущем предлагать материалы для устройств завтрашнего дня «на заказ».

Когда два материала находятся в контакте, они взаимодействуют по-разному, а иногда и обмениваются электронами. Но что происходит, когда материалы укладываются в стопку чередующимися сверхтонкими слоями порядка одного нанометра? «Мы объединили два материала, LaNiO₃, металлический парамагнетик (без магнитного порядка), и LaMnO₃, изолирующий антиферромагнетик, чередуя слой первого, затем второго и т.д. Мы наблюдали, как это повлияло на взаимодействия на поверхностях раздела, и мы заметили глубокие изменения в собственных свойствах двух материалов», - говорится в заявлении Жан-Марка Трисконе (Jean-Marc Triscone), профессора кафедры физики квантовой материи на факультете науки в UNIGE.

LaNiO₃ и LaMnO₃ имеют одинаковую кубическую кристаллическую структуру, и, таким образом, исследователи могут складывать элементарные ячейки этих соединений, то есть маленькие «кубики» из всего лишь нескольких атомов, используя самую современную технологию. Затем они создают искусственную структуру с идеально выровненными элементарными ячейками. Для этого физики осаждают одну элементарную ячейку за другой на подложку, то есть, на небольшую подогретую плитку кристалла. Слои очень тонкие, и их толщина около нанометра точно контролируется на уровне элементарной ячейки.

«Для того чтобы реализовать совершенную структуру на кристаллической плитке, мы должны были найти точные температуру и давление, необходимые для выращивания материалов один поверх другого. Затем мы исследовали свойства поверхностей раздела в зависимости от количества сложенных слоев, - объясняет Марта Гиберт (Marta Gibert), физик-исследователь в UNIGE и первый автор статьи. - Измерение физических свойств показало, что свойства LaNiO₃ сильно отличаются при контакте с LaMnO₃. Из металла без магнитного порядка, соединение становится не только магнитным, но и изолирующим. Более того, общие свойства искусственного материала зависят от индивидуальной толщины слоя каждого материала, и они также могут изменяться в зависимости от выбранной толщины».

Благодаря этому открытию ученые в состоянии контролировать магнитное состояние этих материалов – путь для создания искусственных материалов, отвечающих конкретным потребностям в будущем. Такой контроль магнитных взаимодействий может быть использован для разработки будущей магнитной памяти, позволяющей уменьшить высокую диссипацию энергии современными процессорами.

Это исследование не ограничивается магнитными материалами, но также представляют интерес для материалов, которые одновременно и магнитные, и сегнетоэлектрические, еще один способ создания памяти или даже сверхпроводящих материалов, работающих при более высоких температурах – мечта, исполнение который может быть не так уж далеко.

Художественное изображение манипуляции магнитными свойствами, достигнутыми в оксидных материалах LaNiO₃ и LaMnO₃, когда несколько атомных слоев каждого материала выращивают один поверх другого последовательно. В этом случае LaNiO₃, который первоначально был проводящий и немагнитный, становится изолирующий и магнитный при контакте с LaMnO₃

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365