Ученые из МГУ совместно с коллегами исследовали кристаллы антиперовскита на основе железа, селена и кислорода — материалов, перспективных для спинтроники: в них можно управлять магнитными свойствами с помощью температуры. Такие вещества могут стать альтернативой кремниевой микроэлектронике: они позволяют хранить и передавать информацию не за счет электрического заряда, а благодаря магнитным моментам электронов. Об этом порталу Наука Mail рассказала пресс-служба РНФ. Результаты исследования опубликованы в журнале Chemistry of Materials.
Ранее было известно, что в этих кристаллах магнитные моменты атомов упорядочиваются при двух температурах: −169°C и −195°C, но детали переходов оставались неясны. Исследователи вырастили кристаллы и изучили изменения их магнитных свойств при охлаждении.
Оказалось, структура кристалла довольно сложна: ионы железа формируют плоские слои из колец (с 4, 6 или 14 звеньями), наклоненные относительно осей кристалла и соединенные дополнительными ионами железа. Эта геометрия создает магнитную «неоднородность».
При охлаждении до −169 °C материал переходит в ферримагнитное состояние: магнитные моменты атомов выстраиваются в противоположных направлениях, но не компенсируют друг друга — кристалл намагничивается. При дальнейшем охлаждении до −195 °C происходит второй переход: материал становится антиферромагнетиком. Магнитные моменты остаются противонаправленными, но теперь полностью уравновешивают друг друга, и кристалл теряет намагниченность.
Благодаря таким свойствам соединение может пригодиться при разработке устройств магнитной памяти.
При температуре −169 °C внутри каждой ячейки кристалла идет «борьба» магнитных моментов: 10 из них направлены в одну сторону, а 8 — в другую. Эта разница и создает магнитный отклик. Но стоит опустить температуру ниже −195 °C, как соседние ячейки располагают свои нескомпенсированные моменты противоположно и полностью уравновешивают друг друга, делая кристалл не намагниченным. Материалы, в которых происходят подобные переходы, востребованы в спинтронике — технологии записи информации с помощью магнитных моментов электронов. Исследованное соединение, несмотря на свой потенциал, пока имеет очень низкие температуры переключения магнитных состояний, что ограничивает его применение в технологиях. Однако этот материал является ключевым для развития нового поколения элементов магнитной записи с минимальными энергопотерями. Включение в него металлов с большей магнитной «неоднородностью» может значительно увеличить температуры магнитных переходов, открывая широкие возможности для практического внедрения.
В исследовании принимали участие сотрудники Института экспериментальной минералогии имени академика Д.С. Коржинского РАН (Черноголовка), Института ядерных исследований РАН (Москва), Университета штата Северная Каролина (США) и Университета Кенхи (Южная Корея).
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что российские ученые создали кристаллы для безопасного рентгена.
