Новый материал для спинтроники на основе графена

Физики НИЦ «Курчатовский институт» создали новый магнитный материал на основе графена. Он представляет собой структурную пару «двумерный магнит — графен», интегрированную в кремниевую технологию.

В качестве двумерного магнита используется упорядоченная решётка атомов гадолиния толщиной в один атом. Двумерный магнит обеспечивает магнитные свойства пары, а графен выполняет электронный перенос. Такая совокупность функциональных компонентов может стать основой для создания новых приборов спиновой электроники.

Современная электроника на основе кремниевой платформы подошла к своему технологическому пределу. Спинтроника предлагает энергоэффективную альтернативу, основанную не на переносе заряда, а на управлении магнитным моментом электрона. Развитие спинтроники требует создания новых магнитных материалов. Особенно перспективны наноматериалы в виде сверхтонких плёнок, интегрированных с кремниевой технологией. Недавний прогресс в синтезе магнитных материалов привёл к созданию структур толщиной в один атом. Такие структуры могут быть использованы в сверхкомпактной спинтронике и квантовых вычислениях.

Сотрудникам НИЦ «Курчатовский институт» удалось синтезировать двумерные магниты, связанные с графеном. Графен немагнитен, что ограничивает возможности его применения в устройствах спинтроники. Сочетание графена с двумерным магнитом позволяет устранить этот недостаток и создать магнитный графен, интегрированный в кремниевую технологию.

«На сегодняшний день активно исследуются магнитные материалы толщиной до монослоя. Мы развиваем альтернативное направление спинтроники на основе субмонослойных магнитов, которые представляют собой разреженные решетки магнитных атомов. Используя такие решётки из атомов гадолиния, мы показали возможность создания структур «графен — субмонослойный магнит» на поверхности кремния. Такая структура позволяет сделать графен магнитным», — объясняет руководитель проекта по гранту РНФ Дмитрий Аверьянов, кандидат физико-математических наук, сотрудник лаборатории новых элементов наноэлектроники Курчатовского института.

Предложенный подход является достаточно общим: в настоящее время авторы разрабатывают новые материалы на основе аналогов графена из атомов кремния и германия. Общее свойство таких систем состоит в сосуществовании различных магнитных порядков — ферромагнитного и антиферромагнитного.

«Мы полагаем, что материалы спиновой электроники на основе графена перспективны для создания новых технологий хранения, обработки и передачи информации. Мы планируем синтезировать целый ряд таких материалов, варьируя их состав», — подводит итог Дмитрий Аверьянов.

Результаты работы опубликованы в высокорейтинговом журнале Carbon.