Паспорт для полуметаллa. В стенках МФТИ сотворен тест на спин-долинность — uzkinobiz.ru

Учёные из МФТИ предложили метод экспериментальной проверки образцов на статус спин-долинного полуметалла — многообещающего материала для электроники грядущего и вживляемой биоэлектроники.

Результаты исследования размещены в Physical Review B.

Современная электроника подступает к лимиту собственных способностей: юзерам охото хранить и обрабатывать всё большее количество данных, и созодать это они желают всё резвее. Учёные по всему миру изучат другие подходы к обслуживанию данных. Они желают создать «новейшую» электронику  — огромные данные в ней будут обрабатываться стремительно, сами устройства будут малеханькими и неопасными даже для вживления в человеческое тело.

Для таковой новейшей электроники необходимы принципно остальные материалы. Одним из многообещающих классов материалов, которые в состоянии сделать идею устройств новейшего поколения настоящей, являются спин-долинные полуметаллы (англ. spin-valley half-metals).

Ожидается, что спин-долинные полуметаллы могут пропускать поляризованный ток, несущий доп информацию, закодированную в их квантовых свойствах (спина и долинного индекса). Получится наиболее действенная и «уплотненная» шифровка инфы. Также эти материалы не небезопасны для человека, в отличие от уже узнаваемых полуметаллов, в которых обычно содержатся тяжёлые сплавы. Соответственно, спин-долинные полуметаллы могут быть компонентами вживляемой биоэлектроники.

Этот класс материалов был предсказан коллективом ученых из МФТИ, ИТПЭ РАН (Российская академия наук — государственная академия наук, высшая научная организация Российской Федерации, ведущий центр фундаментальных исследований в области естественных и общественных наук) и японского института RIKEN в 2017 году. Согласно представлениям теоретиков, спин-долинные полуметаллы могут получаться из антиферромагнетиков. При каких критериях  — до конца пока непонятно. Также было неясно, как экспериментально показать, что некий материал будет спин-долинным полуметаллом.

«Мы помыслили: а что если навести на материал поток нейтронов? В данной для нас работе мы на теоретическом уровне высчитали сечение рассеяния нейтронов на электронах в спин-долинном полуметалле. Картина рассеяния в том числе определяется зонной структурой материала. Зонная структура антиферромагнетика различается от зонной структуры спин-долинного полуметалла. Мы можем испытать отличить эти фазы по картине рассеяния»,  — гласит Дмитрий Хохлов, аспирант Физтех-школы физики и исследовательских работ им. Ландау МФТИ.

Зонная структура материала  — это его паспорт. Имея картину зон для какого-то материала, спецы могут сказать, к какому классу он относится и какими качествами будет владеть. Исследователи провели расчёты с помощью теории возмущений, обычного способа для задач рассеяния в квантовой физике.

В работе сравнивались результаты теоретического рассеяния нейтронов на спин-долинных полуметаллах и антиферромагнетиках. Оказалось, что потому что зонная структура обоих материалов имеет соответствующие индивидуальности, их можно узреть в диапазонах нейтронного рассеяния.

«По нейтронным диапазонам что-то сходу найти фактически нереально: очень много различных каналов рассеяния накладываются друг на друга, затрудняя прямолинейную интерпретацию экспериментальных данных. Требуется время и опыт для осознания приобретенных спектров. Но, как говорится, дорога в тыщу км начинается с 1-го шага. Мы желали предложить экспериментальный метод обнаружения полуметалличности. Наши теоретические расчеты нейтронных спектров, проведенные в рамках упрощённой модели, демонстрируют, что внедрение нейтронного рассеяния — мысль небезнадёжная. Сейчас дело за малым: столкнуть теоретическую правду с экспериментальной реальностью и поглядеть, кто выйдет победителем в данной для нас схватке»,  — объясняет Александр Рожков, доцент кафедры электродинамики сложных систем и нанофотоники МФТИ.

Исследователи неслучайно взяли для сопоставления антиферромагнетики. В этих субстанциях спины атомов либо ионов упорядочены особенным образом даже без наружного магнитного поля. Некие учёные считают, что конкретно антиферромагнетики могут быть предшественниками спин-долинных полуметаллов. Диапазон нейтронного рассеяния в экспериментальных исследовательских работах нередко определяют опосля доп действий  — нагрева, остывания, деформации  — чтоб проверить, приводят ли эти действия к изменению параметров эталона. В данном случае нейтронное рассеяние может показать, поменялось ли состояние вещества с антиферромагнетика на спин-долинный полуметалл.