Российские ученые создали универсальный инструмент синтеза сложных наноматериалов
Коллектив российских ученых, куда вошли специалисты МФТИ, синтезировал ферромагнитные пленки переменного состава из палладия и железа с помощью метода молекулярно-лучевой эпитаксии. Им удалось обнаружить возможность управлять с помощью них спектром спиновых волн.
Работа опубликована в Journal of Vacuum Science & Technology A. Молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ) — это метод роста кристаллических пленок на подложках, который используется в материаловедении и микроэлектронике для создания тонкопленочных структур. Основная идея метода заключается в том, что на подложку направляются молекулы или атомы, которые, оседая на поверхности, образуют упорядоченный кристаллический слой.
В начале 1970-х годов ученые начали исследовать способы создания высококачественных полупроводниковых пленок для использования в транзисторах и лазерах. Основными задачами было добиться высокой чистоты и контролируемой структуры материала, что позволило бы улучшить характеристики электронных устройств. Так и была придумана молекулярно-лучевая эпитаксия.
Метод быстро развивался благодаря потребности в более тонких и качественных слоях для новых технологий, таких как светодиоды, лазеры и солнечные элементы. С течением времени молекулярно-лучевая эпитаксия стала одной из ключевых технологий в полупроводниковой промышленности. Она позволила создавать такие материалы, как арсенид галлия (GaAs) и нитрид галлия (GaN), которые имеют важное значение для оптоэлектроники.
Основной принцип молекулярно-лучевой эпитаксии состоит в том, что на нагреваемую подложку подается поток атомов или молекул вещества, которое мы хотим вырастить. Эти атомы, когда они сталкиваются с горячей поверхностью подложки, начинают оседать и образовывать кристаллическую решетку. Метод позволяет получать очень тонкие слои и контролировать их свойства с большой точностью, что делает его очень ценным для создания новых материалов и устройств.
В ходе нового исследования российские ученые продемонстрировали возможность использования метода молекулярно-лучевой эпитаксии для получения тонких пленок ферромагнитного сплава Pd-Fe с прецизионно-регулируемым составом по толщине. Они выпарили чистые палладий и железо из тиглей и осаждали их на подложке из монокристаллического оксида магния.
В процессе осаждения контролировалась температура тиглей, чтобы регулировать скорость осаждения атомов железа, достигая с помощью этого нужной скорости осаждения. Ученым удалось синтезировать четыре пленки с заранее заданным нетривиальным профилем распределения железа по толщине и одну пленку с равномерным распределением железа.
Для того чтобы изготовить пленку с нужным распределением концентрации железа, температуру ячейки с железом изменяли определенным образом в процессе охлаждения. А температура ячейки с палладием и, следовательно, скорость осаждения палладия, поддерживались постоянными.
После осаждения пленка была отожжена в вакууме при температуре 873 K (600℃). Во время отжига пленка рекристаллизовалась по всему объему и окончательно оформилась. Контроль качества пленки показал, что неопределенность толщины образца оказалась меньше 2 нанометров.
Сразу после осаждения, в процессе отжига, свойства пленок изучались методами рентгеновской дифракции, что позволило охарактеризовать ее микроструктуру, проконтролировать толщину и соблюдение требуемого профиля концентрации.
Основной целью синтеза было изучение возможностей управления спектром спиновых волн. Удалось измерить резонансные характеристики для каждого из образцов в микроволновом диапазоне, что означает возможность создавать тонкие ферромагнитные пленки для спинтронных магнонных устройств с требуемыми параметрами.
«В нашей работе был разработан подход, позволяющий управлять профилем концентрации железа в пленке Pd-Fe путем регулирования температуры источника материала во время осаждения, — рассказал Игорь Головчанский, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Центра перспективных методов мезофизики и нанотехнологий МФТИ. — Мы адаптировали технологию молекулярно-лучевой эпитаксии для синтеза градиентных магнитных тонкопленочных материалов на основе ферромагнитного сплава палладия и железа. Полученные ферромагнитные градиентные пленки могут использоваться для создания устройств магноники, позволяющих передавать сигналы посредством спиновых волн. Данная работа демонстрирует потенциал молекулярно-лучевой эпитаксии как универсального инструмента для синтеза сложных функциональных материалов».
Такие магнитные пленки могут найти применение в перспективных устройствах обработки информации, передачи сигналов, а также сенсорных системах. Дальнейшие исследования в этом направлении позволят расширить спектр магнитных материалов с управляемыми свойствами, что станет важным шагом на пути создания инновационной электроники будущего.
В работе принимали участие ученые из Института физики КФУ, Казанского физико-технического института имени Е. К. Завойского Казанского научного центра РАН и Центра перспективных методов мезофизики и нанотехнологий МФТИ.
(опубликовано при поддержке гранта Минобрнауки России в рамках федерального проекта «Популяризация науки и технологий» № 075-15-2024-571)
Telegram 
Дзен 
VK Сотрудники Центра языка и мозга НИУ ВШЭ приняли участие в редкой для детской нейрохирургии операции с пробуждением у 11-летнего пациента с фармакорезистентной эпилепсией. Совместно с врачами НПЦ специализированной медицинской помощи детям имени В.Ф. Войно-Ясенецкого в Солнцево они сопровождали удаление участка левой височной доли, где был выявлен эпилептический очаг.
Провинция Цзянсу была процветающим центром медицинской практики в Китае во времена династии Мин (1368-1644 годы нашей эры). Микроскопический анализ крошечных частиц на поверхности хирургических ножниц и пинцета из гробницы китайского врача помог выявить следы вещества, получаемого из ядовитого растения, которое, по мнению исследователей, применялось как местная анестезия во время операций.
Анализ ДНК и изотопный анализ зубов показали, что мужчина генетически был связан с саамскими популяциями, но часть жизни провел за пределами Финляндии — возможно, в Исландии. Авторы нового исследования пришли к выводу, что на рубеже XVI-XVII веков саамские сообщества не были изолированы, как предполагали многие исследователи. Люди путешествовали на далекие расстояния и поддерживали контакты с дальними регионами Северной Атлантики.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
Ученые РГУ нефти и газа (НИУ) имени И. М. Губкина предложили подход к отбору малодебетных нефтегазовых месторождений, которые составляют около 88% нераспределенного фонда нефтяных участков. Модель расчета поможет вовлечь в экономический оборот от 400 до 600 миллионов тонн ранее нерентабельных запасов.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно