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 Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Мы много знаем о том, как цивилизации до нас строили дома и дороги, но с объектами материальной культуры дела обстоят сложнее. Ремесленные техники часто хранились в строгом секрете и могли быть случайно утрачены при неудачном стечении обстоятельств. Так случилось с ювелирной техникой цзинь чжэ сы.
Японские исследователи выловили у берегов Окинавы пластиковую бутылку с узким горлышком, внутри которой сидел большой живой краб. В итоге ученые смогли найти ответы на несколько возникших в связи с этой находкой вопросов: как краб попал в бутылку, сколько там находился и как ему удалось выжить?
Ученые Южного федерального университета исследовали новую светочувствительную молекулу и обнаружили, что она ведет себя совсем не так, как ожидалось. Благодаря необычным свойствам она может стать основой для создания умных материалов, сенсоров и лекарств, которые будут активироваться светом именно там, где нужно, например, для борьбы с опасными бактериями.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
В вакууме космоса два металлических предмета, прижатые друг к другу, могут спонтанно свариться без какого-либо нагрева. Из-за отсутствия кислорода на поверхностях деталей разрушается защитный слой, в результате чего свободные электроны начинают мгновенно перемещаться между ними и соединяют два элемента в один монолит.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
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