Российские ученые сделали шаг к созданию квантовой компонентной базы для гаджетов будущего
Российские ученые установили взаимосвязь между структурой и свойствами кристаллов квантового параэлектрика — титаната стронция, легированного марганцем. Полученные научные результаты открывают новые возможности управления физическими свойствами квантовых материалов, которые могут быть применены в качестве электронной компонентной базы для нового поколения электронных устройств.
Квантовые материалы составляют основу нового формирующегося технологического уклада. Поэтому сейчас их активно исследуют физики, химики, а также специалисты в области информатики и материаловедения. Одним из перспективных кристаллов, вызывающих повышенный научный интерес, является титанат стронция со структурой типа перовскита (этот тип структуры образован кислородными октаэдрами, то есть многогранниками с восемью гранями) – одной из самых распространенных среди материалов, используемых в современной электронной технике.
Благодаря необычному поведению диэлектрической проницаемости, обусловленному квантовыми флуктуациями (под таковыми подразумевают временное изменение уровня энергии в определенной точке в пространстве, то есть спонтанное появление и исчезновение частиц определенного типа), этот материал относится к так называемым квантовым параэлектрикам. При этом, ученые отмечают, что если в его кристаллическую структуру ввести магнитные катионы, то он становится еще и мультиферроиком, то есть материалом, который может под действием магнитного поля менять свои электрические свойства и наоборот.
Мультиферроики крайне важны для создания нового поколения электронных устройств, в частности, оперативной памяти, информация в которой может записываться и считываться как магнитным, так и электрическим полем. Применение мультиферроиков в различных устройствах открывает возможности для уменьшения их габаритов, повышения их производительности и существенного снижения энергопотребления.
В недавней работе ведущий научный сотрудник НИИ Физики ЮФУ Михаил Таланов совместно с группой профессора РТУ-МИРЭА Александра Буша, ведущим научным сотрудником МГУ Сергеем Ивановым, ведущим научным сотрудником ИНЭОС РАН Адамом Сташем и группой профессора МФТИ Бориса Горшунова провели комплексные физико-химические исследования структуры и необычных физических свойств монокристаллов титаната стронция, легированных марганцем. Сами кристаллы, содержащие нужное количество марганца и при этом свободные от каких-либо примесей и дефектов, были выращены группой исследователей Российского технологического университета (РТУ-МИРЭА).
Ученые исследовали их структуру с помощью монокристальной рентгеновской дифракции. Это позволило с прецизионной точностью установить позиции весьма малого (всего два атомных процента) количества атомов марганца и показать, что они смещены из центральной позиции. Спектроскопические диэлектрические исследования кристаллов в широком диапазоне частот (от радиочастотной до инфракрасной области) позволило обнаружить характерные аномалии диэлектрического отклика.
Исключительная сложность задачи, успешно решенной авторами, была связана с комплексом факторов: получением беспримесных и бездефектных кристаллов, установлением механизма внедрения в кристаллическую решетку катионов марганца, которые в принципе могут замещать в решетке как стронций, так и титан, исследованием оптических и структурных характеристик кристалла, противоречивостью интерпретаций свойств этого давно известного соединения.
«Моя роль заключалась в том, чтобы предложить интерпретацию установленных экспериментальных фактов и найти объяснение строению и физическим свойствам изучаемого материала. С помощью симметрийного анализа удалось объяснить причины наблюдаемых особенностей кристаллической структуры и физических свойств, найти механизм их взаимосвязи. Таким механизмом являются повороты кислородных октаэдров, выступающих в качестве своеобразного управляющего фактора, изменение которого обусловливают тот или иной рельеф потенциальной энергии для перескоков атомов марганца между различными кристаллографическими позициями. Изменение рельефа потенциальной энергии, в свою очередь, отражается на особенностях диэлектрических свойств соединения», — рассказал ведущий научный сотрудник НИИ физики ЮФУ Михаил Таланов.
По итогу проекта ученые объяснили причины специфического поведения электродинамических свойств кристаллов титаната стронция, легированных марганцем, и существенно расширили набор перспективных мультиферроиков — кандидатов для дальнейшего изучения квантовых эффектов и их использования на практике. Например, их можно будет использовать в качестве электронной компонентной базы для суперкомпьютеров отечественного производства и нового поколения электронных устройств, в частности, оперативной памяти.
Результаты исследования, выполненного учеными Южного федерального университета совместно с коллегами из Российского технологического университета (РТУ-МИРЭА), Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова, Института элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН, Московского физико-технического института (МФТИ) и Института физики Чешской академии наук, опубликованы в престижном международном научном журнале The Journal of Physical Chemistry Letters. Работа поддержана грантами Российского научного фонда (РНФ).
Telegram 
Дзен 
VK Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Самый маленький дневной хищник Африки впервые попал под наблюдение с помощью GPS-трекеров. Ученые выяснили, что для выкармливания птенцов ему нужен участок почти в 14 раз меньше, чем у степной пустельги — ближайшего «рекордсмена» среди изученных птиц.
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.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
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