• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
21.12.2022
ЮФУ
565

Российские ученые сделали шаг к созданию квантовой компонентной базы для гаджетов будущего

4.5

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.

Титанат стронция со структурой типа перовскита / ©Пресс-служба ЮФУ / Автор: Анастасия Кожевникова

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).  

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Южный федеральный университет образован в рамках национального проекта "Образование" распоряжением Правительства Российской Федерации от 23 ноября 2006 года N1616-р (pdf) и приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от 4 декабря 2006 года N1447 путем присоединения к Ростовскому государственному университету трех вузов: Таганрогского государственного радиотехнического университета, Ростовского государственного педагогического университета, Ростовской государственной академии архитектуры и искусств.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
15 мая
НИУ ВШЭ

Международный коллектив исследователей при участии ученых из Института когнитивных нейронаук НИУ ВШЭ изучил, как выбор иностранного языка влияет на когнитивные способности человека. Оказалось, что языки, непохожие на родной, стимулируют когнитивную функцию на начальном этапе их изучения, а близкие к родному имеют отложенный эффект и помогают мозгу эффективнее работать при более высоком уровне владения иностранным языком.

Вчера, 12:12
Игорь Байдов

Не успели утихнуть разговоры об испытании нового британского лазерного оружия, как правительство этой страны выпустило очередной пресс-релиз, в котором рассказало о работе над еще одной установкой против беспилотников. Эксперты считают, что это оружие — альтернатива дорогостоящим ракетам. Стоимость выстрела из него составит чуть больше 10 центов.

Позавчера, 10:39
Даниил Сухинов

Что заставляет одних животных быть моногамными, иметь на протяжении жизни только одного партнера и ухаживать за потомством, в то время как другие близкородственные виды не стеснены подобными рамками и могут вести беспорядочную половую жизнь? Исследователи из США и Канады, вероятно, нашли ответ на этот вопрос — по крайней мере для двух видов хомячков.

15 мая
НИУ ВШЭ

Международный коллектив исследователей при участии ученых из Института когнитивных нейронаук НИУ ВШЭ изучил, как выбор иностранного языка влияет на когнитивные способности человека. Оказалось, что языки, непохожие на родной, стимулируют когнитивную функцию на начальном этапе их изучения, а близкие к родному имеют отложенный эффект и помогают мозгу эффективнее работать при более высоком уровне владения иностранным языком.

13 мая
Александр Березин

Десятки лет назад ученые выдвинули гипотезу, что облик рода Homo возник под действием специфической задачи: добычи дичи с помощью бега. Несмотря на общую логичность этой версии, против нее выдвигали ряд контраргументов: бег энергозатратен, да и примеров «беговой охоты» в XX веке не столь много. Похоже, теперь оба эти возражения снимаются.

15 мая
Игорь Байдов

Несколько лет назад ученые открыли белый карлик, вращающийся вокруг солнцеподобной звезды в системе KIC 8145411. После ряда спектроскопических исследований выяснилось, что этот объект очень «легкий». В свою очередь, компьютерное моделирование показало, что маломассивные белые карлики в такого рода системах существовать не могут. После нового анализа американские астрономы, наконец, объяснили этот феномен.

24 апреля
Ольга Иванова

Ученые из Австралии и Канады пришли к выводу, что подавляющее большинство одиноких людей не вступает в романтические отношения из-за страха. С одной стороны ими руководят опасения, что их отвергнут, с другой — что они потеряют свою независимость.

15 мая
НИУ ВШЭ

Международный коллектив исследователей при участии ученых из Института когнитивных нейронаук НИУ ВШЭ изучил, как выбор иностранного языка влияет на когнитивные способности человека. Оказалось, что языки, непохожие на родной, стимулируют когнитивную функцию на начальном этапе их изучения, а близкие к родному имеют отложенный эффект и помогают мозгу эффективнее работать при более высоком уровне владения иностранным языком.

3 мая
Василий Парфенов

Ледяной покров Антарктики претерпевает значительные изменения на протяжении года, и его поведение хорошо изучено в общем. Но некоторые локальные аномалии объяснить не получается вот уже несколько десятилетий. Одна из них — полынья возвышения Мод, или полынья моря Уэдделла, которая появляется нерегулярно на одном и том же месте. Международная команда океанологов, наконец, смогла разгадать механизмы ее образования.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: