В МФТИ придумали тест на спин-долинность — Naked Science
10 минут
ФизТех

В МФТИ придумали тест на спин-долинность

5.1

Ученые из МФТИ предложили способ экспериментальной проверки образцов на статус спин-долинного полуметалла — перспективного материала для электроники будущего и вживляемой биоэлектроники.

Паспорт для спин-долинных полуметаллов / ©Дарья Сокол / Пресс-служба МФТИ

Результаты исследования опубликованы в Physical Review B. Современная электроника подходит к пределу своих возможностей: пользователям хочется хранить и обрабатывать все большее количество данных, и делать это они хотят все быстрее. Ученые по всему миру исследуют альтернативные подходы к обслуживанию данных. Они хотят разработать «новую» электронику — большие данные в ней будут обрабатываться быстро, сами устройства будут маленькими и безопасными даже для вживления в тело человека. 

Для такой новой электроники нужны принципиально другие материалы. Одним из перспективных классов материалов, которые могут сделать идею устройств нового поколения реальной, являются спин-долинные полуметаллы (англ. spin-valley half-metals). Ожидается, что спин-долинные полуметаллы могут пропускать поляризованный ток, несущий дополнительную информацию, закодированную в их квантовых свойствах (спина и долинного индекса).

Зависимость энергии одноэлектронных и квазичастичных зон (вертикальная ось) от импульса (горизонтальная ось) для различных параметров порядка и значений легирования / ©journals.aps.org

Получится более эффективная и «плотная» кодировка информации. Также эти материалы не опасны для человека, в отличие от уже известных полуметаллов, в которых обычно содержатся тяжелые металлы. Соответственно, спин-долинные полуметаллы могут быть компонентами вживляемой биоэлектроники.

Этот класс материалов был предсказан коллективом ученых из МФТИ, ИТПЭ РАН и японского института RIKEN в 2017 году. Согласно представлениям теоретиков, спин-долинные полуметаллы могут получаться из антиферромагнетиков. При каких условиях — до конца пока неизвестно. Также было непонятно, как экспериментально показать, что какой-то материал будет спин-долинным полуметаллом.

«Мы подумали: а что если направить на материал поток нейтронов? В этой работе мы теоретически рассчитали сечение рассеяния нейтронов на электронах в спин-долинном полуметалле. Картина рассеяния в том числе определяется зонной структурой материала. Зонная структура антиферромагнетика отличается от зонной структуры спин-долинного полуметалла. Мы можем попробовать отличить эти фазы по картине рассеяния», — говорит Дмитрий Хохлов, аспирант Физтех-школы физики и исследований имени Ландау МФТИ.

Зонная структура материала — это его паспорт. Имея картинку зон для какого-то материала, специалисты могут сказать, к какому классу он относится и какими свойствами будет обладать. Исследователи провели расчеты с помощью теории возмущений, стандартного метода для задач рассеяния в квантовой физике.

В работе сравнивались результаты теоретического рассеяния нейтронов на спин-долинных полуметаллах и антиферромагнетиках. Оказалось, что так как зонная структура обоих материалов имеет характерные особенности, их можно увидеть в спектрах нейтронного рассеяния.

«По нейтронным спектрам что-то сразу определить практически невозможно: слишком много разных каналов рассеяния накладываются друг на друга, затрудняя прямолинейную интерпретацию экспериментальных данных. Требуется время и опыт для понимания полученных спектров. Но, как говорится, дорога в тысячу километров начинается с одного шага. Мы хотели предложить экспериментальный способ обнаружения полуметалличности.

Наши теоретические расчеты нейтронных спектров, проведенные в рамках упрощенной модели, показывают, что использование нейтронного рассеяния — идея небезнадежная. Теперь дело за малым: столкнуть теоретическую правду с экспериментальной реальностью и посмотреть, кто выйдет победителем в этой схватке», — комментирует Александр Рожков, доцент кафедры электродинамики сложных систем и нанофотоники МФТИ.

Исследователи неслучайно взяли для сравнения антиферромагнетики. В этих веществах спины атомов или ионов упорядочены особым образом даже без внешнего магнитного поля. Некоторые ученые считают, что именно антиферромагнетики могут быть предшественниками спин-долинных полуметаллов.

Спектр нейтронного рассеяния в экспериментальных исследованиях часто измеряют после дополнительных воздействий — нагрева, охлаждения, деформации — чтобы проверить, приводят ли эти воздействия к изменению свойств образца. В данном случае нейтронное рассеяние может показать, поменялось ли состояние вещества с антиферромагнетика на спин-долинный полуметалл.

В работе, кроме ученых из Московского физико-технического института, также принимали участие исследователи из Всероссийского НИИ автоматики имени Н. Л. Духова, Высшей школы экономики, Института электродинамики РАН и Сколтеха.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), известен также как Физтех — ведущий российский вуз по подготовке специалистов в области теоретической, экспериментальной и прикладной физики, математики, информатики, химии, биологии и смежных дисциплин. Расположен в городе Долгопрудном Московской области, отдельные корпуса и факультеты находятся в Жуковском и в Москве.
Вчера, 17:41
37 минут
Александр Березин

Филипп Мандей основал целое направление исследований: он первым установил, что закисление океанов — последствие глобального потепления — угрожает обонянию и умению ориентироваться у морских рыб. Само собой, это создает угрозу их вымирания. Долго оставалось загадкой только одно: как существующие виды рыб перенесли серьезное закисление океана при прошлых изменениях климата. Теперь все проясняется: похоже, Мандей обнаружил эффект, которого никогда не было. Интересно, что вместе с ним его наблюдали еще 179 ученых — и теперь все они оказались в центре чудовищного скандала. Попробуем разобраться в деталях.

Вчера, 15:59
13 минут
Александр Речкин

В учебниках истории XX века, на сотнях плакатах и в десятках кинофильмах о Второй мировой войне мы видели знаменитые танки, «катюши» и бороздящие небеса Ил-2. Давайте проверим, сможете ли вы отличить советскую военную технику от машин союзников и стран «оси».

6 мая
17 минут
Александр Березин

SpaceX после затяжной серии аварий нормально посадила прототип Starship SN15. Огромная стальная ракета поднялась в воздух на десять километров, выполнила там сложные кульбиты, которые не могла сделать ни одна ракета ранее, а затем плавно опустилась вниз. Одни говорят, что это революция, другие — что «СССР так умел полвека назад». Кто прав и что будет дальше? Попробуем разобраться.

Вчера, 17:41
37 минут
Александр Березин

Филипп Мандей основал целое направление исследований: он первым установил, что закисление океанов — последствие глобального потепления — угрожает обонянию и умению ориентироваться у морских рыб. Само собой, это создает угрозу их вымирания. Долго оставалось загадкой только одно: как существующие виды рыб перенесли серьезное закисление океана при прошлых изменениях климата. Теперь все проясняется: похоже, Мандей обнаружил эффект, которого никогда не было. Интересно, что вместе с ним его наблюдали еще 179 ученых — и теперь все они оказались в центре чудовищного скандала. Попробуем разобраться в деталях.

Вчера, 15:59
13 минут
Александр Речкин

В учебниках истории XX века, на сотнях плакатах и в десятках кинофильмах о Второй мировой войне мы видели знаменитые танки, «катюши» и бороздящие небеса Ил-2. Давайте проверим, сможете ли вы отличить советскую военную технику от машин союзников и стран «оси».

5 мая
6 минут
Сколтех

В России таких результатов не было уже около десяти лет. Его получение потребовало настоящей кооперации между исследователями ИВМ РАН, Сколтеха и МГУ.

23 апреля
11 минут
Василий Парфенов

Действующий глава NASA в рамках общения с прессой ответил на ряд вопросов, касающихся недавних заявлений российских политиков и главы «Роскосмоса» о скором отказе от собственного сегмента МКС. Администратор заверил всех, что агентство находится в хороших отношениях с Россией, а также поделился информацией о согласовании обмена местами для астронавтов и космонавтов в пилотируемых миссиях двух стран.

16 апреля
4 минуты
Илья Ведмеденко

Исследователи установили, что обнаруженный в Баренцевом море объект — погибшая советская субмарина типа «Крейсерская». Это одна из самых больших подлодок СССР периода Второй мировой.

25 апреля
17 минут
Александр Березин

На этой неделе СМИ выдали новость, от которой можно впасть в шок: «Ранее из России уезжало около 14 тысяч исследователей [в год], теперь — 70 тысяч». Мы внимательно разобрались в ситуации и вынуждены отметить, что ничего подобного не было и нет. В реальности речь вовсе не об ученых и даже не о высококвалифицированных специалистах. Проблемы с учеными в России есть. Но в этом случае речь идет не о них, а о том, что отдельные бывшие комсомольские вожаки, удачно устроившиеся в РАН, перепутали утечку мозгов из России с отъездом из нее гастарбайтеров. Разбираемся, как это у них получилось.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: