Истончение ортоферрита иттрия до наноплёнок менее 4 нм превратило его в антиферромагнетик, пригодный для устройств 6G

Учёным Института физики металлов им. М. Н. Михеева, Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова и Курчатовского института удалось синтезировать материал, необычные свойства которого были предсказаны ещё в 1980-х. Подробности "Науке Урала" рассказал замдиректора ИФМ УрО РАН, завлабораторией нанокомпозитных мультиферроиков, руководитель Испытательного центра нанотехнологий и перспективных материалов, доктор физико-математических наук Александр Носов.

По его словам, сегодня в электронике и вычислительной технике всё чаще применяются магнитные материалы с необычными свойствами на квантовом уровне.

"Особенно актуальными стали исследования антиферромагнитных материалов — материалов с несколькими (минимум двумя) магнитными подрешётками, векторы намагниченности которых ориентированы почти противоположно друг другу, но под углом, меньшим 180°", — объясняет учёный.

Это направление получило название антиферромагнитной спинтроники (спиновой электроники).

Классический пример антиферромагнитного материала — ортоферрит иттрия. Причём эти свойства, теоретически давно предсказанные, он приобретает только в виде наноплёнок толщиной до 4 нм. Но до сих пор их получение не представлялось возможным.

"Практически никогда в системе плёнка/подложка не удаётся подобрать такую пару материалов, для которой параметры их кристаллических решёток (расстояния между атомами, их взаимное расположение, характеризующее симметрию кристаллической структуры) совпадали. Рассогласование этих кристаллографических параметров неизбежно приводит к появлению механических напряжений на границе раздела.

Кроме того, процесс роста тонких плёнок, как правило, идёт при повышенных температурах с последующим охлаждением до комнатной температуры, из-за чего возможны взаимная диффузия материалов, изменения состава интерфейсных слоев вплоть до образования новых фаз", — продолжает Носов.

Недавно наноплёнки ортоферрита удалось синтезировать. Встала новая проблема: изучение их свойств.

"Измерения свойств тонких плёнок и наноструктур представляют собой технически очень сложную задачу, поскольку масса исследуемого материала очень мала", — сетует физик.

В этом вопросе помогли французские коллеги. Полученные в России образцы исследовали на синхротроне ESRF в Гренобле — мощное излучение помогло открыть поистине феноменальные свойства антиферромагнетика.

Подтвердилась предсказанная ранее высокая скорость движения доменных стенок — порядка 20 км/с. Сумели также определить температуру Нееля (антиферромагнитную точку Кюри), ограничивающую антиферромагнитное упорядочение.

Полученные результаты опубликованы в рейтинговых международных журналах Magnetism и Physics of Metals and Metallography. Они, по словам Носова, важны для развития физики и технологий наноструктур.

"На основе таких наноструктур сегодня разрабатываются прототипы устройств сотовой связи следующего поколения 6G, которые будут работать в диапазоне частот от 300 ГГц до 3 ТГц", — заключил он.