Новые магнитные материалы для спинтроники и поиск противовирусных лекарств

Наука и жизньНаука

Лауреаты премии Правительства Москвы молодым учёным за 2024 год

Материалы подготовили Татьяна Зимина, Кирилл Стасевич и Максим Абаев.

Хорошо известно, что поддержка науки остаётся одним из приоритетных направлений работы Правительства Москвы. В середине апреля объявлен ставший традиционным конкурс на соискание премий Правительства Москвы молодым учёным за текущий год. Организатором конкурса, как всегда, выступает Департамент образования и науки города Москвы. Заявки принимаются по 18 июля 2025 года.

Журнал «Наука и жизнь» — тоже традиционно — отводит несколько страниц в двух весенних номерах представлению интересных с нашей точки зрения работ, премированных в прошедшем году. В апрельском выпуске мы рассказали о двух работах молодых учёных, удостоенных премии Правительства Москвы за 2024 год в номинациях «Химия и науки о материалах» и «Науки о Земле». В этом номере представляем ещё несколько работ.

Но прежде всё же напомним условия конкурса: премии присуждаются в 22 номинациях, из них 11 номинаций в области фундаментальных исследований и столько же — в области прикладных разработок. В области научных исследований это «Математика, механика и информатика», «Физика и астрономия», «Химия и науки о материалах», «Биология», «Медицинские науки», «Науки о Земле», «Общественные науки», «Гуманитарные науки», «Информационно-коммуникационные технологии», «Технические и инженерные науки» и «Наука — мегаполису»; в области разработок — «Авиационная и космическая техника», «Городская инфраструктура», «Биотехнологии», «Фармацевтика, медицинское оборудование и материалы», «Новые материалы и нанотехнологии», «Передовые промышленные технологии», «Передача, хранение, обработка, защита информации», «Приборостроение», «Технологии экологического развития», «Электроника и средства связи», «Энергоэффективность и энергосбережение». На получение премии могут претендовать молодые учёные Москвы в возрасте до 35 лет включительно (доктора наук — до 40 лет включительно). Представлять проекты можно как индивидуально, так и в составе научного коллектива из двух-трёх человек. Всего будет присуждено 50 премий. Итоги конкурса подведут в январе 2026 года. Подробности условий участия в конкурсе опубликованы на официальном сайте конкурса: https://nauka.mos.ru.

Новые магнитные материалы для спинтроники

Электронная компонентная база на основе традиционных полупроводников подошла к своему технологическому пределу. Это связано со стремительным уменьшением размеров элементов электронных устройств. Они должны быть не только компактными и высоко-производительными, но одновременно потреблять меньше энергии. Очевидно, что решить подобную задачу можно, если найти принципиально новые подходы к созданию электронных устройств, а, следовательно, и к разработке материалов с соответствующими функциональными возможностями.

Альтернативой обычным полупроводниковым технологиям считается спинтроника — электроника, в которой задействуются механизмы работы, основанные на управлении собственным магнитным моментом электрона (спином), а не на переносе заряда. Спинтроника даёт возможность создавать наноразмерные стабильно работающие приборы с исключительно малым энергопотреблением, которые практически не будут нагреваться, а значит, для них не потребуются системы охлаждения.

Наиболее перспективными для спинтроники считаются двумерные магнитные материалы, весьма чувствительные к внешним воздействиям, таким как электрические и магнитные поля, давление и другим, благодаря чему их свойствами можно легко управлять. Созданные в последнее десятилетие несколько таких двумерных магнитов демонстрируют необычные свойства, которые раньше не могли предсказать.

С технологической точки зрения наибольший потенциал имеют исследования, ориентированные на создание материалов на основе двумерных соединений, легко интегрируемых в современные производственные процессы стандартных полупроводниковых технологий. Поэтому большое внимание привлекают двумерный графен и его структурные аналоги силицен, атомная решётка которого состоит из кремния, и германен, кристаллическую решётку которого составляют атомы германия. Эти материалы интересны своими свойствами, включая высокую подвижность носителей заряда, большие длины спиновой диффузии, возможность управлять шириной запрещённой зоны и таким образом изменять, например, электропроводность и спектральный диапазон поглощения света. И что важно, они демонстрируют новые квантовые явления. Однако эти материалы немагнитны, что ограничивает их применение в спинтронике. Поэтому исследователи ищут способы придания им магнитных свойств. С этой точки зрения интересны их модификации, полученные интеркалированием — внедрением магнитных атомов в межслоевое пространство кристаллической матрицы. Таким образом в систему привносятся магнитные свойства и заодно решается проблема высокой химической реактивности, присущей силицену и германену.

Модель системы графен/европий/кремний, проявляющей свойства двумерного ферромагнетика: (а) вид сверху и (б) вид сбоку. Красный прямоугольник обозначает элементарную ячейку. Рисунок из статьи: Sokolov I. S., Averyanov D. V. et. al. Proximity Coupling of Graphene to a Submonolayer 2D Magnet. Small. 2023 Jul;19(28):e2301295.

В НИЦ «Курчатовский институт» молодые исследователи Дмитрий Аверьянов, Игорь Каратеев и Иван Соколов под руководством доктора физико-математических наук Вячеслава Григорьевича Сторчака открыли несколько новых обширных классов двумерных магнитных материалов для устройств наноэлектроники и спинтроники на основе этих трёх двумерных структур.

Один из материалов создан на основе нестойкого по своей природе силицена. В этом помогло открытие ранее неизвестной кристаллической фазы материала, представляющего собой силицен с интегрированными в него атомами стронция (SrSi2). Использовав плёнки данного материала в качестве основы для синтеза двумерных слоистых структур, исследователи впервые получили двумерный ферромагнитный материал на основе силицена. Материал-сэндвич представлял собой чередующиеся слои силицена и атомов европия — редкоземельного металла с большим магнитным моментом. Собственный двумерный магнетизм в материале возникал на уровне монослоя (то есть единичного слоя атомов). Затем слои силицена заменили на слои германена и потом — графена, а атомы европия — на гадолиний, и таким образом был синтезирован ряд новых магнитных соединений, образующих отдельный класс материалов. Их ферромагнитные свойства порождают замечательные транспортные и оптические явления и могут управляться посредством электрических воздействий.

Синтез материалов проводили методом молекулярно-лучевой эпитаксии по специально разработанным методикам. В ходе исследований магнитных, структурных и транспортных свойств обнаружилось, что полученные материалы обладают интересной особенностью: при уменьшении в них количества монослоёв они из антиферромагнетиков превращаются в ферромагнетики. Причём полного перехода в ферромагнитное состояние не происходит: в сверхтонких образцах наблюдается сосуществование ферромагнитной и антиферромагнитной фаз. Исследователи подчёркивают, что именно удивительно сильная зависимость свойств от толщины делает полученные материалы перспективным классом для использования их в спинтронных устройствах. А эффект сосуществования антиферромагнитной и ферромагнитной фаз этому дополнительно благоприятствует: он находит применение в устройствах магниторезистивной памяти и спиновых вентилях, используемых в магнитных датчиках и считывающих головках жёстких дисков.

При исследовании транспортных свойств сверхтонких слоёв силицидов было обнаружено, что они также существенным образом изменяются с толщиной. Благодаря этому при разработке архитектуры устройств плёнки разной толщины одного материала можно использовать в качестве слоёв различного функционального назначения.

Описанные материалы на основе силицена и германена с интеркалированными атомами европия и гадолиния формировали путём продолжительного осаждения последних на нагретую подложку. Однако если вести этот процесс при более высокой температуре, на начальном этапе осаждения магнитных атомов на подложках формируются поверхностные фазы. Они представляют собой субмонослойные строго периодические упорядоченные структуры толщиной в один атом, но существенно более разреженные, чем монослой вещества. Как оказалось, такие системы, состоящие из атомов европия на кремниевых и германиевых подложках, также проявляют свойства двумерных ферромагнетиков. Более того, подобные поверхностные фазы европия исследователи синтезировали на межфазной поверхности графен/кремний. Системы графен/Eu/Si также обладали свойствами 2D-ферромагнетиков.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

«Послы Ермака у Красного крыльца перед царём Иоанном Грозным» «Послы Ермака у Красного крыльца перед царём Иоанном Грозным»

Настоящее покорение земель Сибири началось в 1580-х годах

Дилетант
Цифровой «наставник»: почему бизнесу выгоднее обучать, а не увольнять сотрудников Цифровой «наставник»: почему бизнесу выгоднее обучать, а не увольнять сотрудников

Переквалификация превращается в главный инструмент устойчивости компаний

Forbes
Бег по наклонной Бег по наклонной

Мог бы уровень современной науки позволить создать Человека-паука?

Вокруг света
От Чувака до Гарфилда: 13 киногероев, которые сделали лень культовой От Чувака до Гарфилда: 13 киногероев, которые сделали лень культовой

Киногерои, чье бездействие стало зеркалом тревог и надежд целых поколений

Правила жизни
Ложные вампиры обнялись и поделились друг с другом пищей Ложные вампиры обнялись и поделились друг с другом пищей

Социальное поведение ложныех вампиров оказалось неожиданно сложным

N+1
Дэвид Хокни: большой всплеск Дэвид Хокни: большой всплеск

В 88 лет Дэвид Хокни сумел остаться актуальным в XXI веке

Монокль
Вечная молодость: 7 легендарных внедорожников, которые выпускались более 20 лет Вечная молодость: 7 легендарных внедорожников, которые выпускались более 20 лет

Автотитаны, которые десятилетиями остаются на конвейере

4x4 Club
Одежда и надежды Одежда и надежды

Красивые книги о моде

Weekend
Что такое ИИ-агент, и чем он отличается от обычной нейросети? Что такое ИИ-агент, и чем он отличается от обычной нейросети?

ИИ-агенты сильно упростят нам жизнь — если, конечно, научатся корректно работать

CHIP
Простой шаг, который сделает еду, разогретую в микроволновке, по-настоящему вкусной Простой шаг, который сделает еду, разогретую в микроволновке, по-настоящему вкусной

Зачем менять уровень мощности СВЧ-печи?

VOICE
Доставка опережает Доставка опережает

Из-за чего этот труд курьеров перестает быть высокооплачиваемым

Ведомости
Жизнь без гаджетов Жизнь без гаджетов

Как прекратить сидеть в телефоне: 9 шагов к цифровой свободе

Лиза
История культового символа Лондона: почему телефонные будки красного цвета История культового символа Лондона: почему телефонные будки красного цвета

Почему телефонные будки Лондона окрашены именно в яркий красный цвет?

ТехИнсайдер
В сосновом бору В сосновом бору

Настоящий гимн природе в интерьере загородного дома в пригороде Новосибирска

SALON-Interior
От пустырей к благоустроенным кварталам От пустырей к благоустроенным кварталам

В Москве уничтожают пустыри и превращают их в новые зоны комфорта

Ведомости
Безмолвный пациент, или вакцинация в аквакультуре Безмолвный пациент, или вакцинация в аквакультуре

Кто, как и зачем вакцинирует рыб в аквахозяйствах?

Наука и жизнь
Анализ ДНК выявил болезнь, погубившую солдат Наполеона во время войны 1812 года Анализ ДНК выявил болезнь, погубившую солдат Наполеона во время войны 1812 года

Традиционное представление, что армию Наполеона погубил сыпной тиф, опровержено

ТехИнсайдер
Какими они парнями были Какими они парнями были

Три биографии четырех человек и одного языка

Weekend
Убить Лумумбу Убить Лумумбу

Патрис Лумумба был одним из самых мужественных лидеров своего поколения

Знание – сила
Павел Савинков: «Я отношусь к профессии как к ремеслу. Но делаю свое дело честно» Павел Савинков: «Я отношусь к профессии как к ремеслу. Но делаю свое дело честно»

Примеров успешных перезапусков я навскидку и не припомню

Коллекция. Караван историй
Боди-хоррор как реальность Боди-хоррор как реальность

Каким получился фильм о созависимых отношениях «Одно целое»

Weekend
Три самых популярных ошибки новичка в трейле Три самых популярных ошибки новичка в трейле

Как подготовиться к своему первому трейлу и какие ошибки важно не повторить

Maxim
Молодой Цезарь Молодой Цезарь

Карьера Цезаря могла бы оборваться, едва начавшись, равно как и его жизнь...

Знание – сила
Лучшие фильмы с Лиамом Нисоном Лучшие фильмы с Лиамом Нисоном

Лиам Нисон снялся более чем в 130 картинах. Мы собрали топ-10 его работ

Maxim
«Если никто не спрашивает, то и отвечать не нужно» «Если никто не спрашивает, то и отвечать не нужно»

Карл Густав Юнг о том, что он узнал о людях

Weekend
Быстрее, выше, сильнее: как спорт становится одержимостью и действительно ли фитнес-культура мешает нам полноценно жить Быстрее, выше, сильнее: как спорт становится одержимостью и действительно ли фитнес-культура мешает нам полноценно жить

Как часто мы злоупотребляем спортом и злоупотребляем ли вообще

Правила жизни
Непрогулка Непрогулка

Непрогулка по ночному Петербургу с Евгением Цыгановым и его дочерью Полиной

Собака.ru
Почему телефон долго заряжается: 8 самых популярных причин Почему телефон долго заряжается: 8 самых популярных причин

Все случаи, следствием которых может стать медленная зарядка аккумулятора

CHIP
Ткань авангарда Ткань авангарда

История и современность Иваново — пестрая как ситец и эклектичная как пэчворк

Weekend
Одежда-антистресс Одежда-антистресс

Что включить в дофаминовый гардероб

Лиза
Открыть в приложении