В России создали новый класс наноматериалов для электроники будущего — в них магнетизм соседствует со сверхпроводимостью и не только

В Курчатовском институте создали новый класс материалов на базе кремния и германия, который может стать базой для создания устройств наноэлектроники и спинтроники. Это слоистые структуры из атомарно тонких плёнок наподобие графена, только из кремния и германия. Причём производство из этих материалов можно наладить с использованием существующей промышленной инфраструктуры и установок.

Источник изображения: Курчатовский институт

Свойства новых материалов зависят от количества монослоёв. Производство слоистых структур стало возможным благодаря разработке оригинального метода синтеза с использованием прекурсоров на основе силицена и германена (это кремниевые и германиевые плёнки толщиной в один атом кремния и германия соответственно). Материалы показали широкий спектр свойств от магнетизма с высокой подвижностью носителей заряда до сверхпроводимости.

Традиционный кремний, очевидно, подходит к своему технологическому пределу в микроэлектронике. Вместо управления токами в игру вступают квантовые эффекты, например, туннелирование электронов, что делает работу измельчавших транзисторов непредсказуемой. Для дальнейшего развития отрасли нужны новые материалы и крайне хотелось бы сохранить при этом производственную базу как можно в большем объёме. Использование в основе новых материалов привычных кремния и германия обещает как первое, так и второе.

Интеграция слоистых структур с полупроводниковой платформой обеспечивается при использовании в качестве реагентов кремниевых и германиевых подложек, а в качестве прекурсора в первом случае применяется силицен, а во втором — германен.

«Наш подход позволил создать целые классы новых материалов, обладающих различными функциональными свойствами», — сообщил руководитель проекта, ведущий научный сотрудник лаборатории новых элементов наноэлектроники Курчатовского комплекса НБИКС-природоподобных технологий Андрей Токмачёв.

В частности, тонкоплёночный материал SrAlSi на кремниевой подложке демонстрирует сверхпроводящие свойства даже при толщине в несколько монослоёв. Транспортные и магнитные измерения позволили обнаружить переход от трёхмерной сверхпроводимости к двумерной. Материалы EuAl₂Ge₂ и SrAl₂Ge₂ интересны в первую очередь высокой подвижностью носителей заряда. Подчеркнём, что до недавнего времени высокая подвижность носителей и магнетизм считались взаимоисключающими свойствами, но слоистая структура EuAl₂Ge₂ обеспечила возможность для их совмещения в одном материале.

«На наш взгляд, сверхпроводимость и магнетизм этих материалов позволяют существенно расширить возможности при создании устройств наноэлектроники», — прокомментировал это открытие Андрей Токмачёв.

Добавим, статьи по результатам работы учёных удостоились публикаций в высокорейтинговых научных журналах Small и Journal of Materials Science & Technology.