16-03-00796

Синтез ферромагнитных композитов с температурой Кюри выше комнатной на основе систем Cd₃As₂- MnAs и Zn₃As₂-MnAs

Руководтель проекта	Исполнители проекта
Федорченко Ирина Валентиновна	Аронов Алексей Николаевич	Риль Алексей Игоревич
	Васильеви Павел Николаевич	Арсланов Темирлан Расулович

Аннотация

Одной из актуальных проблем современного материаловедения является разработка новых материалов для спинтроники. Устройства спинтроники выгодно отличаются от аналогичных устройств электроники как по быстродействию и энергоэкономичности, так и по надежности. С другой стороны, на сегодняшний день такие устройства не удается интегрировать в систему на чипе, что не позволяет использовать их преимущества в полном объеме. Например, в таких ответственных устройствах как кардиостимуляторы или инсулиновые помпы энергопотребление и размеры являются критичными параметрами. В таких приборах, сенсоры на основе эффекта гигантского магнитного сопротивления (ГМС), про-ва фирмы NVE, вытеснили традиционные компоненты, в то время как кристаллы на чипе, для обеспечения надежности, до сих пор исполняются в виде дублирующих друг друга систем, что, безусловно, оказывает негативное влияние на размер, энергопотребление и стоимость таких устройств. Данный проект направлен на разработку нанокомпозитов на основе полупроводниковой матрицы с ферромагнитными нановключениями. Такие композиты представляет собой однослойный аналог сверхрешеток ферромагнетика с немагнитной прослойкой. Без приложения внешнего магнитного поля, магнитные моменты включений ориентированы произвольно, а при приложении внешнего магнитного поля они ориентируются вдоль него, что приводит к существенному падению сопротивления. Очевидными преимуществами таких композитов являются: реализация структуры в виде одного слоя и выбор в качестве материала матрицы полупроводника, что имеет дополнительные плюсы по сравнению с металлом и диэлектриком. Во-первых, такой композит совместим с полупроводниковой технологией; во-вторых, из-за разной природы связи в материалах, интерфейс полупроводник-ферромагнетик достаточно стабилен (как правило, это системы эвтектического типа с низкими коэффициентами диффузии); в-третьих, длина свободного пробега в полупроводниках больше чем в металлах, что обеспечивает дополнительную надежность; и, в четвертых, в таких системах может быть получен как эффект туннельного магнитного сопротивления (ТМС), так и эффект ГМС. Таким образом, функциональность и спектр создаваемых устройств на основе таких композитов может быть существенно расширен. В данном проекте в качестве матриц композита выбраны полупроводники группы A^II₃B^V₂ (Zn(Cd)3As2) и пниктид марганца - MnAs. Выбор этих полупроводниковых соединений обуславливается тем, что, композиты на их основе могут быть получены в виде тонких пленок методом вакуумно-термического напыления (соединения испаряются конгруэнтно). Арсенид марганца является интенсивно изучаемым ферромагнетиком. Он обладает магнитокалорическим [1] и магнитоупругим [2] эффектами. В связи с этим представляет интерес изучение нанокомпозита на его основе. Таким образом, выбор данной пары соединений для создания композитов на их основе будет иметь как фундаментальное, так и прикладное значение для развития спинтроники.
[1] Sergio Gama, Adelino A. Coelho, Ariana de Campos, A. Magnus G. Carvalho, Flavio C. G. Gandra, Pedro J. von Ranke, and Nilson A. de Oliveira //Pressure-Induced Colossal Magnetocaloric Effect in MnAs // Phys. Rev. Lett. 93, 237202 (2004)
[2] V. A. Chernenko, L. Wee, P. G. McCormick and R. Street / Giant magnetoelastic response in MnAs // J. Appl. Phys. 85, 7833 (1999)