РНФ 23-79-01298
Моделирование низкоразмерных магнитных гетероструктур для спинтронных устройств нового поколения
Наш проект посвящен разработке перспективных спинтронных материалов и устройств с помощью компьютерного моделирования.
Цель проекта
Цель проекта:
Теоретическое исследование новых магнитных гетероструктур (на основе сплавов Гейслера, графена и дихалькогенидов) для применения в спинтронике, включая анализ их проводимости, туннельного магнитосопротивления и спиновой инжекции, с целью сокращения экспериментальных затрат и ускорения разработки перспективных устройств (MRAM, спиновых транзисторов).
Ключевые задачи:
Фундаментальное понимание свойств материалов и рекомендации для их синтеза, способствующие развитию энергоэффективной микроэлектроники.
Теоретическое исследование новых магнитных гетероструктур (на основе сплавов Гейслера, графена и дихалькогенидов) для применения в спинтронике, включая анализ их проводимости, туннельного магнитосопротивления и спиновой инжекции, с целью сокращения экспериментальных затрат и ускорения разработки перспективных устройств (MRAM, спиновых транзисторов).
Ключевые задачи:
- Моделирование гетероструктур и их транспортных свойств.
- Изучение туннельного магнитосопротивления и спиновой инжекции.
- Анализ влияния оксида MoO₃ на проводимость.
- Прогнозирование эффективности для спинтронных устройств.
Фундаментальное понимание свойств материалов и рекомендации для их синтеза, способствующие развитию энергоэффективной микроэлектроники.
Основные исполнители
- Руководитель гранта
к.ф.м.н., научный сотрудник
Результаты проекта
Разработаны модели магнитных гетероструктур на основе Co2FeGe1/2Ga1/2 (CFGG) и дихалькогенидов (WX2, MoTe2), доказано сохранение и усиление ферромагнетизма на границе раздела, а также выявлены оптимальные комбинации материалов (например, WTe2/CFGG) с высокой спиновой поляризацией (до 90%). Дополнительно изучено влияние MoO3 на проводимость графена и MoTe2, показано появление спиновой поляризации в графене и изменение запрещённой зоны MoO3.
Преимущества результата
- Высокая спиновая поляризация (до 90%)
- Гетероструктуры WTe2/CFGG демонстрируют стабильную полуметалличность, что критично для эффективных спиновых клапанов и MRAM.
- Уменьшение потерь энергии при передаче спин-поляризованных токов.
- Контролируемая магнитная структура
- Co-терминация CFGG сохраняет полуметалличность уже в первом слое, что упрощает интеграцию в спинтронные транзисторы.
- FeGeGa-терминация позволяет управлять восстановлением свойств на глубине 3-4 слоёв.
- Гибкость в проектировании устройств
- MoO2 модифицирует проводимость графена и MoTe2, открывая путь к управляемым спиновым затворам.
- Запрещённая зона MoO3 уменьшается с 2,4 эВ до ~1 эВ, что полезно для низковольтной электроники.
- Перспективные альтернативные материалы (GdAlSi)
- Тригональная фаза GdAlSi может проявлять 2D-ферромагнетизм, что важно для ультратонких спинтронных элементов.
- Антиферромагнитные свойства в объёмной фазе полезны для энергоэффективной памяти.
Публикации по проекту
- Averyanov D., Sokolov I., Taldenkov A., Parfenov O., Larionov K., Sorokin P., Kondratev O., Tokmachev A., Storchak V. Engineering of a Layered Ferromagnet via Graphitization: An Overlooked Polymorph of GdAlSi // J. Am. Chem. Soc. 2024, V. 146, № 23, P. 15761
- Larionov K.V., Sorokin P.B. Trace of altermagnetism in GdAlSi films: towards the 2D limit // J. Mater. Chem. C, 2025, Advance Article
