Химики Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова с коллегами синтезировали новую кристаллическую структуру на основе атомов молибдена и хлора, которая проявляет магнитные свойства, необходимые для спинтронных устройств. Охладив соединение до –261°C, учёные обнаружили, что оно начинает вести себя как ферромагнетик — притягивается к магниту, что нехарактерно для других соединений молибдена. Потенциально такая особенность позволит использовать кристаллы при создании новых устройств хранения информации и магнитных датчиков. Результаты, поддержанные грантом РНФ, опубликованы в журнале Inorganic Chemistry.
Современные электронные устройства практически достигли предела миниатюризации, особенно остро эта проблема стоит для систем искусственного интеллекта, обрабатывающих огромные объёмы данных. Альтернативой может стать спинтроника на основе двумерных магнитных структур, где для работы с информацией используются не заряды электронов, а магнитные моменты атомов — их можно сравнить с крошечными стрелками компаса, отклоняющимися под действием внешнего поля. Однако материалов, сохраняющих намагниченность в двумерном виде, известно мало, что ограничивает разработку компактных устройств.
В качестве объекта исследования учёные взяли хлорид молибдена: это вещество образует пары атомов молибдена, соединённых через атомы хлора, а в зависимости от расположения таких пар в кристалле приобретает ферромагнитные свойства при разных температурах. Кристаллы вырастили в герметичной трубке, обработав порошок молибдена газообразным хлором, а затем поместили в неравномерно разогретую печь для получения нужной формы. Дополнительно получили образцы, в которых часть атомов молибдена заменили на рений или ниобий, чтобы оценить влияние состава на магнитные свойства.
Эксперименты показали, что в кристаллах чистого хлорида молибдена пары атомов могут занимать три разные позиции в решётке, из-за чего взаимодействуют с неодинаковой силой. При охлаждении до –261°C магнитные моменты выстраиваются параллельно, обеспечивая ферромагнетизм. Замена части молибдена на рений дала слабый магнетизм (моменты направлены в противоположные стороны, но не компенсируются полностью), а соединение с ниобием вовсе не проявило магнитных свойств. Таким образом, учёные доказали, что магнитные свойства хлорида молибдена можно настраивать, изменяя как расположение пар атомов в кристалле, так и их химический состав.
На обложке: кристаллы пентагалогенидов. Источник: Анна Воробьева / МГУ имени М.В. Ломоносова.
