Исследователи БФУ имени Иммануила Канта вместе с коллегами из Европы провели уникальный эксперимент по изучению магнитных явлений в тонких металлических пленках и впервые детально зафиксировали ключевой для спинтроники эффект перпендикулярной магнитной анизотропии при добавлении слоя молибдена. Результаты опубликованы в журнале Vacuum.
Спинтроника — одно из самых перспективных направлений современной наноэлектроники. Она использует не только заряд электрона, как обычная электроника, но и его спин — собственный магнитный момент частицы. Это открывает путь к созданию устройств с высокой скоростью работы, минимальным энергопотреблением и возможностью сохранять данные даже при отключении питания. Ключевым свойством для таких технологий является перпендикулярная магнитная анизотропия — способность тонких пленок намагничиваться перпендикулярно своей плоскости. Однако до сих пор точно исследовать это явление в многослойных структурах было затруднительно из-за их нанометровых размеров и сложных интерфейсных взаимодействий.
Чтобы преодолеть эти трудности, команда ученых из Калининграда, Швеции, Франции и Германии применила уникальный подход. Они создали многослойные тонкие пленки из металлических соединений и исследовали их магнитные свойства в реальном времени с помощью специально сконструированной установки. Эта система сочетает компактную вакуумную камеру для лазерного напыления слоев и нейтронный рефлектометр — прибор, позволяющий «просвечивать» материал пучками нейтронов. По тому, как нейтроны отражаются от слоев, можно судить о магнитных свойствах пленки с атомной точностью.
В ходе экспериментов ученые выяснили, что при нанесении на пленки кобальта-железа-бора тонкого слоя молибдена возникает выраженный эффект перпендикулярной магнитной анизотропии. По словам исследователей, тяжелые атомы молибдена влияют на магнитные моменты соседних атомов, заставляя их выстраиваться перпендикулярно плоскости пленки. Это открытие может стать важным шагом к созданию новых элементов памяти и энергоэффективных спинтронных устройств.
Мы смогли наблюдать, как именно на границах слоев начинают формироваться магнитные свойства, которые критически важны для устройств хранения данных и энергоэффективной электроники. Это стало возможным благодаря уникальной международной коллаборации и использованию передовой установки нейтронной рефлектометрии.
- Петр Швец, кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией сложных оксидов БФУ имени Иммануила Канта
Исследование не только дает новые данные о фундаментальных магнитных процессах, но и открывает перспективы для разработки более быстрых и экономичных устройств наноэлектроники будущего.
Источник: Минобрнауки РФ
Фото: БФУ
