Командой из Екатеринбургского федерального университета им. Ельцина (УрФУ) и индийского Пондичерри (Pondicherry University) созданы материалы, которые одновременно и семикондукторы, и магниты. Основной их составляющей стала двуокись олова. Кроме диоксида олова в составе материалов есть незначительные по массе доли ионов кобальта и цинка, обладающих магнетизмом, что делает эти материалы тоже магнитными. Разработка ученых найдет применение в производстве сверхбыстрых компьютеров. Данные о работе опубликованы в научном издании Alloys and Compounds.
Магнитные полупроводники, вещества, которые имеют полупроводниковые и в то же время магнитные свойства, уже достаточно давно известны науке. Для их получения к основе – матрице, нужно добавить какие-либо из магнитных ионов. Учеными было доказано, что магнитные свойства у материала появляются даже после добавления незначительных количеств таких ионов. Данную группу веществ назвали РМП (разбавленные магнитные полупроводники).
Один из авторов исследования россиянин Иван Жидков сказал, что магнитные полупроводники стали особо интересны благодаря сочетанию в одном предмете двух качеств: полупроводника и магнита. Ученый также отметил, если произвести на их базе наноэлементы, то станет возможным считывание зарядового, а также магнитного состояния, а это уже шанс создать сверхбыстродействующие компьютеры.
В настоящее время достаточно много РМП, в составе которых есть магнитные ионы одного из типов, а вот содержащие два и более типов ионов вещества пока находятся только на стадии разработки и исследования. Синтезированные екатеринбургскими исследователями разбавленные магнитные полупроводники имеют общую матрицу, представленную двуокисью олова, но магнитные ионы, которые в них содержатся отличаются.
Командой были тщательно изучены последствия реагирования кобальтовых и цинковых ионов с пустотами в решетке материала, так называемыми кислородными вакансиями, для магнитных свойств двуокиси, притом ученые отслеживали уровень присутствующих в веществе магнитных ионов. Ученые анализировали их магнетизм, атомное и электронное строение. Кроме того, оценивалось то, как влияет тип термической обработки (обжига) на данные характеристики материала. Исследование привело к выводу, что около внедренных ионов образование кислородных вакансий происходит с очень высокой вероятностью. А этот процесс, как известно, и определяет наличие магнитных свойств у новых материалов. Дело в том, что магнитные ионы в момент включения их в структуру кристаллической решетки обладают зарядом +2, а значит, могут образовать связь только с двумя кислородными атомами. Атом олова в своем диоксиде имеет заряд +4 и, соответственно, образует связь с четырьмя кислородами. Так как ионы с магнитными свойствами, не могут образовать две добавочные связи с атомами кислорода, вокруг них образуются кислородные вакансии. И на данных пустотах возможно размещение электронов.
Как сказал Жидков, магнитные свойства подобной системы в большей степени объясняются взаимодействием между магнитными моментами пустот в решетках материалов с собственно магнитными моментами атомов примесей с не имеющими пары электронами, расположенными на тех же пустотах. Важным моментом является то, что повышение процента содержания примесей кобальта и цинка в системе ведет к пропорциональному повышению ее общего магнитного момента, который является главной характеристикой магнетизма.
Гарантия
Сервис
Подбор
Госзакупки
