Исследователи из Курчатовского института совершили прорыв в материаловедении, разработав инновационные функциональные материалы на основе кремния и германия. Эти разработки открывают перспективы для создания нового поколения устройств в областях наноэлектроники и спинтроники. Материалы имеют слоистую структуру, и их ключевая особенность заключается в том, что их свойства — от магнитных характеристик до сверхпроводимости — можно тонко настраивать, варьируя количество атомных слоев.
Инновационный метод синтеза
Создание этих материалов стало возможным благодаря уникальной технологии синтеза. Ученые использовали прекурсоры — исходные соединения, — которые являются аналогами графена, но на основе кремния (силицен) и германия (германен). Этот подход позволил получить принципиально новые классы соединений с заданными свойствами.
«Наша методика открыла путь к целым семействам новых материалов с разнообразными функциональными характеристиками, — пояснил Андрей Токмачев, руководитель проекта и ведущий научный сотрудник Лаборатории новых элементов наноэлектроники Курчатовского комплекса НБИКС-природоподобных технологий. — Мы можем целенаправленно проектировать их свойства для конкретных задач».
Уникальные свойства новых материалов
Каждый из созданных материалов обладает выдающимися характеристиками. Например, тонкопленочный материал SrAlSi, нанесенный на кремниевую подложку, демонстрирует свойства сверхпроводимости даже при толщине всего в несколько атомных слоев. Другие соединения, такие как EuAl2Ge2 и SrAl2Ge2, привлекают внимание рекордно высокой подвижностью носителей электрического заряда.
Особый интерес представляет материал EuAl2Ge2. Ранее считалось, что высокая подвижность носителей заряда и сильные магнитные свойства (магнетизм) в одном материале являются взаимоисключающими. Однако слоистая архитектура EuAl2Ge2 позволила успешно совместить эти два важнейших параметра, что открывает новые горизонты для спинтронных устройств.
Почему это важно для будущего электроники?
Развитие микроэлектроники уперлось в физические ограничения традиционного кремния. При дальнейшем уменьшении размеров транзисторов в чипах начинают доминировать нежелательные квантовые эффекты, мешающие нормальной работе. Новые материалы, подобные разработанным в Курчатовском институте, позволяют не бороться с квантовыми явлениями, а управлять ими и использовать в полезных целях.
Переход на такие материалы сулит революционные изменения: нанотранзисторы будущего будут работать на порядки быстрее, при этом потребляя значительно меньше энергии. Это критически важно для развития вычислительной техники, интернета вещей и портативной электроники.
Обратите внимание: Оптический компьютер - будущее электроники.
Глобальный контекст разработок
Работа над материалами для наноэлектроники и спинтроники ведется в ведущих научных центрах по всему миру. Помимо России, активные исследования и производство подобных технологий налажены в Тайване, Южной Корее, Сингапуре, Китае, а также в европейских странах — Германии, Великобритании и Франции. Разработка Курчатовского института является весомым вкладом России в эту глобальную технологическую гонку.
Больше интересных статей здесь: Технологии.