Ученые РФ синтезировали материалы на основе оксида галлия и железа, перспективные для создания энергоэффективных ячеек памяти

Применение на практике принципов спинтроники для электронных устройств требует создания полупроводниковых материалов, в которых возможно управлять не только электрическими, но и магнитными характеристиками. Такие материалы позволят создавать новые типы памяти, которые будут характеризоваться высокой энергонезависимостью и энергоэффективностью.

К перспективным полупроводниковым материалам спинтроники можно отнести оксид галлия. Этот широкозонный полупроводник сегодня рассматривают как перспективную замену кремнию в силовой электронике, там, где приходится управлять высокими напряжениями с малыми потерями.

Однако магнитные свойства данного оксида пока не были достаточно исследованы. Группа исследователей из Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ», Физико-технического института им. А. Ф. Иоффе РАН (ФТИ им. Иоффе РАН) и Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) впервые исследовала магнитные свойства кристаллов оксида галлия легированных железом. Ранее железо рассматривалось лишь как лиганд, способный скомпенсировать электронную проводимость в оксиде галлия, для чего делались его малые добавки.

«Наша команда впервые вырастила раствор-расплавным методом монокристаллы оксида галлия, сильно легированные железом. В полученных кристаллах мы выявили признаки магнитного упорядочения при комнатной температуре», — отметил профессор кафедры микро- и наноэлектроники СПбГЭТУ «ЛЭТИ», старший научный сотрудник лаборатории физики профилированных кристаллов ФТИ им. Иоффе РАН Камиль Гареев.

Кристаллы получали раствор-расплавным методом: из расплава смеси оксидов молибдена и галлия с добавлением гидроксида железа в специальной камере. Строение образцов изучали рентгеновской дифракцией, магнитные свойства измеряли на вибрационном магнитометре, а поведение материала затем воспроизводили микромагнитным моделированием с применением оригинальной теоретической модели, разработанной профессором СПбГЭТУ «ЛЭТИ», ведущим научным сотрудником лаборатории физики профилированных кристаллов ФТИ им. Иоффе РАН Петром Владимировичем Харитонским.

Рентгеновская дифракция показала, что железо частично замещает галлий в кристаллической решетке, не меняя ее строения. Магнитометрия при комнатной температуре зафиксировала признаки магнитного упорядочения, а моделирование позволило предположить, что оно сосредоточено в узкой области у границы двойникования (то есть срастания половин кристалла), где концентрация железа, предположительно, больше всего.

«В нашей работе мы сделали шаг к тому, что чтобы оксид галлия приобрел ферромагнитные свойства и в будущем мог стать основой для электронных приборов, действующих на принципах спинтроники, что позволит обеспечить быструю коммутацию энергии в линиях высокого напряжения, а также надежное магнитное хранение данных на одном кристалле». Заведующий лабораторией физики профилированных кристаллов ФТИ им. Иоффе РАН Владимир Николаев.

Результаты данного исследования опубликованы в журнале «Физика твердого тела».

Фото: пресс-служба СПбГЭТУ «ЛЭТИ»