Ученые УрФУ синтезировали ряд материалов, обладающих полупроводниковыми и магнитными свойствами одновременно.
Основой их состава является диоксид олова (SnO2), к которому добавлено разное количество магнитных ионов (кобальта и цинка). Благодаря последним эти материалы приобрели магнитные свойства. Созданные системы перспективны для создания сверхбыстрых компьютеров. Результаты исследования опубликованыв журнале Alloys and Compounds.
Человечеству издавна известны магнитные полупроводники — материалы, одновременно проявляющие полупроводниковые (проводят ток) и магнитные свойства. В процессе их изготовления к основному веществу или матрице добавляют магнитные ионы. Было показано, что даже небольшое количество последних наделяет материал магнитными свойствами. Такие вещества назвали разбавленными магнитными полупроводниками (РМП).
«Интерес к магнитным полупроводникам появился в связи с возможностью сочетать полупроводниковые и магнитные свойства в одном объекте, — комментирует Иван Жидков, кандидат физико-математических наук, научный сотрудник кафедры электрофизики Уральского федерального университета. — То есть если мы создадим наноразмерные элементы на их основе, то сможем считывать как зарядовое состояние, так и магнитное. Это открывает возможности для создания сверхбыстродействующих компьютеров».
На сегодняшний день хорошо изучены РМП, содержащие один тип магнитных ионов, тогда как с двумя и более — еще только исследуются. Синтезированные уральскими учеными материалы относятся к РМП. Они отличаются друг от друга содержанием магнитных ионов (кобальта и цинка), а матрица у них одна и представлена диоксидом олова.
Исследователиизучили влияние взаимодействия кобальта и цинка с кислородными вакансиями (пустотами в решетке материала) на магнитные свойства диоксида олова в зависимости от содержания этих магнитных ионов. Были исследованы их магнитные свойства, атомная и электронная структура, а также влияние отжига (вид термической обработки) материалов на указанные параметры. В результате выяснилось, что высока вероятность формирования кислородных вакансий рядом с внедренными ионами.Именно их образование обеспечивает появление магнетизма у синтезированных материалов.
Это объясняется тем, что магнитные ионы при внедрении в кристаллическую решетку имеют заряд +2 и способны связаться только с двумя атомами кислорода. Атом олова в составе диоксида олова находится в состоянии +4 и связан с четырьмя атомами кислорода. Магнитные ионы не способны образовывать две дополнительные связи с кислородом, в результате чего рядом с ними образуются пустоты. На эти пустотах могут размещаться электроны.
«Магнетизм в такой системе в основном обусловлен взаимодействием магнитных моментов кислородных вакансий и собственных магнитных моментов атомов примеси с неспаренными электронами, локализованными на этих же кислородных вакансиях, — заключает Иван Жидков. — Кроме того, увеличение концентрации примеси кобальта и цинка способствует увеличению общего магнитного момента системы — основной характеристики магнетизма».
