В России разработан материал для энергоэффективной электроники нового поколения

Российские ученые впервые вырастили кристаллы оксида галлия с железом, которые обладают магнитными свойствами при комнатной температуре. Для спинтроники нужны полупроводники, одновременно управляющие электрическими и магнитными параметрами. Новый материал может лечь в основу устройств с высокой энергонезависимостью.

Создание материала

Создан материал для энергоэффективной электроники нового поколения, пишет ТАСС. Кристаллы оксида галлия, легированные железом, проявили магнитные свойства при комнатной температуре.

Ученые 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 синтезировали кристаллы оксида галлия, легированные железом, которые проявляют магнитные свойства при комнатной температуре. Это открывает путь к созданию новых видов сверхэффективной памяти для электронных устройств будущего, сообщили в пресс-службе вуза.

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 в 2026 г. рассматривают как перспективную замену кремнию в силовой электронике, там, где приходится управлять высокими напряжениями с малыми потерями.

Свойства оксида

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

«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.

Как банк из топ-3 заменил Oracle WebLogic: опыт внедрения российской платформы управления серверами приложений ИТ в банках

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 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.

Основа для электронных приборов

«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.

• Обзор российского электромобиля АТОМ — машина-гаджет, первый тест в России