Нанокомпозиты на базе полупроводниковых и топологических материалов с мультифазной магнитной подсистемой

Резкое увеличение эффективности вычислительных систем за последние два десятилетия оказало существенное влияние на современную науку и технологии. Одной из ключевых предпосылок к такому развитию стало открытие эффектов гигантского и туннельного магнетоспоротивления и формирование новой области – спинтроники. До сих пор ключевыми материалами применяемыми в спинтронных устройствах являются ферромагнитные металлы. При этом, вскоре после создания первых подобных устройств появилась идея реализовать аналогичные эффекты в полупроводниковых системах, свойствами которых можно достаточно легко управлять. Длительные исследования разбавленных магнитных полупроводников выявили ряд новых и интересных эффектов, однако, ввиду низких рабочих температур такие материалы оказались малопригодными для приложений. Альтернативный подход заключается в создании магнитных нанокомпозитных систем, в которых диапазон рабочих температур определяется температурой Кюри материала включений, которая может значительно превышать комнатную. В подобных нанокомпозитах, посредством наблюдения аномального эффекта Холла, было показано наличие спин-поляризованного тока при комнатной температуре, т.е. выполнялось ключевое требование к материалам спинтроники. В рамках такого подхода можно конструировать новые нанокомпозитные системы, имеющие интерес как с фундаментальной, так и с практической точек зрения. Поэтому настоящий проект посвящён выработке эффективных способов создания нанокомпозитов с управляемыми параметрам, и использованию таких систем для исследования фундаментальных аспектов взаимодействия носителей заряда в проводящей матрице с мультифазной магнитной подсистемой. Предлагаемые работы включают полный цикл исследований – отработка режимов получения нанокомпозитов с заданными свойствами, подробное исследование их структуры и магнитных свойств, а также изучение взаимодействия проводящей и магнитной подсистем в рамках магнетотранспортных измерений. Интерес к бимагнитным системам (то есть, содержащих две компоненты различной магнитной жёсткости) связан с эффектом обменного связывания компонент такой системы (exchange spring magnet), который может приводить к существенному увеличению максимального энергетического произведения, что является одним из ключевых параметров для создания постоянных магнитов. При этом, большая часть таких работ сфокусирована на непроводящих системах, в настоящем же проекте предлагается рассмотреть аналогичную систему на основе проводящей матрицы, носители заряда в которой, потенциально, могут усиливать такое связывание. Поэтому предлагаемые исследования бимагнитных нанокомпозитов нацелены на выявление роли носителей заряда в установлении обменной связи между включениями различной магнитной жёсткости, что может привести к созданию новых материалов для постоянных магнитов. Кроме того, предлагаемые нанокомпозиты на основе систем Ga-Mn-Sb и Al-Mn-Sb, потенциально, могут быть сами использованы как материалы постоянных магнитов. Перспективность применения таких систем связана с отсутствием в них редкоземельных элементов, использование которых обуславливает высокую стоимость основных материалов, применяемых для данных целей. Тут стоит отметить, что в полупроводниковых материалах, содержащих магнито-мягкие частицы или компоненты, остаточная намагниченность обычно мала, что требует использования подмагничивания внешним полем, тогда как при наличии магнито-мягкой и магнито-жесткой компонент подмагничивание со стороны магнито-жестких частиц может приводить к значительному увеличению остаточной намагниченности такой системы. Вдобавок, на основе данных нанокомпозитов возможно создать полупроводниковые спинтронные устройства, управляемые внешними воздействиями и работающие при температурах выше комнатной температуры, что является крайне актуальной задачей. Синтез магнитных нанокомпозитов, как правило, проводится на базе полупроводниковых или полимерных матриц, тем не менее, предлагаемые методологии получения и исследования нанокомпозитов можно применить и к другим классам материалов. В частности, в рамках такого подхода можно исследовать системы на базе топологических материалов с магнитными включениями. Интерес к таким материалам обусловлен их уникальными свойствами, связанных с нетривиальной формой электронного спектра, а также значительными перспективами их применения в спинтронных устройствах. При этом, свойства композитных систем на основе топологических материалов, в частности дираковских полуметаллов, фактически, не изучены. При этом, редкие сообщения о взаимовлиянии других классов топологических материалов с магнитной подсистемой указывают на перспективность рассмотрения подобных систем. Поэтому одну из задач настоящего проекта составляет исследование взаимодействия магнитной и проводящей подсистем в нанокомпозитах на основе наиболее изученного дираковского полуметалла – Cd3As2. При этом, использование в качестве нановключений материалов с различным типом магнитного упорядочения, должно не только