Учёные БФУ имени Иммануила Канта в международном коллективе провели новаторское исследование магнитных характеристик тонкоплёночных металлических соединений. Эксперимент выявил неизвестные ранее эффекты формирования спинтронных структур, основанных на управлении магнитными моментами электронов. Ключевым достижением стало описание эффекта перпендикулярной магнитной анизотропии в многослойных композициях кобальт-железо-бора при добавлении нанометрового слоя молибдена — критически важного для прогресса спинтроники.
Спинтроника как динамичная отрасль наноэлектроники использует спиновую свободу электронов, открывая путь к устройствам с колоссальной скоростью записи данных, минимальным энергопотреблением и энергонезависимой памятью. Реализация таких разработок требует материалов с особыми свойствами, например, способности к перпендикулярной магнитной анизотропии — намагничиванию вдоль толщины ультратонкой плёнки. Традиционные методы изучения этих явлений в металлических слоях сталкиваются с ограничениями из-за наноразмеров и граничных эффектов, стимулируя поиск высокоточных альтернатив.
Специалисты Балтийского федерального университета совместно с партнёрами из Европы разработали уникальную методику: они синтезировали многослойные плёнки из металлических соединений и анализировали их магнитные свойства in situ. Для этого учёные применили компактную камеру, интегрированную в нейтронный рефлектометр. Установка направляет пучки нейтронов на растущий образец, а анализ их отражения с атомарной точностью фиксирует магнитные характеристики каждого нового слоя сразу после осаждения.
Технология лазерного напыления позволила формировать структуры толщиной в миллионные доли миллиметра на кремниевых подложках. После нанесения каждого слоя нейтронный зонд моментально выявлял изменения в магнитной архитектуре материала благодаря специфическому взаимодействию частиц с атомами.
Центральным результатом стало обнаружение перпендикулярной магнитной анизотропии в плёнках кобальт-железо-бора при модификации слоем молибдена. Тяжёлые атомы молибдена индуцировали переориентацию магнитных моментов соседних атомов перпендикулярно плоскости, создавая эффект, востребованный в проектировании спинтронных чипов нового поколения.
"Нам впервые удалось отследить зарождение ключевых магнитных свойств на межслойных границах — это фундамент для создания энергоэффективной электроники и памяти будущего. Успех обеспечен международной кооперацией и передовыми возможностями нейтронной рефлектометрии", — подчеркнул Пётр Швец, кандидат физико-математических наук, руководитель лаборатории БФУ имени Иммануила Канта.
Источник: indicator.ru
