Новости города БезФормата.Ru
Долгопрудный
Главные новости
 
Задать вопрос?

Физики предсказали неметаллическую полуметалличность


Исследователи из МФТИ и ИТПЭ РАН вместе с коллегой из Японии (Институт физико-химических исследований RIKEN) теоретически обосновали существование нового класса материалов. Описанные в статье для журнала Physical Review Letters системы предложено назвать спин-долинными полуметаллами (англ.  spin-valley half-metals ), и они могут найти применение во вживляемой электронике вкупе с устройствами на основе графена, нанотрубок и других перспективных материалов.


Предложенный микроскопический механизм существенно отличается от ранее известной и основанной на сильном межэлектронном взаимодействии модели полуметаллов. Это позволяет надеяться на получение по-настоящему «неметаллических» полуметаллов без атомов переходных металлов вроде никеля, марганца или лантана. Такие полуметаллы пригодились бы во вживляемых устройствах и системах на основе перспективных углеродных материалов; сами исследователи используют термин «спин-долинная электроника» для одной из возможных альтернатив традиционной электронике.


За прошедшее с момента появления первых радиоламп время электроника подошла к пределу своих возможностей. Увеличивать дальше число транзисторов на чипах или повышать тактовую частоту микропроцессоров затруднительно, и сегодня учёные рассматривают иные подходы вроде спинтроники, опирающейся на наличие у электрона спина. Спинтроника уже используется на практике: например, эффект гигантского магнитосопротивления позволил ещё на рубеже XXI столетия резко повысить ёмкость жёстких дисков за счёт применения более чувствительных датчиков магнитного поля для считывания информации.


Над созданием новых спинтронных устройств учёные активно работают по всему миру. Один из перспективных типов материалов для спинтроники — так называемые полуметаллы (в англоязычной литературе — half-metals ), предсказанные физиками при помощи компьютерного моделирования, а потом обнаруженные экспериментальным путём. В отличие от металла, полуметалл проводит ток только электронами с заданным спином: например, со спином вверх, а электроны со спином вниз имеют слишком большую энергию и в переносе заряда принять участия не могут. Благодаря этому электрический ток через полуметалл автоматически переносит спин, то есть является ещё и спиновым током.

Рисунок: Спин, собственный момент импульса элементарных частиц, у электрона всегда равен ½ (половине постоянной Планка) и может быть направлен вверх или вниз.


В спин-долинной электронике предлагается контролировать не только переносимый током спин, но и так называемый долинный индекс. Термин «долина» взят из физики полупроводников. В твёрдых телах энергия возбуждения электронных состояний математически выражается как функция E(k,n) . Здесь k обозначает импульс электрона, а n — индекс зоны, то есть дискретную квантовую характеристику состояния электрона. Такая функция может иметь весьма причудливый вид, и если она имеет несколько минимумов со сравнимыми значениями энергии возбуждения, то говорят о наличии долин. Приближённо можно считать, что электроны, состояние которых соответствует одной из долин, не взаимодействуют с электронами, которые находятся в другой долине. Такой электронный коллектив может переносить не только спин и заряд, но и новую величину — долинный индекс .



Долинный индекс может быть использован для передачи информации с помощью «долинных» токов, по аналогии со спиновыми токами. Работы в этом направлении уже ведутся рядом исследовательских групп, так что речь в новой публикации идёт не просто о теоретической абстракции. Новизна заключается не в идее использовать долинный индекс, а в обосновании нового класса материалов, на основе которых возможно создать спин-долинную электронику.



Что нового?

Уже имеющиеся в распоряжении физиков полуметаллы содержат в своём составе атомы переходных металлов: никеля, марганца, лантана и др. Авторский коллектив, объединяющий учёных из России и Японии, предложил теоретический сценарий возникновения полуметалличности, не требующий атомов переходных металлов. Такое свойство может быть весьма удачным для ряда приложений вроде вживляемых устройств.


Получать «неметаллические полуметаллы» физики предлагают из особого класса токонепроводящих материалов, так называемых диэлектриков с волной зарядовой или спиновой плотности. Волнами зарядовой/спиновой плотности называют периодически расположенные в материале микроскопические участки с ненулевым средним зарядом/спином. Физики-теоретики описывают подобные системы как квантовый конденсат электрон-дырочных пар . Для получения такой пары нужны две долины, одна даст электроны, другая — дырки. Именно наличие двух долин в исходной системе даст возможность создать спин-долинный полуметалл.




Рисунок: На рисунке изображены зависимости энергии электронов и дырок от их импульса и спина. (Четыре чёрные кривые соответствуют двум проекциям спина электрона и двум проекциям спина дырки.) Жирная кривая соответствует электронным состояниям, способным поддерживать электрический ток (образующим поверхность Ферми). В зависимости от того, каковы взаимные направления спинов дырок (красные стрелки) и спинов электронов (синие стрелки) на поверхности Ферми, можно получить обычный полуметалл (с) или спин-долинный  (d).



«Дыркой» в полупроводниках называют квазичастицу, проявляющую себя как положительный заряд. Для того, чтобы материал с волной плотности стал полуметаллом, его необходимо подвергнуть специальной обработке, легировать. Легирование, или как ещё говорят, допирование, — это добавление электронов или дырок в исходный изолятор. Как поясняет один из авторов работы, сотрудник кафедры электродинамики сложных систем и нанофотоники МФТИ Александр Рожков , в основе допирования может лежать как воздействие на систему внешним электрическим полем, так и химические модификации поверхности или объёма: « Для конкретной системы можно подбирать легирующие атомы — азота, фосфора или иных элементов — так, чтобы они замещали атомы чистой системы, отдавая или принимая электроны проводимости, меняя свойства исходного материала».


Вопрос о допировании материалов с волнами плотности обсуждался давно: в новой публикации упоминаются и статьи, выпущенные ещё в 1970-е годы. В подобных системах обнаружены разнообразные фазы, в том числе и пространственно неоднородные (так называемое фазовое расслоение, а также состояния с доменными стенками, часто называемыми «страйпами»). И вот новая неожиданность — предсказание двух новых фаз, обычного и спин-долинного полуметалла.


Один из соавторов работы, старший научный сотрудник Института теоретической и прикладной электродинамики РАН Артём Сбойчаков , прокомментировал исследование следующим образом: «В каком-то смысле, наше открытие оказалось сюрпризом даже для нас самих. Физическая модель, в которой мы обнаружили наличие полуметаллической спин-долинной фазы , известна уже несколько десятилетий и является по сути классической. Это в сущности подтверждает знаменитый ленинский тезис о неисчерпаемости электрона наравне с атомом. Теперь дело за экспериментаторами. Веществ, которые хорошо описываются рассмотренной нами моделью, известно достаточно много. Поэтому я убеждён, что предсказанная нами фаза будет в конце концов обнаружена, либо в уже существующих соединениях, либо в материалах, которые будут синтезированы в будущем».


Сам факт публикации в одном из самых цитируемых физических журналов, Physical Review Letters, уже указывает на признание важности идеи физиков МФТИ, Института теоретической и прикладной электродинамики РАН, а также японского Института физико-химических исследований RIKEN. Но кроме того, один из соавторов работы, главный научный сотрудник Института теоретической и прикладной электродинамики РАН Климент Кугель , замечает: «На недавней конференции в Москве я обсуждал эту идею с Санг-Вук Чеонгом (Sang-Wook Cheong), директором центра перспективных материалов Ратгерского университета (Rutgers University), США. Он известный физик-экспериментатор с совершенно рекордным индексом цитируемости; достаточно сказать, что у него имеется примерно сотня статей, на каждую из которых не менее сотни ссылок. Ему понравилась наша работа, и он сказал, что одно из его любимых увлечений — взять какое-нибудь предложение теоретиков и найти конкретный материал, где оно реализуется. Почти всегда ему это удавалось. Будем надеяться, что и нам в данном случае повезёт».
Виртуозова и Звягина провели совещание с руководителями муниципальных информационных агентств - Правительство Московской областиИсточник: Пресс-служба Губернатора Московской области Вице-губернатор Московской области Наталья Виртуозова 21 сентября провела совещание с руководителями муниципальных информационных агентств,
21.09.2017 Правительство Московской области
"Современная газета не может жить без интернета..." - Газета ФактВице-губернатор Московской области Наталья Виртуозова 21 сентября провела совещание с руководителями муниципальных информационных агентств.
21.09.2017 Газета Факт
Ярмарку вакансий поддержали 8 работодателей - OpenDubna.RuЯрмарка вакансий для безработных и ищущих работу граждан была организована Дубненским центром занятости и проведена на базе городской библиотеки семейного чтения 21 сентября.
21.09.2017 OpenDubna.Ru
Глава Подмосковья в пятерке самых цитируемых губернаторов-блогеров - NovostiMO.RuГубернатор Московской области Андрей Воробьёв в августе вошёл в пятёрку наиболее цитируемых глав российских регионов, которые ведут собственные блоги.
21.09.2017 NovostiMO.Ru
В "Надежде" напомнили о ПДД - OpenDubna.RuДубненские  госавтоинспекторы 18  сентября в предверии проведения Недели безопасности провели тематический урок безопасности "Вспомним ПДД" с воспитанниками детского сада № 1 "Надежда",
21.09.2017 OpenDubna.Ru
Воробьёв вошёл в топ-5 августовского рейтинга цитируемости губернаторов-блогеров - РТВ-ПодмосковьеГубернатор Московской области Андрей Воробьёв в августе вошёл в пятёрку наиболее цитируемых глав российских регионов, которые ведут собственные блоги.
21.09.2017 РТВ-Подмосковье
Жители Подмосковья смогут обратиться в Госадмтехнадзор через мобильное приложение - Городские вестиОпытное тестирование приложения для мобильных устройств «Народный инспектор» завершится в Московской области в начале октября, сообщает пресс-служба Госадмтехнадзора региона со ссылкой на главу ведомства Татьяну Витушеву.
21.09.2017 Городские вести
Воробьев вошел в топ‑5 рейтинга цитируемости губернаторов‑блогеров в августе - Подольский рабочийГубернатор Московской области Андрей Воробьев в августе вошел в пятерку наиболее цитируемых глав российских регионов Фото: © РИАМО,
21.09.2017 Подольский рабочий
Российская академия художеств приглашает на выставку, посвященную ее 260-летию.
21.09.2017 Вести-Москва
По подозрению в убийстве Ступинский ОМВД разыскивает двух уроженцев Средней Азии - Ступинская панорамаФото: Ступинский ОМВД ОМВД России по Ступинскому району разыскивает: По подозрению в совершении преступления, предусмотренного ч.1 ст.
21.09.2017 Ступинская панорама
Опасные грибы - Газета ФактБогатым на вызовы по поиску потерявшихся в лесу выдалось 20 сентября для пожарных и спасателей Балашихинского управления ГКУ МО «Мособлпожспас».
21.09.2017 Газета Факт
К 71-летию Международного военного трибунала в Нюрнберге - Газета Факт71 год назад впервые в истории представители всех наций мира осудили злодеев, совершивших особо тяжкие преступления государственного масштаба против человечества – гитлеровский фашистский режим, его карательные институты,
21.09.2017 Газета Факт
УФСБ России обнаружило амфетамин у люберчанки - Люберецкая панорама
УФСБ России обнаружило амфетамин у люберчанки
ЛЮБЕРЦЫ. 21 сентября. INLUBERTSY.RU – УФСБ России по городу Москве и Московской области во взаимодействии с сотрудниками полиции пресечена противоправная деятельность гражданки РФ Ивановой О.А.
Люберецкая панорама
ОМОН проводит зачистку территории около ТЦ «Москва» - Орехово-Зуевская правда
ОМОН проводит зачистку территории около ТЦ «Москва»
Сотрудники ОМОНа проводят зачистку территории около ТЦ «Москва», где собрались десятки мигрантов и сотрудников ТЦ, задержаны около 10 человек, передает в четверг корреспондент РИАМО Фото: Николай Корешков,
Орехово-Зуевская правда
Screenshot 32 - Газета Новые Известия
Тихвинские полицейские проверяют видео с избиением школьницы
В Ленинградской области возбудили уголовное дело после того, как в соцсетях распространилось видео, на котором школьница жестоко избивает свою сверстницу.
Газета Новые Известия
Кинофестиваль «Ералаш» пройдет во Дворце культуры Люберец 23 сентября - Администрация г.ЛюберцыКинофестиваль «Ералаш» пройдет в подмосковных Люберцах 23 сентября, сообщил глава городского округа Владимир Ружицкий.
21.09.2017 Администрация г.Люберцы
В Подмосковье планируют установить 57 тыс. новых светильников в рамках программы губернатора - Серебряно-Прудский вестникФото: ©, пресс-служба администрации городского округа Реутов В правительстве Московской области обсудили реализацию программы «Светлый город»: так, в регионе планируется установить в целом 57 тысяч новых светильников,
21.09.2017 Серебряно-Прудский вестник
Пушкино - библиотечная столица Подмосковья - Газета МаякКруглый стол на тему «Перезагрузка» библиотек Московской области. Актуальность.
20.09.2017 Газета Маяк
21 сентября. День в истории - Серебряно-Прудский вестник
21 сентября. День в истории
Фото: art-alex.ru В  862  году призвание новгородцами на княжение братьев варягов Рюрика, Синеуса и Трувора (эта дата считалась днем Начала русского государства).
Серебряно-Прудский вестник
Торжественное открытие двора после комплексного благоустройства прошло сегодня в Ступине - Ступинская панорама
Торжественное открытие двора после комплексного благоустройства прошло сегодня в Ступине
Фото: Ступинское информагентство, Сергей Фатеев Торжественное открытие двора после комплексного благоустройства прошло сегодня в Ступине.
Ступинская панорама
Долгопрудненская централизованная библиотечная система приняла на работу кота - Долгие Пруды
Долгопрудненская централизованная библиотечная система приняла на работу кота
Кот Рыжов стал талисманом МБУ «Долгопрудненская централизованная библиотечная система» и был принят на работу библиотекарем, - сообщила корреспонденту долгопрудненского информагентства Ирина Нечаева.
Долгие Пруды
Как сообщил Владимир Ружицкий, первый официальный открытый турнир по спортивной «Мафии» пройдет в подмосковных Люберцах 23 сентября.
21.09.2017 LuberNet.Ru
Календарь - Правительство Московской областиИсточник: Фотобанк Московской области Мособлдума приняла в третьем чтении законопроект, который утверждает 26 праздничных и памятных дат Подмосковья, среди которых как существующие, – День Московской области – так и новые,
21.09.2017 Правительство Московской области
Медаль за бой - Истринские ВСетиПятеро воспитанников дедовского клуба «Профи-Спорт» привезли пять медалей с первенства Европы по кикбоксингу Кикбоксер Денис Лукашов в особом представлении не нуждается.
21.09.2017 Истринские ВСети
Стадион с новым газоном откроется в деревне Авсюнино к 1 октября - Орехово-Зуевская правда
Стадион с новым газоном откроется в деревне Авсюнино к 1 октября
На территории спортивного центра «Дина» в деревне Авсюнино Орехово-Зуевского района к 1 октября откроется стадион с обновленным газоном, передает корреспондент Орехово-Зуевского информагентства Елена Нефедова Фото:
Орехово-Зуевская правда
Грузоперевозки. Железнодорожный - Газета Факт
Грузоперевозки. Железнодорожный
В жизни каждого человека однажды появляется потребность к заказу услуги грузоперевозки Железнодорожный .
Газета Факт
У наших соседей - Егорьевский Курьер
У наших соседей
№ 38 от 20 сентября 2017 г. Реконструкция гидросооружений на Оке На территории г.о.
Егорьевский Курьер
med7 - Запрудненская участковая больницаПоделиться ссылкой: Нажмите, чтобы поделиться на Twitter (Открывается в новом окне) Нажмите здесь, чтобы поделиться контентом на Facebook.
21.09.2017 Запрудненская участковая больница
"Современная газета не может жить без интернета..." - Газета ФактВице-губернатор Московской области Наталья Виртуозова 21 сентября провела совещание с руководителями муниципальных информационных агентств.
21.09.2017 Газета Факт
med7 - Запрудненская участковая больницаПоделиться ссылкой: Нажмите, чтобы поделиться на Twitter (Открывается в новом окне) Нажмите здесь, чтобы поделиться контентом на Facebook.
21.09.2017 Запрудненская участковая больница
ГРИПП и ОРВИ - Запрудненская участковая больницаГБУЗ МО «Запрудненская участковая больница» напоминает, что в прививочных кабинетах поликлиник все желающие могут  вакцинироваться против гриппа , а также рекомендуем населению, не получившему прививку против гриппа,
21.09.2017 Запрудненская участковая больница
hvgl2vRVJqI - Запрудненская участковая больница7 июля в Запруденском филиале Талдомской ЦРБ для молодежи поселка прошли занятия по оказанию первой медицинской помощи.
21.09.2017 Запрудненская участковая больница