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».
В Химках ведется большая работа в сфере жилищной политики. Особое внимание уделяется детям-сиротам, инвалидам, ветеранам и молодым семьям.
18.01.2018 Администрация г. Химки
Автоинспекторы УМВД России по городскому округу Химки организовали и провели акцию «Правильное движение» для учащихся одной из школ округа.
18.01.2018 Администрация г. Химки
Экскурсия по Павловскому Посаду в рамках «Промпоезда» - Правительство Московской областиМероприятие состоится 27 янв. 2018 г. Источник: Министерство культуры Московской области Проект «Промпоезд» продолжается в Подмосковье, ближайшая экскурсия состоится в Павловский Посад 27 января,
18.01.2018 Правительство Московской области
Фотографирование является хобби многих жителей Балашихи - Ibalashiha.RuНовостной, а также аналитический сетевой портал Балашихи сообщает, что многие жители нашего населенного пункта на сегодняшний день увлекаются таким довольно интересным хобби, как фотографирование.
18.01.2018 Ibalashiha.Ru
В 2017 году около станций метро и МЦК открыли восемь плоскостных парковок - РТВ-ПодмосковьеВ общей сложности такие площадки в столице готовы вместить 800 автомобилей За 2017 год в Москве рядом со станциями метро и МЦК заработали восемь плоскостных парковок.
18.01.2018 РТВ-Подмосковье
Подруга моя дорогая! - Красное знамяВозвращаясь как-то с работы, решила сократить путь и пройти мимо аварийных бараков, из которых тогда еще не выселили жильцов.
18.01.2018 Красное знамя
В 2017 году на территории Московской области был успешно реализован приоритетный проект Правительства Московской области «Войти в 5-ку ведущих регионов по уровню развития доступной среды».
18.01.2018 Администрация г.Дубны
Малому бизнесу Москвы расскажут о новых возможностях работы на рынке закупок - Htpp.RuПортал поставщиков планирует регулярно проводить в 2018 году открытые видеоуроки в формате LIVE-трансляции в Facebook и YouTube, первый открытый видеоурок пройдет в четверг,
18.01.2018 Htpp.Ru
Дети идут в школу – водители, будьте внимательны! - Павлово-Посадские известияРодители непременно должны подавать детям личный пример правильного поведения на дороге.
18.01.2018 Павлово-Посадские известия
Глава Раменского района Андрей Кулаков поздравил семьи первых десяти новорожденных 2018 года - Газета Родник1 января в Областном центре материнства и детства города Раменское появился на свет первый новорожденный этого года: мальчик Георгий.
17.01.2018 Газета Родник
В ГИБДД назвали самые аварийные места в Подольске - ТК Кварцфото: ОГИбдд умвд россии по г.о. подольск За 12 месяцев 2017 года  на территории  городского округа Подольск выявлено 5 мест концентрации ДТП.
18.01.2018 ТК Кварц
На трассе М4 в Ступине микроавтобус с 12 пассажирами врезался в отбойник - РТВ-ПодмосковьеПосле на этом же участке столкнулись ещё 19 машин На трассе М4 «Дон» в подмосковном Ступине микроавтобус с пассажирами врезался в отбойник.
18.01.2018 РТВ-Подмосковье
Два дома сгорели в Рузском округе - Красное знамя
Два дома сгорели в Рузском округе
Деревянный дом №1 на улице Луговой в поселке Дорохово загорелся 14 января в первом часу ночи.
Красное знамя
На Московском шоссе выгорели склады - Копейка
На Московском шоссе выгорели склады
Склады выгорели в доме № 25Б на Московском шоссе в Сергиевом Посаде, передает корреспондент «Подмосковье сегодня».
Копейка
Клинская прокуратура утвердила обвинительное заключение занимавшемуся незаконной деятельностью предпринимателю - Серп и Молот
Клинская прокуратура утвердила обвинительное заключение занимавшемуся незаконной деятельностью предпринимателю
12 января 2018 года и.о. Клинского городского прокурора В.П. Виляев утвердил обвинительное заключение по обвинению М. в совершении преступления, предусмотренного п. «б» ч. 2 ст.
Серп и Молот
Православные традиции - Газета ФактОт Рождества до Святого Крещения… Подмосковье готовится к одному из главных православных праздников – Крещению Господню.
18.01.2018 Газета Факт
Новые турмаршруты заработали в Коломне в 2018 году - Серебряно-Прудский вестник© Optina photosight.ru В 2018 году Коломна реализует новую экскурсию с элементами интерактива «Вкусные истории древней Коломны» и «Загадки старого города или расследование по делу...»,
18.01.2018 Серебряно-Прудский вестник
В объективе с арт-объектом - Газета ФактПрошел необычный день, когда посетителям можно фотографироваться на фоне понравившихся зданий, экспозиций и экспонатов и делиться интересными историями о встрече с прекрасным.
18.01.2018 Газета Факт
В Ершово состоялся показ спектакля «Хроники Нарнии» и Рождественский бал - Звенигородские ведомости
В Ершово состоялся показ спектакля «Хроники Нарнии» и Рождественский бал
В воскресный день в д/о Ершово состоялся показ спектакля «Хроники Нарнии» и Рождественский бал, организованный приходом Звенигородского Успенского собора на Городке, настоятелем которого является архимандрит Иероним.
Звенигородские ведомости
Татарская автономия и мусульманская община Люберец поздравляют Фаиля Ибятова - Люберецкая панорама
Татарская автономия и мусульманская община Люберец поздравляют Фаиля Ибятова
ЛЮБЕРЦЫ. 18 янв. INLUBERTSY.RU – Татарская национально-культурная автономия городского округа Люберцы поздравляет известного научного и общественного деятеля Фаиля Мужиповича Ибятова, которому сегодня исполнилось 60 лет,
Люберецкая панорама
Как подготовиться к Крещенским купаниям? - Пущинская среда
Как подготовиться к Крещенским купаниям?
Журналисты регионального информагентства собрали рекомендации священников, медиков и МЧС о том, как правильно совершать погружение в купель на Крещение.
Пущинская среда
Православные традиции - Газета ФактОт Рождества до Святого Крещения… Подмосковье готовится к одному из главных православных праздников – Крещению Господню.
18.01.2018 Газета Факт
IMG_1714-18-01-18-12-38 - ГУ МЧС МОВ Павловском Посаде на манеже стадиона "Юность" 18 января проходит традиционное зимнее первенство Главного управления МЧС России по Московской области по пожарно-прикладному спорту.
18.01.2018 ГУ МЧС МО
дтп 15.01.2018 (1) - OdiNews.RuУже давно, с 1 июля 2015 года, пешеходы обязаны иметь световозвращающие элементы в следующем случае: — при движении вне населенного пункта; — при переходе дороги и движении по обочине или краю проезжей части;
18.01.2018 OdiNews.Ru
Егорьевские школьники начали сдавать ГТО - Егорьевский Курьер
Егорьевские школьники начали сдавать ГТО
№ 3 от 17 января 2018 г. Сдача нормативов Всероссийского физкультурно-­спортивного комплекса «Готов к труду и обороне» уже становится полезной привычкой – учащиеся школ проходят тестирование третий год подряд.
Егорьевский Курьер
Зимнее Первенство по пожарно-прикладному спорту прошло в Павловском Посаде - Павлово-Посадские известия
Зимнее Первенство по пожарно-прикладному спорту прошло в Павловском Посаде
Сегодня, 18 января, в манеже стадиона «Юность» состоялось зимнее Первенство по пожарно-прикладному спорту среди гарнизонов пожарной охраны Московской области.
Павлово-Посадские известия
У наших соседей - Егорьевский Курьер
У наших соседей
№ 3 от 17 января 2018 г. Пять+шесть+три На прошедшем в конькобежном центре «Коломна» чемпионате Европы сборная России выиграла пять золотых, шесть серебряных и три бронзовых медали.
Егорьевский Курьер
Состоялся форум малых городов и исторических поселений с участием Владимира Путина в Коломне - Люберецкая панорамаЛЮБЕРЦЫ. 17 янв. INLUBERTSY.RU – На форум вместе с президентом РФ Владимиром Путиным приехали руководители более чем 250 населенных пунктов — обсудить, что нужно сделать,
18.01.2018 Люберецкая панорама
С верой и благоговением - Красное знамяМногие православные христиане набирают в храмах крещенскую воду. Однако  не все знают, как правильно ее употреблять и хранить.
18.01.2018 Красное знамя
%d0%ba%d1%80 - Газета Новые ИзвестияЛюбителям этой православной забавы хорошо бы помнить о ее чудовищных последствиях Наблюдая засилье обрядов, основанных на приверженности культу и усиленных ограниченностью больных религией,
18.01.2018 Газета Новые Известия
Игорь Брынцалов определил основные направления работы Мособлдумы в весеннюю сессию - Московская областная ДумаСпикер Мособлдумы Игорь Брынцалов  отрыл первое заседание Мособлдумы весенней сессии.
18.01.2018 Московская областная Дума
Строительство завода Mercedes - Правительство Московской областиИсточник: ©, скриншот со страницы губернатора Подмосковья Андрея Воробьева в соцсети «ВКонтакте» Уборка снега на стройплощадках в снегопад на особом контроле областного Главгосстройнадзора,
18.01.2018 Правительство Московской области