КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер 21-12-00179

НазваниеИсследование возможности управления электропроводящими и магнитными свойствами высокопроводящего состояния на интерфейсе между сегнетоэлектриком и диэлектриком

РуководительМамин Ринат Файзрахманович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Федеральный исследовательский центр «Казанский научный центр Российской академии наук», Республика Татарстан (Татарстан)

Период выполнения при поддержке РНФ 2021 г. - 2023 г. 

Конкурс№55 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами».

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе, 02-205 - Сегнетоэлектрики, диэлектрики, жидкие кристаллы

Ключевые словасегнетоэлектрики, гетероструктуры, интерфейсы, проводимость, магнитные свойства, полупроводник, фазовый переход, фотопроводимость

Код ГРНТИ29.19.35

СтатусУспешно завершен

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Поиск и исследование материалов, на основе которых можно создавать новые многофункциональные устройства для элементной базы современной электроники, и, в том числе, которые позволят осуществить следующий скачок в миниатюризации транзисторов до размеров менее 7 нм, является важной научной задачей, имеющей фундаментальные и прикладные аспекты. Проект направлен на создание и исследование гетероструктур на основе оксидов металлов сложных составов с интерфейсом между сегнетоэлектриком и диэлектриком, в котором возникает высокопроводящее состояние, с целью поиска возможностей изменения проводящих и магнитных состояний интерфейсов и для раскрытия фундаментальных основ многофункциональных состояний интерфейсов. Основной задачей проекта будет поиск возможности предсказуемого изменения проводящих и магнитных свойств интерфейса путем воздействия на сегнетоэлектрик с целью изменения направления и величины поляризации сегнетоэлектрика. Воздействие будет осуществляться посредством приложения электрического поля, освещения, а также мы используем изменение полярных свойств сегнетоэлектрика при изменении температуры. Ставится задача исследовать возможности переключения проводящего состояния интерфейса между высокопроводящим металлическим состоянием и слабопроводящим полупроводниковым состоянием при приложении электрического поля и при воздействии света различного спектрального состава. Планируется осуществить ряд совершенно разноплановых исследований: создание интерфейсов различного дизайна, в которых сегнетоэлектрик реализован в одном случае в виде сегнетоэлектрической плёнки, а в другом – в виде монокристаллической подложки; исследование электропроводности и фотопроводящих свойств квази-двумерного высокопроводящего металлического состояния, возникающего на интерфейсе; исследование магнитных свойств интерфейсов; исследование возможностей управления проводящими и магнитными состояниями интерфейсов с помощью изменения направления поляризации сегнетоэлектрика; и попытка выявления особенностей электронной и дырочной проводимости манганитов в идентичных условиях. В качестве диэлектрика будет использован антиферромагнетик LaMnO3, который, при увеличении концентрации носителей, может переходить в ферромагнитное состояние. Будут созданы новые гетероструктуры сегнетоэлектрик/антиферромагнетик, изоструктурные гетероструктурам BaTiO3/LaMnO3. Особое влияние будет уделено гетероструктурам, в которых плёнка LaMnO3 будет наноситься на поверхность сегнетоэлектрика. Результаты, полученные в ходе реализации проекта, откроют новые пути реализации обнаруженных свойств в элементной базе высокотехнологичных устройств современной электроники. Запланированные результаты не имеют мировых аналогов и чрезвычайно важны как для выявления фундаментальных основ физических явлений на интерфейсах, так и для поддержания высокой репутации российской науки в мире. Результаты исследований будут опубликованы в виде серии статей в высокорейтинговых журналах.

Ожидаемые результаты
В ходе выполнения проекта будут получены следующие результаты: - будут созданы гетероструктуры сегнетоэлектрик/диэлектрик, изоструктурные гетероструктурам BaTiO3/LaMnO3, с различным дизайном структуры и различным расположением слоев сегнетоэлектрика и диэлектрика; - будут определены плотность электронных состояний и магнитные состояния различных слоев различных гетероструктур, изоструктурных гетероструктурам BaTiO3/LaMnO3, из ab initio моделирования; - будут получены параметры электропроводящих свойств, такие как удельное поверхностное сопротивление, поверхностная плотность и знак носителей тока для квази-двумерного высокопроводящего состояния, возникающего на интерфейсах гетероструктур сегнетоэлектрик/диэлектрик, изоструктурных гетероструктурам BaTiO3/LaMnO3, из измерений квази-двумерной проводимости, эффекта Холла; - будут определены параметры магнитных свойств и концентрация свободных носителей заряда в области квази-двумерного высокопроводящего состояния, возникающего на интерфейсе сегнетоэлектрика и изолятора, изоструктурного интерфейсам типа BaTiO3/LaMnO3, из результатов магнитометрических измерений и измерений с использованием терагерцового излучения; - будет выявлена возможность изменения высокопроводящего состояния на интерфейсах сегнетоэлектрик/диэлектрик, изоструктурных интерфейсам BaTiO3/LaMnO3, путем изменения направления поляризации в сегнетоэлектрической плёнке при воздействии электрического поля и при изменении температуры; - будут выявлены возможности изменения параметров квази-двумерного тока на интерфейсах сегнетоэлектрика и антиферромагнетика, изоструктурных интерфейсам BaTiO3/LaMnO3, при комбинированном воздействии светом разного спектрального состава на сегнетоэлектрик; - будет осуществлено изменение магнитного состояния на интерфейсах сегнетоэлектрика и антиферромагнетика, изоструктурных интерфейсам BaTiO3/LaMnO3, путем изменения направления поляризации в сегнетоэлектрическом слое под воздействием электрического поля; - будет исследована возможность возникновения квантовых эффектов на границе сегнетоэлектрика и антиферромагнетика, изоструктурной интерфейсам BaTiO3/LaMnO3, при низких температурах; - будет исследована возможность реализации электронной и дырочной проводимости на интерфейсе в совершенно идентичных условиях при изменении направления поляризации сегнетоэлектрика на противоположный для выявления особенностей электронной и дырочной проводимости манганитов в идентичных условиях; - будут определены пути реализации обнаруженных свойств в элементной базе высокотехнологичных устройств современной электроники. Таким образом, в ходе выполнения проекта будут получены характеристики электропроводящих и магнитных свойств квази-двумерного высокопроводящего состояния на границе сегнетоэлектрика и антиферромагнетика в гетероструктурах, изоструктурных BaTiO3/LaMnO3. Будут определены возможности предсказуемого изменения электропроводящих и магнитных свойств под воздействием электрического поля, света и изменения температуры, и показаны возможности использования такого квази-двумерного состояния для создания конструкций мультифункциональных устройств. Предложенный метод создания интерфейсов никогда ранее не использовался. Поэтому все планируемые результаты являются совершенно уникальными и соответствуют самому высокому мировому уровню. Полученные в ходе выполнения проекта экспериментальные результаты могут помочь дать ответ на фундаментальный вопрос: является ли наличие поляризации основным движущим фактором возникновения квази-двумерного высокопроводящего состояния в различных системах. Также полученные результаты откроют новые пути использования исследованных гетероструктур в элементной базе многофункциональных устройств современной электроники. Таким образом, запланированные результаты будут способствовать подтверждению высокого уровня российской фундаментальной науки в мире. Результаты будут опубликованы в виде серии статей в журналах, индексируемых в базе данных «Web of Science», в том числе в наиболее рейтинговых, таких как Phys. Rev. Letters, Phys. Rev. В, и Письма в ЖЭТФ, а также будут представлены на различных конференциях, таких как E-MRS, BKC и других.

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2021 году
Проект посвящен исследованию возможности управления электропроводящими и магнитными свойствами высокопроводящего состояния на интерфейсе между сегнетоэлектриком и диэлектриком. В отчетном году выполнен цикл работ по созданию и исследованию свойств интерфейсов гетероструктур Ba0.8Sr0.2TiO3/LaMnO3, и получены следующие важные результаты. Были созданы гетероструктуры сегнетоэлектрик/антиферромагнетик Ba0.8Sr0.2TiO3/LaMnO3 с различным дизайном сегнетоэлектрического слоя. Осуществлен синтез гетероструктуры Ba0.8Sr0.2TiO3/LaMnO3 с плёнкой сегнетоэлектрика на монокристаллах LaMnO3. Также были получены пленочные гетероструктуры на подложках MgO следующих видов: LaMnO3/Ba0.8Sr0.2TiO3 и Ba0.8Sr0.2TiO3/LaMnO3/Ba0.8Sr0.2TiO3 с различной толщиной пленок. Был осуществлен цикл работ по ab initio моделированию спектра электронных состояний и магнитных свойств интерфейсов гетероструктуры BaTiO3/LaMnO3. Получены параметры плотности электронных состояний различных слоев гетероструктур BaTiO3/LaMnO3 с различной ориентацией сегнетоэлектрического слоя. Обнаружено, что основной вклад в проводимость дают слои MnO, находящиеся возле интерфейсов. Из анализа полученных результатов моделирования показано, что возникает двумерное проводящее состояние вблизи интерфейса с магнитным порядком. Из измерений проводимости и эффекта Холла на вновь полученной гетероструктуре Ba0.8Sr0.2TiO3/LaMnO3 с плёнкой сегнетоэлектрика на монокристаллах LaMnO3 была, в грубом приближении, определена плотность носителей в низкотемпературной фазе с высокой проводимостью, которая составляет при температуре 100 K 1-5*10^{13} см^{-2}. Сложность получения результатов для плотности носителей тока связана с тем, что при низких температурах в магнитном поле подложка LaMnO3 является антиферромагнетиком со скошенными магнитными подрешетками. Было проведено сравнительное исследование магнитной восприимчивости и намагниченности гетероструктуры Ba0.8Sr0.2TiO3/LaMnO3 и магнитной восприимчивости и намагниченности монокристаллов LaMnO3. Из температурных зависимостей магнитной восприимчивости обоих образцов не удалось сделать окончательный вывод о магнитном порядке на интерфейсе гетероструктуры Ba0.8Sr0.2TiO3/LaMnO3. Для прояснения данного вопроса необходимы более детальные исследования. Осуществлено локальное переключение поляризации методами атомной силовой микроскопии, и проводилось полное переключение поляризации в основном объеме сегнетоэлектрической пленки посредством приложения напряжения на серебряный электрод, нанесенный на поверхность пленки. В последнем случае сегнетоэлектрическая поляризация поворачивается на 180 градусов. Четко выраженного результата изменения сопротивления гетероструктуры при таком переключении не зафиксировано. Это может быть связано либо с обратным переключением поляризации, либо с отсутствием различия между электронным и дырочным характерами проводимости. В результате исследования процессов переключения высокопроводящей области на границе сегнетоэлектрика и диэлектрика в гетероструктуре Ba0.8Sr0.2TiO3/LaMnO3 при воздействии ультрафиолетового, зеленого и инфракрасного света на сегнетоэлектрическую пленку и область интерфейса путем освещения через поверхность с сегнетоэлектрической пленкой получены следующие результаты. Была исследована динамика изменения электропроводности квази-двумерного высокопроводящего состояния при различных температурах на гетероструктурах Ba0.8Sr0.2TiO3/LaMnO3 при комбинированном воздействии светом разного спектрального состава. Из исследования динамики фотоотклика с временным разрешением в диапазоне температур 80-200 K показано, что освещение вызывает возрастание сопротивления с характерным временем ~4 -15 секунд. Отрицательный эффект фотопроводимости зарегистрирован при облучении инфракрасным, зеленым и ультрафиолетовым светом. Величина изменения сопротивления при освещении светом разного спектрального состава составляет 2-21 %. Наибольший эффект наблюдается при освещении зеленым светом. При освещении светом разной длины волны наблюдается кумулятивный эффект. Обнаружено, что при разной последовательности включения/выключения зеленого и инфракрасного освещения наблюдается разный по величине кумулятивный эффект, при этом относительная разница составляем около 23%. Мы полагаем, что при освещении носители тока, генерируемые в сегнетоэлектрике, экранируют поляризацию внутри сегнетоэлектрика. В результате "эффективное" уменьшение объемной поляризации в пленке сегнетоэлектрика приводит к уменьшению плотности носителей заряда в высокопроводящей области интерфейса и, соответственно, к увеличению сопротивления. На основе этих результатов можно разрабатывать детекторы светового излучения. Важность этот последнего результата заключается еще в том, что эти результаты косвенно подтверждают, что возникновение квазидвумерной проводимости интерфейса исследуемой гетероструктуры связано со свойствами сегнетоэлектрической пленки. Полученные в ходе выполнения уже данного этапа проекта экспериментальные результаты дают важную информацию для решения фундаментального вопроса: является ли наличие поляризации основным движущим фактором возникновения квази-двумерного высокопроводящего состояния в исследуемых системах. Также полученные результаты откроют новые пути прикладного использования исследованных гетероструктур. По результатам работы за год подготовлено 4 статьи. Одна статья принята в печать в журнал Ferroelectrics, одна статья опубликована в журнале Письма в ЖЭТФ, том 114, вып. 12, с. 818 – 823.

 

Публикации

1. Леонтьев А.В., Чибирев А.А., Гарифьянов Н.Н., Мамин Р.Ф. Отрицательная фотопроводимость гетероструктуры Ba0.8Sr0.2TiO3/LaMnO3 Письма в ЖЭТФ, том 114, вып. 12, с. 818 – 823 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.31857/S123456782124006X

2. Леонтьев А.В., Чибирев А.А., Камашев А.А., Гарифьянов Н.Н., Мамин Р.Ф. Light effect on the interface resistance of Ba0.8Sr0.2TiO3/LaMnO3 heterostructure Ferroelectrics, - (год публикации - 2022)

3. Гумарова И.И., Мамин Р.Ф., Таюрский Д.А. Ab initio исследование электронных свойств гетероинтерфейса BaTiO3/LaMnO3 Всероссийская конференция с международным участием «СИЛЬНО КОРРЕЛИРОВАННЫЕ ДВУМЕРНЫЕ СИСТЕМЫ: ОТ ТЕОРИИ К ПРАКТИКЕ» 5-9 июля 2021, Казань, Россия, стр.10 (год публикации - 2021)

4. Гумарова И.И., Таюрский Д.А., Мамин Р.Ф. Ab initio исследование структурных, электронных и магнитных свойств гетероструктур на основе сегнетоэлектрика и антиферромагнетика Сборник тезисов XXII Всероссийской конференции по физике сегнетоэлектриков (ВКС-XXII) (Екатеринбург, 25-28 августа 2021 г.) Екатеринбург, Уральский федеральный университет, 2021 - 276 c., стр.107 (год публикации - 2021)

5. Леонтьев А.В., Камашев А.А., Павлов Д.П., Мухортов В.М., Мамин Р.Ф. Эффект фотосопротивления в гетероструктурах Ba0.8Sr0.2TiO3/LaMnO3 Физика конденсированных состояний: сб. тезисов II Международной конференции (31 мая – 4 июня 2021 года, Черноголовка) / под ред. Б.Б. Страумала. – Черноголовка, 396 с., стр.249 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.26201/ISSP.2020/FKS-2.110

6. Мамин Р.Ф. Исследование проводимости и фотопроводимости интерфейсов сегнетоэлектрик/диэлектрик Всероссийская конференция с международным участием «СИЛЬНО КОРРЕЛИРОВАННЫЕ ДВУМЕРНЫЕ СИСТЕМЫ: ОТ ТЕОРИИ К ПРАКТИКЕ» 5-9 июля 2021, Казань, Россия, стр.33 (год публикации - 2021)

7. Мамин Р.Ф. Исследование проводимости гетероструктур LaMnO3/BaTiO3 Сборник тезисов XXII Всероссийской конференции по физике сегнетоэлектриков (ВКС-XXII) (Екатеринбург, 25-28 августа 2021 г.) Екатеринбург, Уральский федеральный университет, 2021 - 276 c, стр.33 (год публикации - 2021)

8. Мамин Р.Ф. Исследования свойств интерфейсов гетероструктур сегнетоэлектрик/диэлектрик Физика конденсированных состояний: сб. тезисов II Международной конференции (31 мая – 4 июня 2021 года, Черноголовка) / под ред. Б.Б. Страумала. – Черноголовка, 396 с., стр.179 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.26201/ISSP.2020/FKS-2.372

9. Павлов Д.П., Гарифьянов Н.Н., Банников М.И., Мухортов В.М., Мамин Р.Ф. Влияние магнитного поля на сопротивление интерфейса гетероструктуры Ba0.8Sr0.2TiO3/LaMnO3 Сборник тезисов XXII Всероссийской конференции по физике сегнетоэлектриков (ВКС-XXII) (Екатеринбург, 25-28 августа 2021 г.) Екатеринбург, Уральский федеральный университет, 2021 - 276 c., стр.253 (год публикации - 2021)

10. Павлов Д.П., Чибирев А.О., Камашев А.А., Мухортов В.М., Гарифьянов Н.Н., Мамин Р.Ф. Влияние магнитного поля на интерфейсы гетероструктур сегнетоэлектрик/диэлектрик Физика конденсированных состояний: сб. тезисов II Международной конференции (31 мая – 4 июня 2021 года, Черноголовка) / под ред. Б.Б. Страумала. – Черноголовка, 396 с., стр.223 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.26201/ISSP.2020/FKS-2.084

11. Чибирев А.О., Камашев А.А., Леонтьев А.В., Мухортов В.М., Мамин Р.Ф. Фотосопротивление гетероструктур Ba0.8Sr0.2TiO3/LaMnO3 Сборник тезисов XXII Всероссийской конференции по физике сегнетоэлектриков (ВКС-XXII) (Екатеринбург, 25-28 августа 2021 г.) Екатеринбург, Уральский федеральный университет, 2021 - 276 c., стр.171 (год публикации - 2021)

12. Шапошникова Т.С., Гумарова И.И., Павлов Д.П., Мамин Р.Ф. Исследование магнитных свойств гетероструктуры LaMnO3/BaTiO3 Сборник тезисов XXII Всероссийской конференции по физике сегнетоэлектриков (ВКС-XXII) (Екатеринбург, 25-28 августа 2021 г.) Екатеринбург, Уральский федеральный университет, 2021 - 276 c., стр.258 (год публикации - 2021)

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Получены параметры плотности электронных состояний различных слоев гетероструктур BaTiO3/LaMnO3 с различной ориентацией сегнетоэлектрического слоя из ab initio моделирования. Определены параметры удельного поверхностного интерфейсного сопротивления для квази-двумерного высокопроводящего состояния, возникающего на интерфейсах гетероструктур Ba0.8Sr0.2TiO3/LaMnO3 на монокристалле LaMnO3 и в гетероструктуре в пленочном исполнении на подложке MgO. Выявлена динамика изменения электропроводности квази-двумерного высокопроводящего состояния на интерфейсе гетероструктуры в пленочном исполнении на подложке MgO при воздействии света различного спектрального состава. С использованием метода Кельвин моды атомной силовой микроскопии показано, что характерное увеличение сопротивления гетероструктуры связано с дополнительным экранированием поляризации сегнетоэлектрической пленки носителями заряда, возбужденными светом. Получены первые результаты о возможности изменения магнитного состояния на интерфейсах Ba0.8Sr0.2TiO3/LaMnO3 путем изменения направления поляризации, либо путем экранирования поляризации в сегнетоэлектрической плёнке при воздействии электрического поля, в том числе при световом воздействии. Полученные результаты раскрывают взаимосвязь изменения сопротивления в области интерфейса, возникающего под воздействием света, с изменением поляризации сегнетоэлектрической пленки, входящую в гетероструктуры. Полученные в ходе выполнения проекта результаты моделирования и экспериментальные результаты по магнетизму исследованных гетерострутур помогают продвинуться в определение взаимосвязи магнитных состояний на интерфейсе с возникновением квази-двумерного высокопроводящего состояния в гетероструктурах с сегнетоэлектриками.

 

Публикации

1. Загидуллина А.Э., Пиянзина И.И., Жагличик З., Кабанов В.В., Мамин Р.Ф. DFT insight into conductive and magnetic properties of heterostructures with BaTiO3 overlayer Materials, v. 15, iss. 23, 8334 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.3390/ma15238334

2. Пиянзина И.И., Мамин Р.Ф. Toward the ferroelectric field-effect transistor on BaTiO3/LaMnO3 heterostructure: DFT investigation Journal of Materials Science, v. 57, p. 21620–21629 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1007/s10853-022-08000-2

3. Пиянзина И.И., Мамин Р.Ф. Electronic and magnetic properties of the BaTiO3/LaMnO3 interface: a DFT Study Journal of Superconductivity and Novel Magnetism, v. 35, p.2225-2229 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1007/s10948-022-06353-y

4. Чибирев А.О., Леонтьев А.В., Гарифьянов Н.Н., Мамин Р.Ф. Conductivity and photoconductivity of Ba0.8Sr0.2TiO3/LaMnO3 heterostructure Ferroelectrics, V.605, I.1, p.21-26 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1080/00150193.2023.2169005

5. Чибирев А.О., Леонтьев А.В., Кабанов В.В., Мамин Р.Ф. Origin of negative photoconductivity at the interface of Ba0.8Sr0.2TiO3/LaMnO3/Ba0.8Sr0.2TiO3 Heterostructures Nanomaterials, v. 12, iss. 21, p. 3774 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.3390/nano12213774

6. Чибирев А.О., Леонтьев А.В., Салихов Т.М., Банников М.И., Мамин Р.Ф. Conductivity and photoresistance of the film heterostructure Ba0.8Sr0.2TiO3/LaMnO3/Ba0.8Sr0.2TiO3 on the MgO substrate Ferroelectrics, V.605, I.1, p.15-20 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1080/00150193.2023.2169004

7. Гумарова И.И., Мамин Р.Ф. Ab initio исследование электронных свойств гетероструктуры LaMnO3/BaTiO3 Программа и сборник тезисов: Международный семинар "Фазовые переходы и неоднородные состояния в оксидах" International Workshop PTISO22. 4-8 июля 2022 года. Казань, Россия, стр. 30 (год публикации - 2022)

8. Гумарова И.И., Мамин Р.Ф. Влияние сегнетоэлектрической поляризации и дефектов на электронные и магнитные свойства гетероструктуры сегнетоэлектрик/антиферромагнетик: DFT исследование Сборник тезисов IV семинара «Современные нанотехнологии» (IWMN-2022) (Екатеринбург, 24-27 августа 2022 г.) Екатеринбург, Уральский федеральный университет, 2022 - 177 c., стр. 78 (год публикации - 2022)

9. Гумарова И.И., Шапошникова Т.С., Мамин Р. Ф. Влияние дефектов на электронные свойства гетероструктуры LaMnO3/BaTiO3 Программа и сборник тезисов: Международный семинар "Фазовые переходы и неоднородные состояния в оксидах" International Workshop PTISO22. 4-8 июля 2022 года. Казань, Россия, стр. 96 (год публикации - 2022)

10. Леонтьев А.В., Чибирев А.О., Гарифьянов Н.Н., Мамин Р.Ф. Проводящие свойства интерфейса между сегнетоэлектриком и диэлектриком гетероструктур Ba0.8Sr0.2TiO3/LaMnO3 Нанофизика и наноэлектроника. Труды XXVI Международного симпозиума (Нижний Новгород, 14–17 марта 2022 г.) В 2 т. Том 2. — Нижний Новгород: Изд-во Нижегородского госуниверситета, 2022. — 501 с., т. 2, стр. 899-900 (год публикации - 2022)

11. Мамин Р.Ф. Гетероструктуры сегнетоэлектрики/диэлектрик Программа и сборник тезисов: Международный семинар "Фазовые переходы и неоднородные состояния в оксидах" International Workshop PTISO22. 4-8 июля 2022 года. Казань, Россия., стр. 59 (год публикации - 2022)

12. Мамин Р.Ф. Проводимость и фотопроводимость гетероструктур Ba0.8Sr0.2TiO3/LaMnO3 Сборник тезисов IV семинара «Современные нанотехнологии» (IWMN-2022) (Екатеринбург, 24-27 августа 2022 г.) Екатеринбург, Уральский федеральный университет, 2022 - 177 c., стр. 19 (год публикации - 2022)

13. Мамин Р.Ф., Гумарова И.И., Леонтьев А.В., Чибирев А.О. Ab initio и экспериментальные исследование гетероструктур BaTiO3/LaMnO3 XXXIX МЕЖДУНАРОДНАЯ ЗИМНЯЯ ШКОЛА ФИЗИКОВ-ТЕОРЕТИКОВ ‘Коуровка”,ГРАНАТОВАЯ БУХТА, п. В. СЫСЕРТЬ, 3–9 АПРЕЛЯ 2022 Г. ТЕЗИСЫ ДОКЛАДОВ, стр.40 (год публикации - 2022)

14. Павлов Д.П., Мамин Р.Ф. Исследования поведения сопротивления гетероструктуры Ba0.8Sr0.2TiO3/LaMnO3 Программа и сборник тезисов: Международный семинар "Фазовые переходы и неоднородные состояния в оксидах" International Workshop PTISO22. 4-8 июля 2022 года. Казань, Россия., стр. 92 (год публикации - 2022)

15. Чибирев А.О., Леонтьев А.В., Банников М.И., Мамин Р.Ф. Проводимость пленочной гетероструктуры Ba0.8Sr0.2TiO3/LaMnO3/Ba0.8Sr0.2TiO3 Программа и сборник тезисов: Международный семинар "Фазовые переходы и неоднородные состояния в оксидах" International Workshop PTISO22. 4-8 июля 2022 года. Казань, Россия, стр. 93 (год публикации - 2022)

16. Чибирев А.О., Леонтьев А.В., Банников М.И., Мамин Р.Ф. Фотосопротивление пленочной гетероструктуры Ba0.8Sr0.2TiO3/LaMnO3/Ba0.8Sr0.2TiO3 Сборник тезисов IV семинара «Современные нанотехнологии» (IWMN-2022) (Екатеринбург, 24-27 августа 2022 г.) Екатеринбург, Уральский федеральный университет, 2022 - 177 c., стр. 163 (год публикации - 2022)

17. Чибирев А.О., Леонтьев А.В., Гарифьянов Н.Н., Банников М.И., Мамин Р.Ф. Negative photoconductivity of the heterostructure Ba0.8Sr0.2TiO3/LaMnO3 VIII Euro-Asian Symposium “Trends in Magnetism” (EASTMAG-2022), August 22-26 2022, Kazan. Book of abstracts., v. 2, p. 84 (год публикации - 2022)

18. Чибирев А.О., Леонтьев А.В., Гарифьянов Н.Н., Мамин Р.Ф. Photoresistivity of the film heterostructure Ba0.8Sr0.2TiO3/Ba0.8Sr0.2TiO3 on MgO substrate Absracts of the International Conference “Modern Development of Magnetic Resonance” and Workshop “Sensing and Quantum Information in Fluoriscent Nanomaterials”, October 3-7, 2022, Kazan, Russia, стр. 140 (год публикации - 2022)

19. Чибирев А.О., Леонтьев А.В., Гарифьянов Н.Н., Мамин Р.Ф. Фотосопротивление гетероструктуры Ba0.8Sr0.2TiO3/LaMnO3 Программа и сборник тезисов: Международный семинар "Фазовые переходы и неоднородные состояния в оксидах" International Workshop PTISO22. 4-8 июля 2022 года. Казань, Россия. –, стр. 88 (год публикации - 2022)

20. Чибирев А.О., Леонтьев А.В., Мамин Р.Ф. Фотосопротивление пленочной гетероструктуры Ba0.8Sr0.2TiO3/LaMnO3/Ba0.8Sr0.2TiO3 Программа и сборник тезисов: Международный семинар "Фазовые переходы и неоднородные состояния в оксидах" International Workshop PTISO22. 4-8 июля 2022 года. Казань, Россия., стр. 89 (год публикации - 2022)

21. Чибирев А.О., Леонтьев А.В., Павлов Д.П., Гарифьянов Н.Н., Мамин Р.Ф. Фотосопротивление гетероструктуры Ba0.8Sr0.2TiO3/LaMnO3 и пленочной гетероструктуры Ba0.8Sr0.2TiO3/LaMnO3/Ba0.8Sr0.2TiO3/MgO Международный семинар по физике сегнетоэластиков: материалы 10(15) международного семинара (г. Воронеж, 18-21 сентября 2022 г.), стр. 102-103 (год публикации - 2022)

22. Чибирев А.О., Леонтьев А.В., Павлов Д.П., Мамин Р.Ф. Исследование поведения сопротивления пленочных гетероструктур Ba0.8Sr0.2TiO3/LaMnO3/Ba0.8Sr0.2TiO3 /MgO и LaMnO3/Bi4Ti3O12/Ba0.4Sr0.6TiO3/MgO Международный семинар по физике сегнетоэластиков: материалы 10(15) международного семинара (г. Воронеж, 18-21 сентября 2022 г.), стр.103-104 (год публикации - 2022)

23. Чибирев А.О., Павлов Д.П., Леонтьев А.В., Банников М.И., Гарифьянов Н.Н., Мамин Р.Ф. Исследование проводящих свойств интерфейсов гетероструктур сегнетоэлектрик/диэлектрик XIX Конференция «Сильно коррелированные электронные системы и квантовые критические явления»: сборник тезисов. — М.–Ижевск : Институт компьютерных исследований, 2022. — 266 с., стр. 132-134 (год публикации - 2022)

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
По результатам ab initio моделирования получены параметры плотности электронных состояний и параметры магнитных свойств гетероструктур BaTiO3/LaMnO3 и PbTiO3/LaMnO3 с интерфейсами сегнетоэлектрик/диэлектрик в различных конфигурациях. В результате анализа послойного спектра плотности состояний было обнаружено, что во всех случаях основной вклад в проводимость дают слои MnO, находящиеся возле интерфейсов. Из анализа плотности электронных состояний интерфейсов гетероструктуры BaTiO3/LaMnO3 с различной ориентацией поляризации в сегнетоэлектрическом слое, когда поляризация имеет различную ориентацию по отношению к плоскости интерфейса, было показано, что переключение поляризации от направления «к интерфейсу» и к направлению «от интерфейса» и наоборот позволяет управлять проводящими свойствами, что существенно облегчает создание сегнетоэлектрического транзистора на основе изучаемых гетероструктур. Определены изменения свойств интерфейсов гетероструктур при наличии вакансий кислорода на поверхности и в объеме сегнетоэлектрической пленки. Также показано, что в области интерфейса этих гетероструктур возникают магнитные состояния, связанные с различной ориентацией спинов на атомах Mn, и такое магнитное состояние можно изменять путем создания и переключения направления дополнительной поляризации сегнетоэлектрической пленки при внешнем воздействии. Были созданы различные гетероструктуры сегнетоэлектрик/антиферромагнетик, изоструктурные гетероструктурам Ba0.8Sr0.2TiO3/LaMnO3, в том числе получены гетероструктуры с пленкой LaMnO3, нанесенной сверху на сегнетоэлектрические монокристаллические подложки PMN-PT и BaTiO3. Были получены новые образцы со структурой Ba0.8Sr0.2TiO3/LaMnO3/Ba0.8Sr0.2TiO3 и Ba0.6Sr0.4TiO3/Bi4Ti3O12/LaMnO3 с различной толщиной пленок на подложках MgO. В этих гетероструктурах в пленочном исполнении были обнаружены высокопроводящие состояния. Были определены параметры электропроводящих свойств для этих гетероструктур. Двумерная плотность состояний для гетероструктур Ba0.8Sr0.2TiO3/LaMnO3/Ba0.8Sr0.2TiO3 и Ba0.6Sr0.4TiO3/Bi4Ti3O12/LaMnO3 была определена косвенным образом по измерениям поверхностного заряда сегнетоэлектрической пленки методом Кельвин моды атомного силового микроскопа. Полученное значение составляло 1-4 10^{14} см^{-2}. Следует отметить, что такой заряд на интерфейсе может быть распределен в слое 1-5 нм. Наблюдения квантовых эффектов на границе Ba0.8Sr0.2TiO3/LaMnO3 при низких температурах мало вероятны прежде всего потому, что концентрация носителей может быть различной в области интерфейса на глубине около 5 нм. Грубые оценки для подвижности носителей тока в области интерфейса этих гетероструктур дают значения 0.2-5 см^{2}/В сек. Была исследована динамика изменения сопротивления на интерфейсе гетероструктур Ba0.8Sr0.2TiO3/LaMnO3/Ba0.8Sr0.2TiO3 и Ba0.6Sr0.4TiO3/Bi4Ti3O12/LaMnO3 на подложке MgO, при воздействии света различного спектрального состава. Освещение вызывает возрастание сопротивления с характерным временем ~10 - 30 секунд при различных температурах. Эффект возрастания сопротивления при освещении зарегистрирован при облучении инфракрасным, зеленым и ультрафиолетовым светом. Величина изменения сопротивления при освещении светом разного спектрального состава составляет 5-20 %. Наибольший эффект по-прежнему наблюдается при освещении зеленым светом. Сделан вывод о том, что характерное увеличение сопротивления гетероструктуры связано с дополнительным экранированием поляризации сегнетоэлектрической пленки носителями заряда, возбужденными светом, и также наблюдается при уменьшении поверхностного заряда, измеренного метода Кельвин моды атомной силовой микроскопии, при воздействии освещения. Выявлены изменения электросопротивления на интерфейсах гетероструктур в пленочном исполнении Ba0.8Sr0.2TiO3/LaMnO3/Ba0.8Sr0.2TiO3 и Ba0.6Sr0.4TiO3/Bi4Ti3O12/LaMnO3 при различных последовательностях воздействия света различного спектрального состава. При разной последовательности включения/выключения зеленого и инфракрасного освещения наблюдается разный по величине кумулятивный эффект, и разница в суммарном отклике может составлять величину до 15% в зависимости от температуры. Сделаны выводы, что изученные гетероструктуры перспективны для создания сегнетоэлектрических транзисторов. Кроме того, из экспериментальных результатов следует, что также возможно создание устройств как по изменению сопротивления при световом воздействии, так и по детектированию света по измерению сопротивления гетероструктуры.

 

Публикации

1. Гумарова И.И., Мамин Р.Ф. Влияние кислородных вакансий на на электронные свойства гетероструктуры LaMnO3/BaTiO3 Известия РАН. Серия физическая., т.87, N 4, стр.550-554 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.31857/S0367676522700983

2. Павлов Д.П., Чибирев А.О., Салихов Т.М., Мамин Р.Ф. Исследование поведения сопротивления пленочных гетероструктур LaMnO3/Bi4Ti3O12/Ba0.4Sr0.6TiO3/MgO Известия РАН. Серия физическая., 87, N 9, стр.1296-1300 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.31857/S0367676523702289

3. Пиянзина И.И., Евсеев А.А., Евсеев К.В., Мамин Р.Ф., Недопекин О.В., Таюский Д.А., Кабанов В.В. Advantages of ferroelectrics as a component of heterostructures for electronic purposes: a DFT insight Materials, V.16, Iss.20, P. 6672(1-12) (год публикации - 2023) https://doi.org/10.3390/ma16206672

4. Чибирев А.О., Леонтьев А.В., Банников М.И., Мамин Р.Ф. Проводимость пленочной гетероструктуры Ba0.8Sr0.2TiO3/LaMnO3/Ba0.8Sr0.2TiO3 Известия РАН. Серия физическая., т.87, N 4, стр.538-540 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.31857/S0367676522700958

5. Чибирев А.О., Леонтьев А.В., Салихов Т.М., Банников М.И., Мамин Р.Ф. Investigations of high-conductivity interfaces of ferroelectric/dielectric heterostructures Ferroelectrics, - (год публикации - 2024)

6. Чибирев А.О., Леонтьев А.В., Салихов Т.М., Мамин Р.Ф. Фотосопротивление пленочной гетероструктуры Ba0.8Sr0.2TiO3/LaMnO3/Ba0.8Sr0.2TiO3/MgO Известия РАН. Серия физическая., т.87, N 4, стр.534-537 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.31857/S0367676522700946

7. Чибирев А.О., Леонтьев А.В., Шапошникова Т.С., Салихов Т.М., Мамин Р.Ф. Воздействие света на сопротивление гетероструктур LaMnO3/Bi4Ti3O12/ Ba0.4Sr0.6TiO3/MgO и Ba0.8Sr0.2TiO3/LaMnO3/Ba0.8Sr0.2TiO3/MgO Сборник тезисов XXIII Всероссийской конференции по физике сегнетоэлектриков (ВКС-XXIII), (Тверь, 3-6 октября 2023 г.) Тверь, Тверской государственный университет, 2023 - 283 c., стр.139 (год публикации - 2023)

8. Гумарова И.И., Евсеев А.А., Загидуллина А.Э., Мамин Р.Ф. DFT investigation of heterostructures with ferroelectric overlayer: 2DEG, Rushba effect, ME coupling The 15th International Meeting on Ferroelectricity, March 26-30, 2023, Tel Aviv, Israel., POSTER SESSION (Tuesday, March 28) (год публикации - 2023)

9. Мамин Р.Ф. Исследование свойств интерфейсов пленочных гетероструктур сегнетоэлектрик/диэлектрик Физика конденсированных состояний: сб. тезисов III Международной конференции (29мая – 2 июня 2023 г., Черноголовка) / под ред. Б.Б. Страумала. – Черноголовка, 354 с., стр.7 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.26201/ISSP.2023/FKS-3.04

10. Мамин Р.Ф. Investigations of high-conductivity interfaces of heterostructures ferroelectric/dielectric Materials Science and Nanotechnology (MSN-2023). Abstract Book of International Conference (Ekaterinburg, August 27-30, 2023) Ekaterinburg, Ural Federal University, 2023- 179 c., p.27 (год публикации - 2023)

11. Мамин Р.Ф. Creation and manipulation of quasi-two-dimensional high-conductivity interfaces of ferroelectric/dielectric heterostructures The 15th International Meeting on Ferroelectricity, March 26-30, 2023, Tel Aviv, Israel, Hall C, Thu, Mar 30, 2023 09:45 (год публикации - 2023)

12. Мамин Р.Ф. Исследования гетероструктур на основе сегнетоэлектриков Сборник тезисов XXIII Всероссийской конференции по физике сегнетоэлектриков (ВКС-XXIII), (Тверь, 3-6 октября 2023 г.) Тверь, Тверской государственный университет, 2023 - 283 c., стр.120 (год публикации - 2023)

13. Чибирев А.О., Леонтьев А.В., Гарифьянов Н.Н., Банников М.И., Мамин Р.Ф. Effect of light on the resistance of the LaMnO3/Bi4Ti3O12/Ba0,4Sr0,6TiO3/MgO and Ba0.8Sr0.2TiO3/LaMnO3/Ba0.8Sr0.2TiO3/MgO heterostructures Materials Science and Nanotechnology (MSN-2023). Abstract Book of International Conference (Ekaterinburg, August 27-30, 2023) Ekaterinburg, Ural Federal University, 2023- 179 c., р.146 (год публикации - 2023)

Возможность практического использования результатов
не указано