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 23-22-00112

НазваниеСинтез и исследование эпитаксиальных наносистем на основе графена и подложки SiC для реализации квантовых эффектов

РуководительРыбкин Артем Геннадиевич, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет", г Санкт-Петербург

Период выполнения при поддержке РНФ

2023 г. - 2024 г.

Конкурс№78 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами».

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе, 02-203 - Поверхность и тонкие пленки

Ключевые словаграфен, спин-орбитальное взаимодействие, обменное взаимодействие, электронная структура, спинтроника, наноэлектроника, фотоэлектронная спектроскопия

Код ГРНТИ29.19.24

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Современное развитие наноэлектроники и спинтроники требует поиска новых квантовых материалов, включая эпитаксиальные слоистые наноструктуры, которые, благодаря своим уникальным свойствам, будут использоваться в компьютерных технологиях, системах хранения данных и квантовых вычислениях. Контакты графена с магнитными и тяжелыми атомами металлов и контакты Джозефсона с графеном между сверхпроводниками в последние годы интенсивно изучаются как с точки зрения фундаментальной физики, так и с точки зрения потенциальных приложений. Значительная часть опубликованных работ выполнена на механически отщепленном графене, который несовместим с производством в масштабе целой пластины - подложки. С другой стороны, для наблюдения квантовых эффектов Холла в графене требуется эпитаксиальная хорошо упорядоченная слоистая структура со строго определёнными топологическими характеристиками. Одним из кандидатов для конструирования устройств является полупроводниковая подложка SiC, которая позволяет получать графен путем интеркаляции нулевого слоя графена. Эпитаксиальный синтез слоистых наносистем на основе графена и подложки SiC является новой тематикой как для коллектива, так и для научного сообщества. На сегодняшний день, в опубликованных работах показана возможность получения однородного однослойного графена путем интеркаляции атомов под нулевой слой графена, в том числе путем интеркалирования монослоя золота. В других работах по исследованию систем на основе графена, полученного путем переноса, проведены измерения спинового эффекта Холла (система Gr/Pb/Au) и сверхпроводимости в переходе Джозефсона на основе графена. Таким образом, возможность интеркаляции нулевого слоя графена на SiC, с одной стороны, и наблюдаемые квантовые эффекты в системах на основе графена, полученного путем переноса на диэлектрическую подложку, с другой стороны, свидетельствуют о возможности реализации новых квантовых эффектов в эпитаксиальных слоистых наносистемах на основе графена и подложки SiC. Проект посвящен поиску новых перспективных слоистых структур на основе графена и магнитных, тяжелых металлов, а также сверхпроводников для реализации аномального и спинового эффектов Холла и сверхпроводящих переходов Джозефсона. В рамках проекта будут синтезированы и исследованы экспериментальными и теоретическими методами эпитаксиальные слоистые системы, состоящие из графена с интеркалированными атомами Au, Co и Pb на подложке SiC(0001). Планируется исследовать особенности их электронной и кристаллической структуры, транспортные свойства, провести анализ возможности применения синтезированных систем для наблюдения квантовых эффектов.

Ожидаемые результаты
В настоящее время, существует интерес к экспериментальным слоистым системам на основе графена с целью реализации квантовых эффектов, таких как аномальный и спиновый эффекты Холла и эффект Джозефсона. Одной из ключевых задач проекта является разработка методики синтеза эпитаксиальных слоистых наносистем на основе графена и подложки карбида кремния (SiC(0001)). В рамках проекта будут синтезированы образцы нулевого слоя графена на SiC(0001) и проведены процессы интеркаляции атомов золота с целью формирования устойчивого силицидного слоя под графеном, а затем атомов кобальта и золота или атомов свинца. Для исследования электронной и спиновой структуры синтезированных наносистем планируется использовать комплекс современных экспериментальных и теоретических методов и подходов. Для систем графен/Au/Co/Au/SiC(0001) и графен/Pb/Au/SiC(0001) будут исследованы энергетические положения остовных уровней, дисперсионные зависимости в валентной зоне и формирование запрещенной зоны в точке Дирака графена. Наличие нетривиальной запрещенной зоны, сильного спин-орбитального и обменного взаимодействий позволит предложить графен в качестве активного элемента спинтроники в области хранения информации и квантовых вычислений. Для системы графен/Au/Co/Au/SiC(0001) будут исследованы магнитные свойства как в плоскости, так и перпендикулярно поверхности системы. Для обеих систем будут проведены транспортные измерения (удельное сопротивление, эффекты Холла и Рашбы-Эдельштейна). Благодаря использованию широких экспериментальных возможностей и теоретических расчетов из первых принципов, обеспечивается успешность проведения научных исследований в рамках проекта, а полученные результаты будут соответствовать мировому уровню и являться актуальными для развития современной наноэлектроники и спинтроники.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---