Синтез нанослойных MAX-материалов на основе хрома и марганца для применения в устройствах спинтроники

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 проекта 21-12-00226

НазваниеСинтез нанослойных MAX-материалов на основе хрома и марганца для применения в устройствах спинтроники

Руководитель Варнаков Сергей Николаевич, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" , Красноярский край

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; 02-203 - Поверхность и тонкие пленки

Ключевые слова тройные карбиды переходных металлов; синтез квазидвумерных MAX-фаз; тонкие эпитаксиальные пленки; структура атомно-упорядоченных и неупорядоченных пленок, транспортные, оптические и магнитные свойства; спинтроника.

Код ГРНТИ29.19.16

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Существует проблема сокращения энергетических и сырьевых затрат при производстве новых устройств электроники, высокочувствительных датчиков, коррозионностойких покрытий. Одним из актуальных решений данной проблемы может быть создание новых материалов с атомарно-слоевой анизотропной структурой, примером которых являются системы Mn+1AXn (или сокращённо MAX-материалы): где n – принимает целые значения 1, 2 и 3; М – является переходным элементом; а А является элементом из группы 13 или 14; Х является углеродом или азотом. Термодинамическая стабильность таких систем обеспечивается послойным чередованием ковалентного и металлического типов химической связи между субслоями M-X-M и M-A-M. Это чередование обеспечивает MAX-материалам ценные механические и электронные свойства, высокую химическую стойкость. Применение в составе MAX-материала 3d-элементов позволяет с высокой точностью управлять его магнитными, магнитострикционными и магнетокалорическими свойствами. В частности, синтез MAX-фазы на основе хрома и марганца в перспективе может позволить реализовать двумерную антиферромагнитную систему с неколлинеарным магнитным упорядочением, пригодную для устройств спинтроники. Соответственно, разработка технологии синтеза и неразрушающего высокочувствительного контроля таких магнитных анизотропных материалов является актуальной научной проблемой. Проект направлен на поиск структурных, оптических, магнитооптических, транспортных, и магнитных свойств эпитаксиальных MAX-материалов (Cr1−xMnx)2GeC (0=>x>=1) и (Cr1−xMnx)2SiC (0>=x>=1) зависящих от толщины, стехиометрического состава и технологии синтеза, что позволит выявить критерии для оптимизации тех или иных их физических характеристик для конкретной практической задачи. В проекте будут впервые синтезированы тонкопленочные MAX-структуры состава (Cr1−xMnx)2GeC и (Cr1−xMnx)2SiC и измерены их структурные, оптические, магнитооптические, магнитные, транспортные, магнитотранспортные, термоэлектрические и магнитотермоэлектрические свойства в зависимости от температуры, толщины и стехиометрического параметра x. Также будут впервые измерены оптические и магнитооптические свойства тонкопленочной MAX-структуры (Cr0,5Mn0,5)2GaC в зависимости от температуры. Для проведения магнитооптического анализа MAX-материалов будут разработаны специальные оптические методы контроля поверхности на основе магнитомодулированной спектральной эллипсометрии.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Максимова О.А., Лященко С.А., Варнаков С.Н., Овчинников С.Г. Магнитооптический параметр Q для структур с одноосной оптической анизотропией. Журнал экспериментальной и теоретической физики, Том: 160, Номер: 5 (11), Год: 2021, Страницы: 678-688 (год публикации - 2021)
10.31857/S0044451021110079

2. Овчинников С.Г., Максимова О.А., Лященко С.А., Яковлев И.А., Варнаков С.Н. Role of Interfaces in the Permittivity Tensor of Thin Layers of a Ferromagnetic Metal JETP Letters, Vol. 114, No. 3, pp. 163–165 (год публикации - 2021)
10.1134/S0021364021150066

3. Томилин Ф.Н., Шубин А.А., Козак В.В., Иванова Д.А., Федорова Н.А., Ольшевская Ю.С., Ковалева А.В., Аврамов П.В., Овчинников С.Г. Влияние замещения на магнитные моменты атомов железа и хрома в MAX-фазах вида (Cr4 – xFex)0.5SiC. Теоретический расчет ФИЗИКА МЕТАЛЛОВ И МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ, № 7, том 123, с. 682–686 (год публикации - 2022)
10.31857/S0015323022070191

4. Яковлев И., Тарасов И., Лукьяненко А., Рауцкий М., Соловьев Л., Сухачев А., Волочаев М., Ефимов Д., Гойхман А., Бондарев И., Варнаков С., Овчинников С., Н.Волков и Тарасов А. Sublayer-Enhanced Growth of Highly Ordered Mn5Ge3 Thin Film on Si(111) MDPI, Nanomaterials 2022, 12, 4365 (год публикации - 2022)
10.3390/nano12244365

5. Тарасов А.С., Лященко С.А., Рауцкий М.В., Лукьяненко А.В., Андрющенко Т.А., Соловьев Л.А., Яковлев И.А., Максимова О.А., Шевцов Д.В., Бондарев М.А., Бондарев И.А., Овчинников С.Г., Варнаков С.Н. Growth Process, Structure and Electronic Properties of Cr2GeC and Cr2-xMnxGeC Thin Films Prepared by Magnetron Sputtering Processes, 11(8), 2236, p. 1-13 (год публикации - 2023)
10.3390/pr11082236

6. Фёдорова Н.А., Ковалёва А.В., Ольшевская Ю.С., Иванова Д.А., Козак В.В., Шубин А.А., Тарасов А.С., Варнаков С.Н., Овчинников С.Г., Мошкина Е.М., Максимова О.А., Аврамов П.В., Томилин Ф.Н. Substitution Effects in Spin-Polarized (Cr4-xFex)0.5AC (A = Ge, Si, Al) MAX Phases Magnetochemistry, 9(6), 147, p. 1-13 (год публикации - 2023)
10.3390/magnetochemistry9060147

7. Андрющенко Т.А., Лященко С.А., Лукьяненко А.В., Варнаков С.Н., Овчинников С.Г. Оже-электронная спектроскопия поверхности MAX-пленок (Cr0.5Mn0.5)2GaC, окисленной в результате хранения на воздухе Письма в Журнал технической физики, том 49, вып. 14, с. 22-27 (год публикации - 2023)
10.21883/PJTF.2023.14.55821.19430

8. Козак В.В., Федорова Н.А., Ольшевская Ю.С., Ковалева А.В., Шубин А.А., Тарасов А.С., Варнаков С.Н., Овчинников С.Г., Томилин Ф.Н., Аврамов П.В. Nearly flat bands and ferromagnetism in the terminated Mn2C MXene Computational Condensed Matter, 35, e00806, p. 1-7 (год публикации - 2023)
10.1016/j.cocom.2023.e00806

9. Максимова О.А., Лященко С.А., Варнаков С.Н., Овчинников С.Г., Яковлев И.А., Шевцов Д.В., Андрющенко Т.А. Magneto-optical ellipsometry of thin films with optical uniaxial anisotropy Physics of Metals and Metallography (год публикации - 2023)

10. Андрющенко Т.А., Лященко С.А., Варнаков С.Н., Лукьяненко А.В., Немцев И.В., Яковлев И.А., Шевцов Д.В., Максимова О.А., Овчинников С.Г. Auger electron spectroscopy of thin Cr2GeC films Physics of Metals and Metallography (год публикации - 2023)

Публикации