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 22-12-00174
НазваниеПерспективные низкоразмерные многокомпонентные наноструктуры: формирование, структура и свойства
Руководитель Зотов Андрей Вадимович, Доктор физико-математических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук , Приморский край
Конкурс №68 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-204 - Нано- и микроструктуры
Ключевые слова низкоразмерные наноструктуры, электронная структура, поверхностные состояния, сканирующая туннельная микроскопия/спектроскопия, фотоэлектронная спектроскопия, транспортные и магнитотранспортные измерения
Код ГРНТИ29.19.22
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
В настоящее время низкоразмерные системы привлекают значительное внимание исследователей во всем мире, как со стороны фундаментальной науки в качестве объектов, где могут быть реализованы нетривиальные физические явления и эффекты, так и с точки зрения перспектив их применения для решения задач в самых современных направлениях электроники, таких как спинтроника и наноэлектроника. Развитие нанотехнологий последних лет позволяет управляемо синтезировать самые сложные нанообъекты. Синтез и исследование свойств низкоразмерных систем на основе многокомпонентных наноструктур является перспективным направлением современных физики конденсированного состояния, материаловедения и нанотехнологии. В настоящем проекте предполагается использовать хорошо известный метод молекулярно-лучевой эпитаксии, в котором осаждение пленок адсорбатов на предварительно подготовленные атомарно-чистые поверхности подложек проводится в условиях сверхвысокого вакуума из атомных или молекулярных пучков.
Для формирования многокомпонентных низкоразмерных наноструктур предполагается использовать один из следующих подходов.
(1) Модификация свойств известной наноструктуры (например, поверхностной реконструкции металл-кремний) путем добавления к ней определенного количества инородной примеси. Базовое атомное строение исходной наноструктуры при этом сохраняется практически неизменным. В этом случае модификация свойств наноструктуры (в частности электронных и транспортных) происходит, например, за счет легирования, смещения уровня Ферми, появления дополнительных центров рассеяния электронов проводимости (в частности, с переворотом спина, если примесь магнитная).
(2) Рост тонких пленок на модифицированных поверхностях кремния. В этом подходе предполагается сначала модифицировать структуру и свойства атомарно-чистой поверхности кремния или какой-либо реконструкции, а затем использовать полученную поверхность в качестве подложки для последующего наращивания на ней пленок и формирования наноструктур. Модификация поверхности подложки во многих случаях приводит к изменению механизма роста пленок, а, следовательно, и их морфологии, а часто оказывает и ориентирующее действие на их структуру.
(3) Формирование низкоразмерных химических соединений. Наш опыт показывает, что это, пожалуй, самое продуктивное направление. В этом подходе за счет химического взаимодействия между атомами разного сорта, а также их взаимодействия с атомами подложки образуются соединения пониженной размерности, как правило, не имеющие аналогов среди объемных фаз этих материалов. Путем подбора соответствующих компонентов удается получить разнообразные соединения, в том числе и с ярко выраженными перспективными свойствами.
Комплексное исследованием структурных, электронных и транспортных свойств синтезированных наноструктур с помощью современных экспериментальных и теоретических методов обеспечит получение надежных и всесторонних данных. В результате выполнения проекта будут синтезированы новые низкоразмерные материалы с перспективными свойствами, такими, например, как гигантское спиновое расщепление зон поверхностных состояний, необычная спиновая текстура, сверхпроводимость, нетривиальная топология зон электронных состояний. Благодаря таким свойствам, полученные наноструктуры имеют перспективы применения в наноэлектронике и спинтронике.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1.
Денисов Н.В., Матецкий А.В., Зотов А.В., Саранин А.А.
Non-monotonic changes in conductance of Bi(111) films induced by Cs adsorption
Applied Physics Letters, Vol.121, P. 043101-5 (год публикации - 2022)
10.1063/5.0099617
2.
Михалюк А.Н., Грузнев Д.В., Бондаренко Л.В., Тупчая А.Ю., Вековшинин Ю.Е., Еремеев С.В., Зотов А.В., Саранин А.А.
2D heavy fermion CePb3 kagome material on silicon: Emergence of unique spin polarized states for spintronics
Nanoscale, Vol.14, P.14732-14377 (год публикации - 2022)
10.1039/d2nr04280k
3.
Бондаренко Л.В., Тупчая А.Ю., Вековшинин Ю.Е., Грузнев Д.В., Котляр В.Г., Утас Т.В., Михалюк А.Н., Матецкий А.В., Денисов Н.В., Зотов А.В., Саранин А.А.
Gold interlayer promotes superconductivity in single- and double-atomic Pb layers on Si(100)
Journal of Physical Chemistry Letters, Vol.13, P.10479-10485 (год публикации - 2022)
10.1021/acs.jpclett.2c03021
Публикации
1.
Михалюк А.Н., Бондаренко Л.В., Тупчая А.Ю., Вековшинин Ю.Е., Утас Т.В., Грузнев Д.В., Чоу Д.Р., Еремеев С.В., Зотов А.В., Саранин А.А.
Large-scale thallene film with emergent spin-polarized states mediated by tin intercalation for spintronics applications.
Materials Today Advances, Vol.18, P.100372-7 (год публикации - 2023)
10.1016/j.mtadv.2023.100372
2.
Бондаренко Л.В., Тупчая А.Ю., Вековшинин Ю.Е., Грузнев Д.В., Олянич Д.А., Утас Т.В., Михалюк А.Н., Зотов А.В., Саранин А.А.
Effect of embedded Cr on the structural phase transition of In/Si(111)4×1
Surface Science, Vol.739, P.122400-6 (год публикации - 2024)
10.1016/j.susc.2023.122400
3.
Михалюк А.Н., Вековшинин Ю.Е., Тупчая А.Ю., Бондаренко Л.В., Грузнев Д.В., Еремеев С.В., Зотов А.В., Саранин А.А.
Promoting spin-polarized states in Bi/Si(111) interface mediated by Ba intercalation for advanced spintronics applications
Scripta Materialia, Vol.239, P.115807-6 (год публикации - 2024)
10.1016/j.scriptamat.2023.115807
4.
Грузнев Д.В., Бондарено Л.В., Тупчая А.Ю., Яковлев А.А., Михалюк А.Н., Зотов А.В., Саранин А.А.
Alteration of the inter-chain distance between Au atomic wires on Si(111) induced by Tl adsorption
Surface Science, Vol. 740, P.122416-6 (год публикации - 2024)
10.1016/j.susc.2023.122416
Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Все запланированные на этап 2024 года работы были выполнены, а запланированные научные результаты достигнуты.
Доминантной темой, по которой были получены основные результаты настоящего этапа, явились так называемые 2D-Xenes (атомные слои, образованные различными элементами и имеющими графеноподобную сотовую структуру). При этом рассматривались несколько аспектов этой темы.
Во-первых, изучались системы, где 2D-Xenes являлись структурным элементом в составе наноструктуры, как, например, в случае квази-одномерной реконструкции Au/Si(111)5×2, где атомные цепочки Au разделены полосками кремния, имеющими структуру силицена (2D-Xene, образованного атомами Si), или моноатомных слоев силицидов редкоземельных металлов RESi2 на кремнии (или германидов REGe2 на германии), структуру которых можно представить, как слой силицена на подложке Si(111) или германена (2D-Xene, образованный атомами Ge) на подложке Ge(111), интеркалированный атомным слоем редкоземельных металлов.
Во-вторых, изучались системы, где формируются сплошные слои 2D-Xenes, как, например, в случае слоев плюмбена (2D-Xene, образованного атомами свинца) на поверхности Si(111)√3×√3-B или островков висмутена (2D-Xene, образованного атомами Bi) на поверхности InAs(111).
В-третьих, исследовались возможности модификации структуры и свойств 2D-Xenes при осаждении на них разнообразных адсорбатов, как например, в случае адсорбции атомов Y на реконструкцию Au/Si(111)5×2 или модификации плюмбена при адсорбцию на него атомов Mg или Yb.
Полученные результаты позволили расширить представления относительно способов формирования, модификации и свойств 2D-Xenes и наноструктур на их основе. В частности, было продемонстрировано, что использование уникальных свойств низкоразмерных систем (например, 2D Xenes, а в частности, плюмбена) требует решения комплексной задачи: недостаточно только найти подходящую подложку для формирования стабильной низкоразмерной системы, но еще нужно, чтобы ее электронные свойства доминировали в этой материальной системе.
Публикации
1.
Михалюк А.Н., Шевердяева П.М., Чоу Д.П., Матецкий А.В., Еремеев С.В., Зотов А.В., Саранин А.А.
Unveiling the stacking-dependent electronic properties of 2D ultrathin rare-earth metalloxenes family LnX2 (Ln = Eu, Gd, Dy; X = Ge, Si)
Journal of Materials Chemistry C, Vol.12, Iss.16, P. 5926-5933 (год публикации - 2024)
10.1039/D4TC00173G
2.
Михалюк А.Н., Бондаренко Л.В., Тупчая А.Ю., Грузнев Д.В., Соловова Н.Ю., Голяшов В.А., Терещенко О.Е., Окуда Т., Кимура А., Еремеев С.И., Зотов А.В., Саранин А.А.
Emergence of quasi-1D spin-polarized states in ultrathin Bi films on InAs(111)A for spintronics applications
Nanoscale, Vol.16, Iss. 3, P. 1272-1281 (год публикации - 2024)
10.1039/D3NR03830K
Возможность практического использования результатов
Полученные результаты могут привести к созданию новых технологий, которые могут использоваться в отраслях, связанных с производством полупроводников, что в свою очередь будет способствовать созданию инновационных технологий и развитию национальной экономики. Их можно считать научно-техническим заделом по технологии формирования разнообразных низкоразмерных структур с атомарной точностью. Формирование таких систем создает предпосылки для разработки на их основе электронных устройств следующего поколения.