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 24-72-10088
НазваниеФерромагнитные нанопроволоки типа "медуза" и сегментированные аморфно-кристаллические нанопроволоки как элементы компьютерной памяти следующего поколения
Руководитель Самардак Алексей Юрьевич, Кандидат физико-математических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный федеральный университет" , Приморский край
Конкурс №98 - Конкурс 2024 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-204 - Нано- и микроструктуры
Ключевые слова Наноструктурированные материалы, нанопроволоки, одномерные материалы, аморфные металлические сплавы, магнитные свойства, структура, матричный синтез, матрицы пористого анодного оксида алюминия
Код ГРНТИ29.19.22
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Потребность в наноматериалах с новыми свойствами с каждым годом усиливается за счёт развития различных областей науки и производства. Так, сфера информационных технологий требует создания наноструктур, подходящих для применения в качестве элементов запоминающих устройств и устройств компьютерной логики, что особенно актуально в последние годы в связи с развитием машинного обучения и искусственного интеллекта (ИИ) и набирающими актуальность проблемами «бутылочного горлышка фон Неймана» и «стены памяти».
Одномерные ферромагнитные наноструктуры обладают всем требуемым потенциалом для выполнения выдвигаемых индустрией запросов благодаря своим уникальным свойствам. Наличие у них сильной одноосной анизотропии формы зачастую является определяющим в формировании их магнитного поведения, а управление этой анизотропией через контроль их формы и кристаллической структуры позволяет добиться свойств, потенциально полезных для последующего практического применения таких наноструктур в качестве запоминающих ячеек компьютерной памяти.
В рамках работы предлагается создание двух типов одномерных ферромагнитных наноструктур, многообещающих для применения в качестве ячеек магнитной памяти. Ферромагнитные нанопроволоки типа «медуза» — это новый и ранее не исследованный наноматериал с нетривиальной морфологией, разработанный в рамках Лаборатории плёночных технологий Дальневосточного Федерального Университета. Первые исследования, посвящённые синтезу и изучению их свойств, показали их необычное магнитное поведение, определяющее широкий спектр потенциальных применений. Полученные коллективом результаты стали базисом для целого набора идей для дальнейшего развития исследований. Одной из таких идей является возможный контроль элементной композиции составных частей нанопроволок типа «медуза», позволяющий добиться не только существенного изменения их магнитных свойств, но и комбинации полезных свойств материалов с различным элементным составом в рамках одной наноструктуры. Предлагаемые комбинации Co/Fe и Co/Ni позволит контролировать эффективную анизотропию составных частей нанопроволок типа «медуза» в связи с разной магнитокристаллической анизотропией этих материалов, а использование Co/Сu поможет исследовать специфичные свойства систем ферромагнетик-немагнитное вещество. Разный состав и магнитные свойства составных частей таких наноструктур позволят им выступать в качестве ячеек, способных запоминать и передавать информацию.
Сегментированные аморфно-кристаллические нанопроволоки Co/CoW с контролируемой магнитокристаллической анизотропией также являются многообещающей системой для применения в области магнитной памяти нового поколения. Как известно, Co обладает высоким значением магнитокристаллической анизотропии, тогда как в сплаве CoW возможно образование аморфного сплава, сохраняющего ферромагнитные свойства. Таким образом, путём контроля эффективной магнитной анизотропии в разных сегментах возможно добиться доменной конфигурации в сегментах Co, подходящей для хранения информации, а сегменты CoW использовать для перемещения информации в нанопроволоке.
Для достижения целей работы планируется проведение синтеза массивов вышеописанных наноструктур, всестороннее изучение их морфологии, кристаллической структуры и магнитных свойств набором современных экспериментальных методик, а также построение микромагнитных моделей на основе полученных экспериментальных данных для точного отслеживания причин, обуславливающих их магнитное поведение и определения их микромагнитной конфигурации и процессов переключения, обуславливающих потенциал их дальнейшего применения. Также ожидается проведение исследований транспортные свойства полученных нанообьектов для оценки их применимости в качестве ячеек памяти нового поколения.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2025 году
По результатам проведённых в течение первого года работ по гранту РНФ были сделаны первые шаги по проработке проблем создания трёхмерной многобитной магнитной запоминающей ячейки на основе одномерных ферромагнитных наноструктур. В частности, отработана методика получения одномерных ферромагнитных наноструктур с различными геометрическими и составными параметрами. Решены сопутствующие проблемы, возникавшие в процессе синтеза пористых оксидных матриц и нанопроволок, такие как неравномерное заполнение шаблона нанопроволоками и большой разброс их длин. Экспериментально показана возможность точного контроля элементной композиции составных частей нанопроволок типа «медуза» путём изменения электролита после заполнения нижнего слоя двухслойной пористой оксидной матрицы. В результате проведённой работы впервые получены двухсегментные Co/Ni нанопроволоки типа «медуза», а также исследовано влияние наличия сегментов с разной комбинацией магнитокристаллической анизотропии и анизотропии формы на магнитное поведение всего массива наноструктур.
Одним из важнейших результатов проведённой работы можно назвать обнаружение в результате синтеза и исследования трёхсегментных нанопроволок Co/CoW сильного влияния материала проводящего слоя и промежуточных сегментов на направление осей магнитокристаллической анизотропии в сегментах нанопроволок состоящих из плотно упакованного Co. Как показали исследования, этот феномен является результатом изменения направления текстурирования зёрен Co в поликристаллическом материале под влиянием изменения параметра решётки подложки, и может приводить к сильным трансформациям магнитного поведения сегментированных нанопроволок. Таким образом Co, выращенный на поверхности Cu приводит к направлению анизотропии параллельно длинной стороны нанопроволок, что является необходимым условием для создания многобитной магнитной памяти, в то время как Co выращенный на подложках W и CoW разворачивает ось магнитокристаллической анизотропии в плоскость, перпендикулярную длинной стороны нанопроволок. Эти результаты открывают дополнительные возможности контроля направления эффективной анизотропии с помощью правильного подбора материала проводящего слоя и промежуточных сегментов в сегментных нанопроволоках для создания запоминающего устройства на их основе.
Также в результате проведённых работ впервые получены градиентные нанопроволоки Co-CoW, которые сочетают в одном нанообъекте несколько кристаллических фаз: кристаллический плотно упакованный Co с высоким значением магнитокристаллической анизотропии, кристаллический сплав CoW с низким значением магнитокристаллической анизотропии и аморфно-нанокристаллический сплав CoW. Притом, как показали проведённые исследования, направление магнитной анизотропии всей наноструктуры в большой степени диктуется тонким слоем чистого Co. Полученные результаты демонстрируют перспективность градиентных нанопроволок для управления магнитной анизотропией в наноматериалах.
Также значимым результатом проведённой работы можно назвать отработанную технологию измерения магнитосопротивления на одиночных ферромагнитных наноструктурах различной формы. Первые результаты показали возможность не только исследования резистивных и магнитотранспортных свойств нанопроволок, но и описания влияния их доменной структуры на сопротивление с использованием микромагнитного моделирования для точного воссоздания физики процессов, происходящих в наноструктурах.