Предсказаны «неметаллические» полуметаллы

13.09.2017

Существование нового класса материалов — спин-долинных полуметаллов обосновали физики из МФТИ и Института теоретической и прикладной термодинамики (ИТПЭ) РАН. Эти материалы можно будет применять во вживляемой электронике, в устройствах на основе графена и нанотрубок. Исследование опубликовано в Physical Review Letters. Об этом рассказывает интернет-издание «Индикатор».

Новый механизм позволяет в перспективе получить по-настоящему «неметаллические» полуметаллы, без атомов переходных металлов вроде никеля, марганца или лантана. Сами исследователи используют термин «спин-долинная электроника» для одной из возможных альтернатив традиционной электронике.

По мнению ученых, электроника подошла к пределу своих возможностей, и сегодня исследователи рассматривают иные подходы вроде спинтроники, опирающейся на наличие у электрона спина. Спинтроника уже используется на практике — с ее помощью специалисты повысили емкость жестких дисков, применив более чувствительные датчики магнитного поля для считывания информации.

Один из перспективных типов материалов для спинтроники — полуметаллы, предсказанные физиками при помощи компьютерного моделирования и впоследствии обнаруженные экспериментальным путем. Полуметалл, в отличие от металла, проводит ток только электронами с заданным спином, например со спином вверх, а электроны со спином вниз имеют слишком большую энергию и в переносе заряда принять участия не могут.

Получать «неметаллические» полуметаллы физики предлагают из особого класса токонепроводящих материалов, так называемых диэлектриков, с волной зарядовой или спиновой плотности. Такими волнами называют периодически расположенные в материале микроскопические участки с ненулевым средним зарядом/спином. Для того чтобы материал с волной плотности стал полуметаллом, его необходимо подвергнуть специальной обработке.

«Физическая модель, в которой мы обнаружили наличие полуметаллической спин-долинной фазы, известна уже несколько десятилетий. Это подтверждает тезис о неисчерпаемости электрона наравне с атомом. Теперь дело за экспериментаторами. Веществ, которые хорошо описываются рассмотренной нами моделью, известно достаточно много. Поэтому я убежден, что предсказанная нами фаза будет в конце концов обнаружена либо в уже существующих соединениях, либо в материалах, которые будут синтезированы в будущем», — рассказал один из соавторов работы, главный научный сотрудник ИТПЭ РАН Климент Кугель.