Исследователи показали, как можно сформировать естественную, практически лишенную дефектов, ферромагнитно-упорядоченную границу раздела в слоистом антиферромагнитном кристалле EuSn₂As₂ (так называемом «Eu-122»). Они вырастили монокристаллы «Eu-122» и продемонстрировали, что образцы, синтезированные при высоких температурах, неизбежно содержат включения побочной фазы, возникающей вследствие переменной валентности атомов олова.
«Используя методы просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения (ВР ПРЭМ) и прецизионной рентгеновской дифракции, мы впервые выявили наличие атомарно-тонких планарных дефектов вторичной фазы. Затем провели расчеты в рамках теории функционала плотности, чтобы определить формульную единицу планарного дефекта – EuSnAs2 («Eu-112») – и выяснить, как кубическая решетка этого соединения сопрягается с тригональной решеткой кристаллической матрицы «Eu-122». Выявленная структурная единица планарного дефекта «Eu-112» содержит нечетное число атомов европия и, следовательно, обладает нескомпенсированным магнитным моментом, который при охлаждении приобретает ферромагнитную поляризацию. Слабый ферромагнитный порядок в объемных антиферромагнитных кристаллах «Eu-122» был подтвержден результатами комплексных измерений электросопротивления, намагниченности и спиновой восприимчивости», – рассказала научный сотрудник Центра высокотемпературной сверхпроводимости и квантовых материалов им. В.Л. Гинзбурга ФИАН Алёна Левахова.
Слоистые магнитоупорядоченные материалы служат уникальной платформой для создания спинтронных устройств вплоть до толщин в один монослой. Для этого требуются как высокая степень спиновой поляризации, так и механизмы быстрого управления спином. В ферромагнетиках магнитное состояние отличается высокой устойчивостью благодаря сильному обменному взаимодействию, однако спиновая динамика протекает медленно из-за длительного времени прецессии спина. Напротив, в антиферромагнетиках спиновая динамика характеризуется высоким быстродействием.
Создание двумерного ферромагнитного слоя на поверхности слоистых антиферромагнетиков позволит объединить преимущества ферромагнетиков с преимуществами антиферромагнетиков, что может привести к прорыву в области высокоскоростной и энергоэффективной спинтроники – в вычислительной технике и устройствах обработки и хранения информации.
«Способность к формированию практически идеальной границы раздела фаз с ферромагнитным и антиферромагнитным упорядочением свойственна не только соединениям типа «Eu-122». Подобного поведения можно ожидать и от других слоистых квазидвумерных кристаллов, содержащих магнитные атомы (Eu, Gd, Dy, Mn и др.) и немагнитные атомы с переменной валентностью (Sn, In и др.), что открывает перспективы для создания быстродействующих и стабильных устройств с магнитным упорядочением на наноуровне», – объяснил руководитель Центра высокотемпературной сверхпроводимости и квантовых материалов им. В.Л. Гинзбурга ФИАН, академик РАН Владимир Пудалов.
.jpg)
