Forskare från Far Eastern Federal University (FEFU) och Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences (FEB RAS) utvecklade nanoheterostrukturen som bestod av en nanokristallmagnetitfilm (Fe) ₃ O ₄ ) täcker ett kiselsubstrat med ett ytterligare skikt av kiseloxid (SiO ₂ /Si). Dess magnetiska och magnetotransportegenskaper kan hjälpa till att designa högeffektiva hybridhalvledarenheter med nya spintroniska element. Den relaterade artikeln publicerades i Journal of Alloys and Compounds .

Den nya nanoheterostrukturen är bara 75 nm tjock och av särskilt intresse, eftersom den kan användas som en källa för spin-polariserade elektroner för halvledarkiselsubstratet.

Författarna till arbetet beskrev för första gången optimala förhållanden för bildandet av filmer som endast innehåller Fe ₃ O ₄ nanokristaller. Kristallgittret i dessa strukturer har en viss föredragen orientering mot Si-substratet som kallas den kristallina texturen.

"Reaktiv deposition har redan bevisats som en effektiv metod för framställning av nanofilmer. I vårt arbete, vi använde den reaktiva avsättningen av järn i en syreatmosfär. Vi studerade effekten av Fes struktur och morfologi ₃ O ₄ nanofilmer om deras magnetiska och elektriska egenskaper. Vi beskrev de förhållanden under vilka de bästa filmerna kan erhållas och användas vidare i enheter som arbetar på basis av spinnpolariserad elektroninjektion i kisel via ett ultratunt lager av SiO ₂ . Resultaten av vår grundforskning kan, därför, användas i stor utsträckning inom tillämpad fysik, " sa Vyacheslav Balashev. Balashev är ingenjör vid Institutionen för fysik för lågdimensionella strukturer, Skolan för naturvetenskap, FEFU, och en senior forskare vid Laboratory for Hybrid Structures, Institutet för automation och styrprocesser, FEB RAS.

Elektronspinpolarisering är mycket effektivare i den nya strukturen än i filmer av andra magnetiska material. Detta kommer att hjälpa till att skapa spinninjektorer för spintronic-enheter.

"Forskare från hela världen har studerat magnetiska och ledande egenskaper hos Fe ₃ O ₄ nanopartiklar och tunna filmer i två decennier på grund av dess teoretiskt förutspådda 100% elektronspinnpolarisering. Detta är en perfekt egenskap för spintroniska enheter som kräver ren spinström (en mer effektiv analog av elektrisk ström) för sin funktion. Spinnströmmen bestäms av överföringen av elektronspin, inte ladda. Därför, spintronic-enheter förlorar inte energi vid Joule-uppvärmning, "Alexander Samardak, en biträdande professor vid institutionen för datorsystem, Skolan för naturvetenskap, FEFU, kommenterade.

Enligt forskaren, den höga spinnpolarisationen av magnetit har ännu inte bekräftats experimentellt, men det finns några lovande studieområden inom detta område, inklusive utveckling av magnetitfilmer med en given kristallin textur på halvledarsubstrat. Kristallstrukturen är det som bestämmer de magnetiska och magnetiska transportegenskaperna hos nanofilmer. All denna forskning för forskare närmare att skapa högeffektiva injektorer av ren spinnström som kan användas i hybridenheter baserade på halvledare och magnetiska material.

"Modern elektronik har nästan nått sina gränser. Det är omöjligt att ytterligare minska storleken på dess funktionella element på grund av ett antal fysiska begränsningar. Jag tror att integrationen av Si-baserad elektronik och energieffektiv spintronik är precis runt hörnet, avslutar Alexander Samardak.