Ученые России нашли у минерала свойства для электроники нового поколения
Российские ученые впервые подробно изучили ромбический кубанит и нашли у него редкое сочетание магнитных и тепловых свойств. Минерал может стать природной моделью для поиска материалов для сенсоров, памяти и спинтроники.
Источник: лизавета Панкрушина / ИГГ УрО РАН. Участники исследовательского коллектива.
МОСКВА, 17 июня. /Новости науки/. Российские ученые впервые описали структуру, магнитные и тепловые свойства ромбического кубанита — природного минерала, который раньше считали главным образом второстепенной медной рудой. Работа показала, что минерал обладает свойствами, важными для создания энергоэффективной электроники, сообщила пресс-служба Российского научного фонда.
Современные компьютеры, серверы и другие электронные устройства теряют часть энергии в виде тепла. Поэтому ученые ищут материалы, которые помогут снизить такие потери и лучше управлять тепловыми потоками внутри приборов. Одно из перспективных направлений — спинтроника. В ней для передачи и обработки информации используют не только электрический заряд, но и магнитное состояние вещества.
Исследователи из Института геологии и геохимии имени академика А.Н. Заварицкого УрО РАН и Физико-технического института имени А.Ф. Иоффе РАН с коллегами изучили кубанит — тройной сульфид меди и железа. Ранее этот минерал был известен в основном как небогатая медная руда.
Авторы применили несколько экспериментальных методов и теоретические расчеты. Это позволило описать строение кубанита на атомном уровне, изучить его магнитные свойства, колебания кристаллической решетки и перенос тепла.
Оказалось, что кубанит плохо проводит тепло. При этом теплопроводность зависит от направления внутри кристалла: через одни грани тепло проходит легче, чем через другие. Такое свойство может быть полезно для управления тепловыми потоками в электронных устройствах и снижения энергетических потерь.
Ученые также обнаружили в кубаните магнонные возбуждения. Это коллективные магнитные волны внутри кристалла. Их можно представить как движение множества связанных «магнитных стрелок»: если одна отклоняется, это отклонение передается соседним. Такие волны интересны для спинтронных устройств, где информация связана с магнитным состоянием материала.
«Исследования, подобные нашему, помогают понять, какие свойства необходимы для создания новых поколений сенсоров, элементов памяти, оптических компонентов и других устройств. Даже если сам кубанит не сразу станет промышленным материалом, он уже сейчас представляет большую ценность как природная модель для разработки и поиска новых соединений с нужными характеристиками», — рассказала руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, старший научный сотрудник лаборатории физических и химических методов исследования Института геологии и геохимии имени академика А.Н. Заварицкого УрО РАН Елизавета Панкрушина.
Кроме природного кубанита авторы изучили его синтетический аналог — изокубанит. Он имеет немного другую структуру кристаллической решетки. Сравнение двух материалов помогло лучше понять связь между составом, структурой и физическими свойствами таких соединений.
В исследовании также участвовали сотрудники Института физики имени Л.В. Киренского СО РАН, Института экспериментальной минералогии имени академика Д.С. Коржинского РАН и Кольского научного центра РАН. Результаты работы, поддержанной грантом РНФ, опубликованы в журнале Physica B: Condensed Matter.
Современные компьютеры, серверы и другие электронные устройства теряют часть энергии в виде тепла. Поэтому ученые ищут материалы, которые помогут снизить такие потери и лучше управлять тепловыми потоками внутри приборов. Одно из перспективных направлений — спинтроника. В ней для передачи и обработки информации используют не только электрический заряд, но и магнитное состояние вещества.
Исследователи из Института геологии и геохимии имени академика А.Н. Заварицкого УрО РАН и Физико-технического института имени А.Ф. Иоффе РАН с коллегами изучили кубанит — тройной сульфид меди и железа. Ранее этот минерал был известен в основном как небогатая медная руда.
Авторы применили несколько экспериментальных методов и теоретические расчеты. Это позволило описать строение кубанита на атомном уровне, изучить его магнитные свойства, колебания кристаллической решетки и перенос тепла.
Оказалось, что кубанит плохо проводит тепло. При этом теплопроводность зависит от направления внутри кристалла: через одни грани тепло проходит легче, чем через другие. Такое свойство может быть полезно для управления тепловыми потоками в электронных устройствах и снижения энергетических потерь.
Ученые также обнаружили в кубаните магнонные возбуждения. Это коллективные магнитные волны внутри кристалла. Их можно представить как движение множества связанных «магнитных стрелок»: если одна отклоняется, это отклонение передается соседним. Такие волны интересны для спинтронных устройств, где информация связана с магнитным состоянием материала.
«Исследования, подобные нашему, помогают понять, какие свойства необходимы для создания новых поколений сенсоров, элементов памяти, оптических компонентов и других устройств. Даже если сам кубанит не сразу станет промышленным материалом, он уже сейчас представляет большую ценность как природная модель для разработки и поиска новых соединений с нужными характеристиками», — рассказала руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, старший научный сотрудник лаборатории физических и химических методов исследования Института геологии и геохимии имени академика А.Н. Заварицкого УрО РАН Елизавета Панкрушина.
Кроме природного кубанита авторы изучили его синтетический аналог — изокубанит. Он имеет немного другую структуру кристаллической решетки. Сравнение двух материалов помогло лучше понять связь между составом, структурой и физическими свойствами таких соединений.
В исследовании также участвовали сотрудники Института физики имени Л.В. Киренского СО РАН, Института экспериментальной минералогии имени академика Д.С. Коржинского РАН и Кольского научного центра РАН. Результаты работы, поддержанной грантом РНФ, опубликованы в журнале Physica B: Condensed Matter.
