Лауреаты премии Правительства Москвы молодым учёным за 2024 год
Хорошо известно, что поддержка науки остаётся одним из приоритетных направлений работы Правительства Москвы. В середине апреля объявлен ставший традиционным конкурс на соискание премий Правительства Москвы молодым учёным за текущий год. Организатором конкурса, как всегда, выступает Департамент образования и науки города Москвы. Заявки принимаются по 18 июля 2025 года.
Журнал «Наука и жизнь» — тоже традиционно — отводит несколько страниц в двух весенних номерах представлению интересных с нашей точки зрения работ, премированных в прошедшем году. В апрельском выпуске мы рассказали о двух работах молодых учёных, удостоенных премии Правительства Москвы за 2024 год в номинациях «Химия и науки о материалах» и «Науки о Земле». В этом номере представляем ещё несколько работ.
Но прежде всё же напомним условия конкурса: премии присуждаются в 22 номинациях, из них 11 номинаций в области фундаментальных исследований и столько же — в области прикладных разработок. В области научных исследований это «Математика, механика и информатика», «Физика и астрономия», «Химия и науки о материалах», «Биология», «Медицинские науки», «Науки о Земле», «Общественные науки», «Гуманитарные науки», «Информационно-коммуникационные технологии», «Технические и инженерные науки» и «Наука — мегаполису»; в области разработок — «Авиационная и космическая техника», «Городская инфраструктура», «Биотехнологии», «Фармацевтика, медицинское оборудование и материалы», «Новые материалы и нанотехнологии», «Передовые промышленные технологии», «Передача, хранение, обработка, защита информации», «Приборостроение», «Технологии экологического развития», «Электроника и средства связи», «Энергоэффективность и энергосбережение». На получение премии могут претендовать молодые учёные Москвы в возрасте до 35 лет включительно (доктора наук — до 40 лет включительно). Представлять проекты можно как индивидуально, так и в составе научного коллектива из двух-трёх человек. Всего будет присуждено 50 премий. Итоги конкурса подведут в январе 2026 года. Подробности условий участия в конкурсе опубликованы на официальном сайте конкурса: https://nauka.mos.ru.
Новые магнитные материалы для спинтроники
Электронная компонентная база на основе традиционных полупроводников подошла к своему технологическому пределу. Это связано со стремительным уменьшением размеров элементов электронных устройств. Они должны быть не только компактными и высоко-производительными, но одновременно потреблять меньше энергии. Очевидно, что решить подобную задачу можно, если найти принципиально новые подходы к созданию электронных устройств, а, следовательно, и к разработке материалов с соответствующими функциональными возможностями.
Альтернативой обычным полупроводниковым технологиям считается спинтроника — электроника, в которой задействуются механизмы работы, основанные на управлении собственным магнитным моментом электрона (спином), а не на переносе заряда. Спинтроника даёт возможность создавать наноразмерные стабильно работающие приборы с исключительно малым энергопотреблением, которые практически не будут нагреваться, а значит, для них не потребуются системы охлаждения.
Наиболее перспективными для спинтроники считаются двумерные магнитные материалы, весьма чувствительные к внешним воздействиям, таким как электрические и магнитные поля, давление и другим, благодаря чему их свойствами можно легко управлять. Созданные в последнее десятилетие несколько таких двумерных магнитов демонстрируют необычные свойства, которые раньше не могли предсказать.
С технологической точки зрения наибольший потенциал имеют исследования, ориентированные на создание материалов на основе двумерных соединений, легко интегрируемых в современные производственные процессы стандартных полупроводниковых технологий. Поэтому большое внимание привлекают двумерный графен и его структурные аналоги силицен, атомная решётка которого состоит из кремния, и германен, кристаллическую решётку которого составляют атомы германия. Эти материалы интересны своими свойствами, включая высокую подвижность носителей заряда, большие длины спиновой диффузии, возможность управлять шириной запрещённой зоны и таким образом изменять, например, электропроводность и спектральный диапазон поглощения света. И что важно, они демонстрируют новые квантовые явления. Однако эти материалы немагнитны, что ограничивает их применение в спинтронике. Поэтому исследователи ищут способы придания им магнитных свойств. С этой точки зрения интересны их модификации, полученные интеркалированием — внедрением магнитных атомов в межслоевое пространство кристаллической матрицы. Таким образом в систему привносятся магнитные свойства и заодно решается проблема высокой химической реактивности, присущей силицену и германену.
В НИЦ «Курчатовский институт» молодые исследователи Дмитрий Аверьянов, Игорь Каратеев и Иван Соколов под руководством доктора физико-математических наук Вячеслава Григорьевича Сторчака открыли несколько новых обширных классов двумерных магнитных материалов для устройств наноэлектроники и спинтроники на основе этих трёх двумерных структур.
Один из материалов создан на основе нестойкого по своей природе силицена. В этом помогло открытие ранее неизвестной кристаллической фазы материала, представляющего собой силицен с интегрированными в него атомами стронция (SrSi2). Использовав плёнки данного материала в качестве основы для синтеза двумерных слоистых структур, исследователи впервые получили двумерный ферромагнитный материал на основе силицена. Материал-сэндвич представлял собой чередующиеся слои силицена и атомов европия — редкоземельного металла с большим магнитным моментом. Собственный двумерный магнетизм в материале возникал на уровне монослоя (то есть единичного слоя атомов). Затем слои силицена заменили на слои германена и потом — графена, а атомы европия — на гадолиний, и таким образом был синтезирован ряд новых магнитных соединений, образующих отдельный класс материалов. Их ферромагнитные свойства порождают замечательные транспортные и оптические явления и могут управляться посредством электрических воздействий.
Синтез материалов проводили методом молекулярно-лучевой эпитаксии по специально разработанным методикам. В ходе исследований магнитных, структурных и транспортных свойств обнаружилось, что полученные материалы обладают интересной особенностью: при уменьшении в них количества монослоёв они из антиферромагнетиков превращаются в ферромагнетики. Причём полного перехода в ферромагнитное состояние не происходит: в сверхтонких образцах наблюдается сосуществование ферромагнитной и антиферромагнитной фаз. Исследователи подчёркивают, что именно удивительно сильная зависимость свойств от толщины делает полученные материалы перспективным классом для использования их в спинтронных устройствах. А эффект сосуществования антиферромагнитной и ферромагнитной фаз этому дополнительно благоприятствует: он находит применение в устройствах магниторезистивной памяти и спиновых вентилях, используемых в магнитных датчиках и считывающих головках жёстких дисков.
При исследовании транспортных свойств сверхтонких слоёв силицидов было обнаружено, что они также существенным образом изменяются с толщиной. Благодаря этому при разработке архитектуры устройств плёнки разной толщины одного материала можно использовать в качестве слоёв различного функционального назначения.
Описанные материалы на основе силицена и германена с интеркалированными атомами европия и гадолиния формировали путём продолжительного осаждения последних на нагретую подложку. Однако если вести этот процесс при более высокой температуре, на начальном этапе осаждения магнитных атомов на подложках формируются поверхностные фазы. Они представляют собой субмонослойные строго периодические упорядоченные структуры толщиной в один атом, но существенно более разреженные, чем монослой вещества. Как оказалось, такие системы, состоящие из атомов европия на кремниевых и германиевых подложках, также проявляют свойства двумерных ферромагнетиков. Более того, подобные поверхностные фазы европия исследователи синтезировали на межфазной поверхности графен/кремний. Системы графен/Eu/Si также обладали свойствами 2D-ферромагнетиков.