Эпитаксиальные наноструктуры функциональных оксидов на германиевой платформе для спинтроники

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 20-79-10028

НазваниеЭпитаксиальные наноструктуры функциональных оксидов на германиевой платформе для спинтроники

Руководитель Аверьянов Дмитрий Валерьевич, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" , г Москва

Конкурс №50 - Конкурс 2020 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-701 - Электронная элементная база информационных систем

Ключевые слова наноэлектроника, спинтроника, функциональные оксиды, германий, тонкие пленки, интерфейс, гетероструктуры, полупроводник, оксид европия, молекулярно-лучевая эпитаксия, рентгеновская дифракция, электронная микроскопия, спиновая поляризация

Код ГРНТИ47.09.48

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Приближение предела миниатюризации полупроводниковых приборов смещает парадигму развития информационных технологий к использованию новых функциональных материалов. В частности, функциональные оксиды становятся важной частью наноэлектроники и спинтроники: их разнообразные физические свойства и многофункциональность дают импульс новым концепциям элементной базы электроники. Ряд кристаллических оксидов успешно интегрирован с полупроводниковыми технологическими платформами, с приложениями от изоляторов с высокой диэлектрической проницаемостью в МОП-структурах до приборов на ферроэлектриках. Наибольшие усилия были направлены на сопряжение оксидов с кремнием. В то же время германий обладает явными преимуществами для ряда приложений, прежде всего ввиду высокой подвижности носителей и значительного спин-орбитального взаимодействия. Однако, общие методы создания эпитаксиальных гетероструктур оксид/германий с атомно-резким интерфейсом еще не разработаны. Главной целью проекта является разработка устойчивых методов молекулярно-лучевой эпитаксии функциональных оксидов на германии. По аналогии с ростом оксидов на кремнии, будет использован инжиниринг субмонослойных основ - поверхностных фаз реконструкций металлов. Способность реконструкций защищать поверхность германия от побочных фаз при синтезе оксидов будет исследована с помощью тестовых систем. В основном будут изучены синтез и свойства гетероструктур ферромагнитного оксида европия на подложках германия. Использование Ge различной ориентации позволит получить как полярный, так и неполярный интерфейс EuO/Ge. Для создания оптимального спинового контакта между EuO и германием будет исследован синтез с использованием графеновой прослойки, приводящий к гетероструктурам EuO/graphene/Ge. Для полученных систем будет проведен многосторонний анализ атомной структуры, изучены магнитные и транспортные свойства. Как итог проекта, будут не только выработаны общие рецепты синтеза кристаллических оксидов на германии, но и будет всесторонне исследована новая перспективная система полупроводниковой спинтроники EuO/Ge. Результаты будут опубликованы в виде не менее 12 статей в ведущих международных журналах. Новизна проекта определяется как тем, что проблема инжиниринга интерфейсов оксид/германий для эпитаксиального роста пленок практически не изучена, так и тем, что синтез спинового контакта EuO/Ge до сих пор не осуществлен. Выполнимость проекта обеспечивается тремя основными составляющими. Во-первых, это значительный научный задел. Проведены масштабные исследования по росту функциональных оксидов на различных платформах, включая кремний и графен, выработаны практические приемы роста оксидов на химически активных подложках, имеется значительный опыт синтеза и исследования свойств оксидов европия и стронция. Во-вторых, у коллектива имеется все необходимое оборудование для выполнения работ по проекту, налаженное международное сотрудничество обеспечит возможность проведения дополнительных исследований на синхротронах. В-третьих, коллектив сбалансирован, то есть содержит профессионалов по всем направлениям проекта. Работы коллектива соответствуют мировому уровню и публикуются в ведущих научных журналах - за последние 5 лет руководитель проекта опубликовал совместно с участниками коллектива 18 статей в журналах Q1, в том числе 5 с импакт-фактором выше 10. Можно ожидать, что полученные результаты зададут мировой уровень исследований в области синтеза гетероструктур оксид/германий и приведут к значительному развитию полупроводниковой спинтроники.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Аверьянов Д.В., Соколов И.С., Платунов М.С., Вильгельм Ф., Рогалев А, Гарджани П., Вальвидарес М., Жаоуен Н., Парфенов О.Е., Талденков А.Н., Каратеев И.А., Токмачев А.М., Сторчак В.Г. Competing magnetic states in silicene and germanene 2D ferromagnets Nano Research, том 13, с. 3396-3402 (год публикации - 2020)
10.1007/s12274-020-3027-y

2. Аверьянов Д.В., Соколов И.С., Каратеев И.А.,Талденков А.Н.,Парфенов О.Е.,Токмачев А.М.,Сторчак В.Г. Universal interface between functional oxides and silicon Advanced Functional Materials (год публикации - 2021)
10.1002/adfm.202010269

3. Соколов И.С.,Аверьянов Д.В.,Вильгельм Ф.,Рогалев А.,Парфенов О.Е.,Талденков А.Н.,Каратеев И.А.,Токмачев А.М.,Сторчак В.Г. Emerging 2D magnetic states in a graphene-based monolayer of EuC6 Nano Research (год публикации - 2021)
10.1007/s12274-021-3494-9

4. Аверьянов Д.В., Соколов И.С., Каратеев И.А., Талденков А.Н., Кондратьев О.А., Парфенов О.Е., Токмачев А.М., Сторчак В.Г. Chaos at interface brings order into oxide/silicon structure Advanced Functional Materials, Adv. Funct. Mater. 2021, 31, 2104925 (год публикации - 2021)
10.1002/adfm.202104925

5. Токмачев А.М., Аверьянов Д.В., Талденков А.Н., Соколов И.С., Каратеев И.А., Парфенов О.Е., Сторчак В.Г. Two-dimensional magnets beyond the monolayer limit ACS Nano, ACS Nano 2021, 15, 12034−12041 (год публикации - 2021)
10.1021/acsnano.1c03312

6. Соколов И.С., Аверьянов Д.В., Парфенов О.Е., Талденков А.Н., Каратеев И.А., Токмачев А.М., Сторчак В.Г. Two-dimensional ferromagnetism in Eu-intercalated few-layer graphene Journal of Alloys and Compounds, Journal of Alloys and Compounds 2021, 884, 161078 (год публикации - 2021)
10.1016/j.jallcom.2021.161078

7. Аверьянов Д.В., Лиу П., Соколов И.С., Парфенов О.Е., Каратеев И.А., Ди Санте Д., Франкини Ч., Токмачев А.М., Сторчак В.Г. Nanoscale synthesis of ionic analogues of bilayer silicene with high carrier mobility Journal of Materials Chemistry C, J. Mater. Chem. C, 2021, 9, 8545–8551 (год публикации - 2021)
10.1039/d1tc01951a

8. Парфенов О.Е., Аверьянов Д.В., Соколов И.С., Талденков А.Н., Каратеев И.А., Токмачев А.М., Сторчак В.Г. High carrier mobility in a layered antiferromagnet integrated with silicon ACS Applied Materials & Interfaces, ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13, 41926−41932 (год публикации - 2021)
10.1021/acsami.1c13623

9. Аверьянов Д.В., Соколов И.С., Каратеев И.А., Талденков А.Н., Кондратьев О.А., Парфенов О.Е., Токмачев А.М., Сторчак В.Г. Interface-controlled integration of functional oxides with Ge Journal of Materials Chemistry C, J. Mater. Chem. C, 2021 (год публикации - 2021)
10.1039/D1TC04225D

10. Аверьянов Д.В., Соколов И.С., Талденков А.Н., Парфенов О.Е., Каратеев И.А., Кондратьев О.А., Токмачев А.М., Сторчак В.Г. Exchange Bias State at the Crossover to 2D Ferromagnetism ACS Nano, 16, 19482-19490 (год публикации - 2022)
10.1021/acsnano.2c09452

11. Парфенов О.Е., Талденков А.Н., Аверьянов Д.В., Соколов И.С., Кондратьев О.А., Борисов М.М., Якунин С.Н., Каратеев И.А., Токмачев А.М., Сторчак В.Г. Layer-controlled evolution of electron state in the silicene intercalation compound SrSi2 Materials Horizons, 9, 2854-2862 (год публикации - 2022)
10.1039/D2MH00640E

12. Аверьянов Д.В., Соколов И.С., Талденков А.Н., Парфенов О.Е., Токмачев А.М., Сторчак В.Г. Submonolayer Eu superstructures—A class of 2D magnets Nano Research, 16, 1500-1506 (год публикации - 2023)
10.1007/s12274-022-4694-7

13. Токмачев А.М., Аверьянов Д.В., Соколов И.С., Талденков А.Н., Парфенов О.Е., Каратеев И.А., Сторчак В.Г. Two-dimensional magnetism in Xenes Woodhead Publishing, Series in Electronic and Optical Materials, Глава "Two-dimensional magnetism in Xenes" в книге "Xenes: 2D Synthetic Materials Beyond Graphene", Woodhead Publishing Series in Electronic and Optical Materials 2022, Pages 353-375 (год публикации - 2022)
10.1016/B978-0-12-823824-0.00005-8

14. Кац В.Н., Шелухин Л.А., Усачев П.А., Аверьянов Д.В., Каратеев И.А., Парфенов О.Е., Талденков А.Н., Токмачев А.М., Сторчак В.Г. Femtosecond optical orientation triggering magnetization precession in epitaxial EuO films Nanoscale, 15, 2828-2836 (год публикации - 2023)
10.1039/D2NR04872H

15. Соколов И.С., Аверьянов Д.В., Парфенов О.Е., Талденков А.Н., Рыбин М.Г., Токмачев А.М., Сторчак В.Г. Proximity coupling of graphene to a submonolayer 2D magnet Small, 2301295 (год публикации - 2023)
10.1002/smll.202301295

16. Аверьянов Д.В., Соколов И.С., Талденков А.Н., Парфенов О.Е., Каратеев И.А., Кондратьев О.А., Токмачев А.М., Сторчак В.Г. Intrinsic exchange bias state in silicene and germanene materials EuX2 Nanoscale Horizons, Статья опубликована on-line: https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2023/nh/d3nh00009e (год публикации - 2023)
10.1039/D3NH00009E

17. Аверьянов Д.В., Соколов И.С., Талденков А.Н., Кондратьев О.А., Парфенов О.Е., Токмачев А.М., Сторчак В.Г. Interfacial bond engineering for direct integration of functional oxides with Si and Ge Journal of Materials Chemistry C, 11, 5481-5489 (год публикации - 2023)
10.1039/D3TC00400G

18. Аверьянов Д.В., Соколов И.С., Талденков А.Н., Парфенов О.Е., Токмачев А.М., Сторчак В.Г. 2D magnetic phases of Eu on Ge(110) Nanoscale, 14, 12377-12385 (год публикации - 2022)
10.1039/d2nr02777a

Публикации