Нанокомпозиты на базе полупроводниковых и топологических материалов с мультифазной магнитной подсистемой

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 21-73-20220

НазваниеНанокомпозиты на базе полупроводниковых и топологических материалов с мультифазной магнитной подсистемой

Руководитель Маренкин Сергей Федорович, Доктор химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук , г Москва

Конкурс №51 - Конкурс 2021 года по мероприятию «Проведение исследований на базе существующей научной инфраструктуры мирового уровня» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-202 - Химия твердого тела, механохимия

Ключевые слова Объемные кристаллы и тонкие плёнки, нанокомпозиты, бимагнитные системы, обменное связывание, дираковский полуметалл, арсенид кадмия, гранулированные структуры, вейлевский полуметалл, микроструктура, магнетизм, магнетотранспорт, магнетооптика

Код ГРНТИ31.17.15

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Резкое увеличение эффективности вычислительных систем за последние два десятилетия оказало существенное влияние на современную науку и технологии. Одной из ключевых предпосылок к такому развитию стало открытие эффектов гигантского и туннельного магнетоспоротивления и формирование новой области – спинтроники. До сих пор ключевыми материалами применяемыми в спинтронных устройствах являются ферромагнитные металлы. При этом, вскоре после создания первых подобных устройств появилась идея реализовать аналогичные эффекты в полупроводниковых системах, свойствами которых можно достаточно легко управлять. Длительные исследования разбавленных магнитных полупроводников выявили ряд новых и интересных эффектов, однако, ввиду низких рабочих температур такие материалы оказались малопригодными для приложений. Альтернативный подход заключается в создании магнитных нанокомпозитных систем, в которых диапазон рабочих температур определяется температурой Кюри материала включений, которая может значительно превышать комнатную. В подобных нанокомпозитах, посредством наблюдения аномального эффекта Холла, было показано наличие спин-поляризованного тока при комнатной температуре, т.е. выполнялось ключевое требование к материалам спинтроники. В рамках такого подхода можно конструировать новые нанокомпозитные системы, имеющие интерес как с фундаментальной, так и с практической точек зрения. Поэтому настоящий проект посвящён выработке эффективных способов создания нанокомпозитов с управляемыми параметрам, и использованию таких систем для исследования фундаментальных аспектов взаимодействия носителей заряда в проводящей матрице с мультифазной магнитной подсистемой. Предлагаемые работы включают полный цикл исследований – отработка режимов получения нанокомпозитов с заданными свойствами, подробное исследование их структуры и магнитных свойств, а также изучение взаимодействия проводящей и магнитной подсистем в рамках магнетотранспортных измерений. Интерес к бимагнитным системам (то есть, содержащих две компоненты различной магнитной жёсткости) связан с эффектом обменного связывания компонент такой системы (exchange spring magnet), который может приводить к существенному увеличению максимального энергетического произведения, что является одним из ключевых параметров для создания постоянных магнитов. При этом, большая часть таких работ сфокусирована на непроводящих системах, в настоящем же проекте предлагается рассмотреть аналогичную систему на основе проводящей матрицы, носители заряда в которой, потенциально, могут усиливать такое связывание. Поэтому предлагаемые исследования бимагнитных нанокомпозитов нацелены на выявление роли носителей заряда в установлении обменной связи между включениями различной магнитной жёсткости, что может привести к созданию новых материалов для постоянных магнитов. Кроме того, предлагаемые нанокомпозиты на основе систем Ga-Mn-Sb и Al-Mn-Sb, потенциально, могут быть сами использованы как материалы постоянных магнитов. Перспективность применения таких систем связана с отсутствием в них редкоземельных элементов, использование которых обуславливает высокую стоимость основных материалов, применяемых для данных целей. Тут стоит отметить, что в полупроводниковых материалах, содержащих магнито-мягкие частицы или компоненты, остаточная намагниченность обычно мала, что требует использования подмагничивания внешним полем, тогда как при наличии магнито-мягкой и магнито-жесткой компонент подмагничивание со стороны магнито-жестких частиц может приводить к значительному увеличению остаточной намагниченности такой системы. Вдобавок, на основе данных нанокомпозитов возможно создать полупроводниковые спинтронные устройства, управляемые внешними воздействиями и работающие при температурах выше комнатной температуры, что является крайне актуальной задачей. Синтез магнитных нанокомпозитов, как правило, проводится на базе полупроводниковых или полимерных матриц, тем не менее, предлагаемые методологии получения и исследования нанокомпозитов можно применить и к другим классам материалов. В частности, в рамках такого подхода можно исследовать системы на базе топологических материалов с магнитными включениями. Интерес к таким материалам обусловлен их уникальными свойствами, связанных с нетривиальной формой электронного спектра, а также значительными перспективами их применения в спинтронных устройствах. При этом, свойства композитных систем на основе топологических материалов, в частности дираковских полуметаллов, фактически, не изучены. При этом, редкие сообщения о взаимовлиянии других классов топологических материалов с магнитной подсистемой указывают на перспективность рассмотрения подобных систем. Поэтому одну из задач настоящего проекта составляет исследование взаимодействия магнитной и проводящей подсистем в нанокомпозитах на основе наиболее изученного дираковского полуметалла – Cd3As2. При этом, использование в качестве нановключений материалов с различным типом магнитного упорядочения, должно не только охарактеризовать основные аспекты такого взаимодействия, но и может открыть новые направления исследований в данной области. Для данных работ в качестве материалов включений были выбраны бинарные арсениды переходных металлов (MnAs является ферромагнетиком, CoAs – парамагнетиком, а CrAs и FeAs обладают геликоидальной спиновой структурой). В качестве сравнения и для верификации полученных результатов, планируется также исследовать бислойные гетеротсруктуры на основе Cd3As2 и различных магнитных материалов, включая бимагнитные нанокомпозиты. Такой подход позволит составить единую картину взаимодействия носителей заряда в Cd3As2 с магнитными материалами. В ходе предлагаемых работ будет оценена перспективность таких нанокомпозитов в качестве материала для спинтронных устройств и, возможно, сформулированы перспективы создания новых устройств на его основе.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Джалолиддинзода М., Маренкин С. Ф., Риль А. И., Васильев М. Г., Изотов А. Д., Коркин Д. Е. Synthesis of bulk crystals and thin films of the ferromagnetic MnSb Condensed Matter and Interphases, Vol.23, Iss.3, pp.387–395 (год публикации - 2021)
10.17308/kcmf.2021.23/3530

2. Риль А.И., Маренкин С.Ф. Cadmium Arsenides: Structure, Synthesis of Bulk and Film Crystals, Magnetic and Electrical Properties (Review) Russian Journal of Inorganic Chemistry, Vol.66. No.14, pp. 2005-2016 (год публикации - 2021)
10.1134/S0036023621140059

3. Риль А.И., Маренкин С.Ф. Magnetometric Studies of Composite Alloys of the Cd3As2–MnAs System Russian Journal of Inorganic Chemistry, Vol. 66, No. 10, pp. 1544–1548 (год публикации - 2021)
10.1134/S0036023621100144

4. Риль А.И., Маренкин С.Ф., Волков В.В., Овешников Л.Н., Козлов В.В. Formation of the α''-phase and study of the solubility of Mn in Cd3As2 Journal of Alloys and Compounds, Vol. 892, art.numb.162082 (год публикации - 2022)
10.1016/j.jallcom.2021.162082

5. Арсланов Т.Р, Сайпулаева Л.А., Алибеков А.Г., Жао Х.Ф., Риль А.И., Маренкин С.Ф. Pressure-induced magnetic transformations in Cd3As2+MnAs hybrid composite Applied Physics Letters, Т.120, Вып.2016б Номер статьи 202406 (год публикации - 2022)
10.1063/5.0096672

6. Риль А., Маренкин С., Васильев М., Джалолиллинзода М, Подгорная С. Phase equilibria investigation in the Cd3As2-MnAs-CdAs2 system AIP Conference Proceedings, V. 2467, 080039 (год публикации - 2022)
10.1063/5.0092552

7. Овешников Л.Н.,Грановский А.Б., Давыдов А.Б., Богач А.В., Харламова А.М., Риль А.И., Аронзон Б.А. Magnetic and magnetotransport properties of MnSb polycrystals near equatomic composition Journal of Magnetism and Magnetic Materials, V. 563, 169873 (год публикации - 2022)
10.1016/j.jmmm.2022.169873

8. Риль А.И., Маренкин С.Ф. Physicoсhemical Foundations of Modern Materials Science of Cadmium Arsenides (Review) Russian Journal of Inorganic Chemistry, V.67, Iss.13, pp2113-2126. (год публикации - 2022)
10.1134/S0036023622601684

9. Ганьшина Е. А., Припеченков И. М., Перова Н. Н., Каназакова Е. С., Овешников Л. Н., Джалолиддинзода М., Риль А. И., Грановский А. Б., Аронзон Б. А. Магнитооптическая спектроскопия композитов GaSb-MnSb Известия Российской академии наук. Серия физическая, Т.87, № 3 (год публикации - 2023)

10. Беляевa С.О., Риль А.И., Аль-Онаизан М.Х., Маренкин С.Ф. Изучение массопереноса при выращивании монокристаллов Cd3As2 с помощью химических транспортных реакций XII Международном Курнаковском совещании по физико-химическому анализу. Сборник статей., c.85-86 (год публикации - 2022)

11. Е.А. Ганьшина, А.Б. Грановский, Е.С. Каназакова, И.М. Припеченков, Л.Н. Овешников, М. Джалолиддинзода, А.И. Риль, Б.А. Аронзон Magneto-optical spectroscopy of GaSb-MnSb composites VIII Euro-Asian Symposium «Trends in MAGnetism», с.439-440 (год публикации - 2022)

12. Л.Н. Овешников, А.Б. Грановский, А.Б. Давыдов, Л.А. Моргун, А.В. Богач, А.Л. Васильев, А.В. Овчаров, А.М. Харламова, Е.И. Нехаева, А.И. Риль, М. Джалолиддинзода, С.Ф. Маренкин, Б.А. Аронзон Magnetic and magnetotransport properties of MnSb polycrystals and MnSb-based composites VIII Euro-Asian Symposium «Trends in MAGnetism», с.432-433 (год публикации - 2022)

13. М. Джалолиддинзода, С.Ф. Маренкин Синтез и изучение тонких пленок системы AlSb-MnSb как перспективный материал для создания устройств спинтроники Материалы Международного молодежного научного форума «ЛОМОНОСОВ-2022», - (год публикации - 2022)

14. Аль-Онаизан М.Х., Риль А.И. Синтез монокристаллов Cd3As2 с помощью химических транспортных реакций Материалы Международного молодежного научного форума «ЛОМОНОСОВ-2022», - (год публикации - 2022)

15. Сайпулаева Л.А. , Риль А.И., Алиев А. М. , Гаджиев А.М., Аль-Онаизан М.Х. , Маренкин С.Ф. Электрические и магнитные свойства композита состава 80 мол. % α''-Cd2.76Mn0.24As2 и 20 мол. % MnAs Неорганические материалы, Т. 58, № 12 (год публикации - 2022)
10.31857/S0002337X22120119

16. Маренкин С.Ф., Коркин Д.Е., Джалолиддинзода М., Овешников Л.Н., Риль А.И., Овчаров А.В. Phase diagram of the semiconductor GaSb–ferromagnet GaMn system Materials Chemistry and Physics, 300, 127549 (год публикации - 2023)
10.1016/j.matchemphys.2023.127549

17. Аль-Онаизан М.Х., Риль А.И., Сёмин А.Н., Юданов Н.А., Немирович M.А., Морченко А.Т. Features of electrical and magnetic properties and Curie point behavior in nanocomposites based on Cd3As2 and MnAs Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, V.87, Suppl.iss. 1, 2023 (год публикации - 2023)
10.3103/S1062873823704506

18. Нечушкин Ю.Б., Риль А.И., Маренкин С.Ф. Массоперенос при выращивании кристаллов Cd3As2 с помощью химических транспортных реакций ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ, КРИТИЧЕСКИЕ И НЕЛИНЕЙНЫЕ ЯВЛЕНИЯ В КОНДЕНСИРОВАННЫХ СРЕДАХ, СБОРНИК ТРУДОВ международной конференции,посвященной 300-летию Российской академии наук, Б3-19, 286-287 (год публикации - 2023)
10.33580/9785002123148

19. Аль-Онаизан М.Х., Риль А.И., Маренкин С.Ф. Синтез композитов тонких пленок Cd3As2 c MnAs ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ, КРИТИЧЕСКИЕ И НЕЛИНЕЙНЫЕ ЯВЛЕНИЯ В КОНДЕНСИРОВАННЫХ СРЕДАХ, СБОРНИК ТРУДОВ международной конференции,посвященной 300-летию Российской академии наук, Б3-18, 284-285 (год публикации - 2023)
10.33580/9785002123148

20. Нечушкин Ю.Б., Риль А.И., Маренкин С.Ф. Выращивание монокристаллов Cd3As2 методом вертикального химического газового транспорта ВЫСОКОТОЧНАЯ ДИАГНОСТИКА ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ: ЛАБОРАТОРНЫЕ И СИНХРОТРОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ/ Сборник тезисов III Всероссийской молодежной конференции, 119-121 (год публикации - 2023)

21. Джалолиддинзода М., Биктеев А.А., Маренкин С.Ф. Влияние дисперсности на электромагнитные свойства композитов полупроводник-ферромагнетик GaSb-MnSb ВЫСОКОТОЧНАЯ ДИАГНОСТИКА ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ: ЛАБОРАТОРНЫЕ И СИНХРОТРОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ/ Сборник тезисов III Всероссийской молодежной конференции, 54-55 (год публикации - 2023)

22. Л.Н. Овешников, А.Б. Грановский, М. Джалолиддинзода, Л.А. Моргун, А.Б. Давыдов, Е.А. Ганьшина, Н.Н. Перова, А.Л. Васильев, А.В. Овчаров, А.М. Харламова, Е. И. Харламова, А.И. Риль, И.М. Припеченков, Е.С. Каназакова, С.Ф. Маренкин, Б.А. Аронзон Characterization of the quenched GaSb-MnSb composites with high fraction of the ferromagnetic component Journal of Magnetism and Magnetic Materials, art.number 170242 (год публикации - 2022)
10.1016/j.jmmm.2022.170242

23. Маренкин С.Ф., Риль А.И Физико-химические основы современного материаловедения арсенидов кадмия XII Международном Курнаковском совещании по физико-химическому анализу. Сборник статей., с.18-19 (год публикации - 2022)

24. Джалолиддинзода М., Риль А.И., Желудкевич А.Л., Теплоногова М.А., Биктеев А.А., Маренкин С.Ф. Влияние дисперсности на электромагнитные свойства композитов полупроводник-ферромагнетик GaSb-MnSb Неорганические материалы (год публикации - 2024)

25. Аль-Онаизан М.Х., Риль А.И., Джалолиддинзода М., Тимофеев А.В., Карпенков Д.Ю., Морченко А.Т., Желудкевич А.Л., Шелковая Т.В,, Маренкин С.Ф. The influence of technological conditions on the electromagnetic properties of Cd3As2 – MnAs composite thin films Thin Solid Films, V. 802, 140440 (год публикации - 2024)
10.1016/j.tsf.2024.140440

26. Нехаева Е.И., Овешников Л.Н., Харламова А.М., Припеченков И.М., Риль А.И., Джалолиддинзода М., Давыдов А.Б., Ганьшина Е.А.3, Грановский А.Б. Функциональная характеризация кристаллов MnSb и композитов MnSb-GaSb Новое в магнетизме и магнитных материалах (НМММ-2024) Москва, 01–06 июля 2024 года, Сборник трудов XXV Международной конференции. Москва, 2024, Сборник трудов XXV Международной конференции. Москва, 2024, с.126-129 (Секция 1 , 14-17) (год публикации - 2024)

27. Нечушкин Ю.Б., Маренкин С.Ф. Влияние технических условий синтеза на магнетосопротивление плёнок Cd3As2 при температурах подложки от 300 до 450 К Новое в магнетизме и магнитных материалах (НМММ-2024) Москва, 01–06 июля 2024 года, Сборник трудов XXV Международной конференции. Москва, 2024, Сборник трудов XXV Международной конференции. Москва, 2024, с.611-612 (Секция 8 , 49-50) (год публикации - 2024)

28. Ганьшина Е.А., Припеченков И.М., Грановский А.Б., Джалолиддинзода М., Аль-Онаизан М.Х., Риль А.И., Аронзон Б.А., Маренкин С.Ф. Magneto–Optical Kerr Spectroscopy of (Cd3As2)100−X(MnAs)X Composites MOSCOW UNIVERSITY PHYSICS BULLETIN (ВМУ. Серия 3. ФИЗИКА. АСТРОНОМИЯ.), 79, 1, 69-74 (год публикации - 2024)
10.3103/S002713492470017676

29. Риль А.И., Овешников Л.Н., Овчаров А.В., Маренкин С.Ф. Synthesis and phase composition of Cd3As2 3 As 2 Dirac semimetal crystals doped with Cr Vacuum, 230, 113692 (год публикации - 2024)
10.1016/j.vacuum.2024.113692

30. ОВЕШНИКОВ Л.Н., НЕХАЕВА Е.И., ХАРЛАМОВА А.М., ПРИПЕЧЕНКОВ И.М., ДЖАЛОЛИДДИНЗОДА М., ДАВЫДОВ А.Б., РИЛЬ А.И., ГАНЬШИНА Е.А., ГРАНОВСКИЙ А.Б. Влияние закалки на микроструктуру и свойства объемных композитов InSb-MnSb Новое в магнетизме и магнитных материалах (НМММ-2024) Москва, 01–06 июля 2024 года, Сборник трудов XXV Международной конференции. Москва, 2024, Сборник трудов XXV Международной конференции. Москва, 2024, с.38-41 (Секция 1 , 14-17) (год публикации - 2024)

31. Джалолиддинзода М., Биктеев А.А., Маренкин С.Ф. Синтез и изучение свойств магнитогранулированной структуры из полупроводника (GaSb), магнитожесткого (GaMn) и магнитомягкого (MnSb) ферромагнетиков, как перспективный материал для устройств спинтроники Новое в магнетизме и магнитных материалах (НМММ-2024) Москва, 01–06 июля 2024 года, Сборник трудов XXV Международной конференции. Москва, 2024, Сборник трудов XXV Международной конференции. Москва, 2024, с.49-52 (Секция 1 , 25-28) (год публикации - 2024)

32. Маренкин С.Ф., Риль А.И. Физико-химические основы синтеза спин-поляризованных структур в системах ферромагнетик - полупроводник ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В КОНДЕНСИРОВАННЫХ СРЕДАХ И НА МЕЖФАЗНЫХ ГРАНИЦАХ (ФАГРАН - 2024) Материалы X Всероссийской конференции с международным участием, посвященной 190-летию со дня рождения Д.И. Менделеева. Москва, 2024 (год публикации - 2024)

33. Нечушкин Ю.Б., Риль А.И. Рост монокристаллов Cd3As2 методом химических транспортных реакций Материалы Международного молодежного научного форума «ЛОМОНОСОВ-2024», Материалы Международного молодежного научного форума «ЛОМОНОСОВ-2024» / Отв. ред. И.А. Алешковский, А.В. Андриянов, Е.А. Антипов, Е.И. Зимакова. [Электронный ресурс] (год публикации - 2024)

34. Нечушкин Ю.Б., Маренкин С.Ф. Исследование влияния температуры подложек на структурное совершенство и транспортные свойства тонких пленок Cd3As2 Сборник тезисов IV Всероссийской молодежной конференции (г. Воронеж, 30 сентября – 5 октября 2024 г.), с.155-156 (год публикации - 2024)

35. Риль А.И., Биктеев А.А., Джалолиддинзода М., Маренкин С.Ф. Synthesis and Physicochemical, Electrical and Magnetic Properties of Bulk and Film Samples of Ferromagnetic MnSb (Review) Russian Journal of Inorganic Chemistry, 14 (год публикации - 2024)

36. Нечушкин Ю.Б., Риль А.И., Овешников Л.Н., Давыдов А.Б., Васильев М.Г., Маренкин С.Ф. Особенности роста кристаллов Cd3As2 методом вертикального парогазового транспорта и их свойства Неорганические материалы (год публикации - 2024)

Публикации

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Были синтезированы два состава (70 мол% Cd3As2 с 30 мол% и 20 мол% Cd3As2 с 80 мол% MnSb) путем сплавления порошков Cd3As2 и MnSb при 850 °C (температура плавления MnSb 840 °C). Согласно данным ДТА и РФА характер взаимодействия между этими соединениями не укладывается рамках квазибинарного разреза, а является более сложным. На термограммах было зафиксировано наличие тепловых эффектов при температуре ≤ 800 °C, относящихся к ликвидусу, а также ряд тепловых эффектов при температурах близких к температуре плавлению CdSb. Наличие магнетизма и данные РФА свидетельствует о сохранении в синтезированных сплавах ферромагнитной фазы. Наиболее вероятный вид взаимодействия между Cd3As2 и MnSb, это обмен части сурьмы из MnSb на мышьяк из Cd3As2 с образованием ферромагнетиков составов MnSbхAs1-х, что предполагает возможность изменения температуры Кюри композита в диапазоне от 318 до 590 К путём вариации соотношения компонентов. Для оптимизации условий синтеза был рассмотрен характер взаимодействия в системе Ga-Mn-Sb ограниченной бинарным разрезам GaSb-GaMn, GaMn-MnSb и GaSb-MnSb с компонентами из магнитотвердой, магнитомягкой фаз и полупроводника, соответственно GaMn, MnSb и GaSb. На основе анализа предыдущих исследований данных бинарных разрезов была проведена триангуляция. Это позволило оптимизировать технологические условия синтеза бинарных и тройных композитов. Размеры включений фаз композитов оценивались ~5-20мкм и зависели от состава. Более равномерное распределение фаз было достигнуто для состава тройной эвтектики, соответственно 40 мол% GaSb, 33% мол GaMn и 27мол%MnSb. Данные РФА и микроструктурный анализ подтверждало наличие магнитотвердой фазы L-GaMn. Для приготовления мишеней композитов с магнитотвердой фазой диаметром 1 дюйм использовали два метода. Метод литья оказался непригоден, т.к. термическая обработка приводила к потере магнитных свойств GaMn. Более подходящим оказался метод прессования, позволивший получить достаточно плотные и механически прочные мишени толщиной более 3 мм при давлении ~1000 кг/см2. Отдельно было рассмотрено влияние закалки на свойства включений MnSb в полупроводниковой матрице. Было показано, что закалка сохраняет фазовый состав и структурные параметры системы, но существенно уменьшает размеры включений и делает их распределение более однородным, что сказывается как на магнитных, так и на магнитотранспортных свойствах композитов. В рамках экспериментов по синтезу кристаллов из паро-газовой фазы было показано, что добавление CdAs2 в прекурсор позволяет получать однофазные кристаллы Cd3As2 при повышенных скоростях роста. Магнитотранспортные исследования полученных кристаллов также выявили низкие значения плотности носителей заряда и позволили уточнить роль макроскопических дефектов в проводимости данных систем. Для оценки предела растворимости железа в арсениде кадмия вакуумно-ампульным методом синтезированы кристаллы Cd3As2 с добавлением 0.1; 0.2; 0.3 и 0.5 мол%Fe. Данные РФА показали, что на рентгенограммах, происходит изменение положения пиков по сравнению с исходным Cd3As2, что указывает на наличие растворимости железа. При содержании ≥0.5 мол%Fe на рентгенограмме появились пики, соответствующие FeAs, что указывает на превышение предела растворимости. При этом, в отличии от случая добавления Mn, при добавлении Fe стабилизации фазы α΄΄-Cd3As2 не происходит. Образование моно-фазы железа с мышьяком показало, что разрез Cd3As-FeAs можно было рассматривать как квазибинарный. Исследование характера взаимодействия в данной системе (проведенное на составах, взятых с интервалом ∼ 10 мол% FeAs) показало, что, в отличии от системы Cd3As2-CrAs (предыдущее наше исследование), для которой характерна полная не смешиваемость, для системы Cd3As-FeAs имеет область не смешиваемости ограниченная двумя эвтектоидными превращениями как со стороны Cd3As2 (при 2-3 мол% FeAs), так и со стороны FeAs (примерно при 70-80 мол% FeAs). Из прекурсоров, полученных с помощью закалки, были синтезированы тонкие пленки композитов Сd3As2 с MnAs (от 5.8 до 21.1 мол%). При малых концентрациях MnAs, пленки не обладали дальним ферромагнитным порядком. Для этих пленок характерно наличие положительного магнетосопротивления, величина которого падала с ростом содержания MnAs. При повышении содержания MnAs постепенно проявлялось отрицательное магнетосопротивление с дальнейшим увеличением его амплитуды и появлением участка насыщения. Характер изменения сопротивления от температуры и магнитного поля свидетельствовал о наличии ближнего ферромагнитного порядка и, соответственно, спиновой поляризации. Величина последней зависела как от содержания ферромагнитной фазы, так и от ее структуры. Так, уменьшение размеров нанокристаллитов при одинаковом содержании MnAs приводило к росту величины магнетосопротивления, что также указывает на рост спиновой поляризации. К настоящему времени были получены пленки с магнитосопротивлением величиной 6% при 300К магнитном поле насыщения, что соответствовало чувствительности 5×10-5 А/Гс. Такие значения магниточувствительности при комнатных температурах и линейная зависимость от магнитного поля могут представлять прикладной интерес при создании интегральных сенсорных устройств, учитывая доступность метода вакуумно-термического напыления и его органическое сочетание с другими нанотехнологиями изготовления интегральных схем. Дальнейшее уменьшение размеров нанокристаллитов должно повысить итоговую магниточувствительность. Этого можно добиться либо увеличением скорости кристаллизации при получении прекурсоров (например, используя метод спинингирования), либо повышая степень пересыщения в процессе напыления плёнок, понижая температуру подложек. По результатам работы опубликовано 3 статьи в том числе в журнале первого квартиля Q1, 2 статьи приняты к печати и будут опубликованы в конце 2024 года, три статьи отправлены на рассмотрение, сделано 7 докладов на 3 международных конференциях.

Публикации

Возможность практического использования результатов
Кристаллы Cd3As2 характеризуются металлическим характером температурной зависимости сопротивления и выраженным линейным вкладом в магнетосопротивление, амплитуда которого достигает 135 %/Тл при Т = 80 К. При этом, концентрация носителей заряда, определённая из эффекта Холла, была ниже типичных значений для поликристаллов Cd3As2, что свидетельствовало о высоком качестве кристаллов. Линейный характер зависимости сопротивления от магнитного поля и значительная величина амплитуды данного эффекта представляют практический интерес для использования кристаллов Cd3As2 в качестве материалов магнитных сенсоров Такая магниточувствительность при 300К и ее линейная зависимость от магнитного поля представляет прикладной интерес при создании интегральных сенсорных устройств, учитывая доступность метода вакуумно-термического напыления и его органическое сочетание с нанотехнологиями, изготовления интегральных схем.