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 25-42-00058

НазваниеФазовая инженерия двумерных сегнетоэлектриков и сверхпроводников и их физические свойства

Руководитель Столяров Василий Сергеевич, Доктор физико-математических наук, канд. физ.-мат. наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)" , г Москва

Конкурс №99 - Конкурс 2025 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований международными научными коллективами» (NSFC)

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-209 - Низкие температуры и сверхпроводимость

Ключевые слова 2D сверхпроводник, 2D мультиферроики, 2D сегнетоэлектрик, сверхпроводимость, джозефсоновский контакт, спинтроника

Код ГРНТИ29.19.29, 29.19.22

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Ожидаемые результаты
В глобальном отношении, результатом проекта будет применение новых двумерных (2D) функциональных материалов для реализации элементной базы перспективной цифровой и квантовой электроники, квантовой метрологии и сенсорики нового поколения. Для этого, в рамках проекта, будет продолжена и развита уже имеющаяся научная кооперация между одной из ведущих научных групп Китая, занимающейся синтезом новых 2D материалов методами PVD/CVD и их характеризацией – с группой профессора Цзядун Чжоу (Jiadong Zhou) Пекинского Политехнического Института (ППИ), и одной из ведущих научных групп России, занимающейся глубоким и всесторонним исследованием наноразмерных устройств, изготовленных из новых функциональных материалов, при экстремально низких температурах, когда проявляются их уникальные квантовые свойства – с группой профессора Василия Столярова, находящейся в Московском Физико-техническом Институте. Обе группы имеют высокоцитируемые публикации по теме исследований, в том числе и совместные [1-16]. Конкретными результатами российско-китайских исследований, которые можно будет использовать в микроэлектронике, кроме совместно разработанных и отлаженных технологий получения 2D функциональных материалов и устройств на их основе, будет получение уникальных фундаментальных знаний об электрофизических и квантовых свойствах 2D низкоразмерных материалов различной морфологии, а также микро- и наноструктур на их основе. При этом, несмотря на то, что пилотные научные и научно-технические результаты будут получены для конкретных материалов, они смогут быть экстраполированы и на другие классы материалов со схожими свойствами. Таким образом, в рамках проекта: – будет выполнен PVD/CVD синтез и проведено исследование полученных нанокристаллов 2D сверхпроводника состава MoS2, находящегося в фазе 2M. Затем будет отработана технология реализации Ван-дер-Ваальсового джозефсоновского контакта сэндвичевой (послойной) конфигурации, управляемого электрическим затвором за счет включения в структуру других фаз MoS2, в частности: фазы 2H, являющейся изолирующей, фазы 1Т, являющейся металлической и фазы 3R, являющейся сегнетоэлектрической. Кроме различных фаз MoS2 и их комбинаций, будет проводиться исследование слоистой структуры 2M-MoS2/GeSe, где GeSe – сегнетоэлектрик (см. пример планируемого к реализации устройства на рис.2). Для изучения электронных и магнитных свойств материалов будут применяться низкотемпературная магнитно-силовая микроскопия (в том числе в контактном режиме и режиме зонда Кельвина) и THz спектроскопия. Для апробации устройств будут проведены криогенные dc и rf исследования при низких и сверхнизких температурах (вплоть до 10 мК) и в магнитном поле. Будет развита теория (включая численное моделирование), описывающая сверхпроводящие свойства 2D сверхпроводников и гибридных структур на их основе. – будет выполнен PVD/CVD синтез и проведено исследование 2D мультиферроиков состава GexMn1-xTe (x=0–1). Будет отработана технология реализации планарного джозефсоновского контакта на его основе с целью изготовления прототипа управляемого инвертора фазы сверхпроводящей волновой функции (см. пример планируемого к реализации устройства на рис.3). Для изучения локальных свойств материала будут применяться низкотемпературные сканирующая спектроскопия с встроенным in situ модулем PVD синтеза, магнитно-силовая микроскопии и THz спектроскопия. Для апробации созданных устройств будут проведены криогенные dc и rf исследования при низких и сверхнизких температурах (вплоть до 10 мК) и в магнитном поле. Будет развита теория (включая численное моделирование), описывающая свойства 2D мультиферроиков и сверхпроводниковых гибридных структур на их основе. – будет выполнен PVD/CVD синтез и проведено исследование 2D сегнетоэлектриков/мультиферроиков, например, состава CuCrSe2 и др. Будет отработана технология реализации планарной гибридной системы сегнетоэлектрик(мультиферроик)/сверхпроводник для отработки управляемой при помощи электрического/магнитного полей, генерации спонтанных токов в системе (см. пример планируемого к реализации устройства на рис.4). Для апробации созданных устройств будут проведены криогенные dc и rf исследования при низких и сверхнизких температурах (вплоть до 10 мК). Будет развита теория (включая численное моделирование и теоретико-групповой анализ) описывающая структуру и свойства 2D сегнетоэлектриков/мультиферроиков и сверхпроводниковых гибридных структур на их основе. Все предлагаемые к синтезу материалы будут проходить предварительную всестороннюю характеризацию комплексом методик, включающую EDX, XPS, HR SEM, PPMS и др. исследования. Взаимодействие российской и китайской групп ученых на различных этапах выполнения проекта будет проводиться по согласованному директивному графику представленному в виде диаграммы Ганта (см. рис 5) и блок-схемы взаимосвязей задач проекта (см. рис 6). Полученные в результате выполнения проекта оригинальные результаты будут опубликованы в ведущих международных журналах, проиндексированных ISI Web of Science и Scopus, что внесет значимый вклад в повышение взаимовыгодной академической и инновационной кооперации России и Китая в целом. Цитируемая литература [1] V. S. Stolyarov et al., Josephson current mediated by ballistic topological states in Bi2Te2.3Se0.7 single nanocrystals, Commun. Mater., (Nature)1, 38 (2020). [2] V. S. Stolyarov et al., Resonant oscillations of Josephson current in Nb-Bi2Te2.3Se0.7-Nb junctions, Adv. Quant. Tech., 5(3), 2100124 (2021). [3] A. Kudriashov et al., Revealing intrinsic superconductivity of the Nb/BiSbTe2Se interface. Adv. Funct. Mater.32.49:2209853 (2022). [4] V. S. Stolyarov et al., Domain Meisner state and spontaneous vortex-antivortex generation in the ferromagnetic superconductor EuFe2(As0.79P0.21)2, Sci. Adv. 4, eaat1061 (2018). [5] V.V. Dremov et al., Local Josephson vortex generation and manipulation with a Magnetic Force Microscope, Nat. Commun., 10, 4009 (2019). [6] I. Babich et al., Limitations of the Current–Phase Relation Measurements by an Asymmetric dc-SQUID, Nano Lett., 23 (14), 6713-6719 (2023). [7] I.I. Soloviev et al., Miniaturization of Josephson junctions for digital superconducting circuits, Phys. Rev. Appl., 16, 044060 (2021). [8] O.V. Skryabina et al., Josephson coupling across a long single-crystalline Cu nanowire, Appl. Phys. Lett., 110, 222605 (2017). [9] I.A. Golovchanskiy et al., Ferromagnet/superconductor hybridization for magnonic applications, Adv. Funct. Mater. 28, 1802375 (2018). [10] P. Wang et al., Chemical vapor deposition synthesis of intrinsic high‐temperature ferroelectric 2D CuCrSe2. Adv. Mater., 2400655 (2024). [11] P. Wang, et al., Chemical Vapor Deposition Synthesis of Intrinsic High-Temperature Ferroelectric 2D CuCrSe2. Adv. Mater. 2400655 (2024) [12] J. Zhou et al., Heterodimensional superlattice with in-plane anomalous Hall effect. Nature, 609, 46-51, (2022) [13] J. Zhou et al., Composition and phase engineering of metal chalcogenides and phosphorous chalcogenides. Nature Materials. 22, 450–458 (2023) [14] B. Tanget al., Phase engineering of Cr5Te8 with colossal anomalous Hall effect. Nat. Electron. 5, 224–232 (2022). [15] C. Zhu et al., Strain-Driven Growth of Ultra-long Two-dimensional Nano-Channels. Nat. Commun. 11, 772, (2020) [16] J. Zhou et al., A library of atomically thin metal chalcogenides. Nature 556, 355-359, (2018)

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---