Результаты исследований феномена ферромагнетизма в диоксиде хрома, полученные учеными Уральского федерального университета, будут использоваться для улучшения качества записи данных на жесткие диски. С помощью принципов спинтроники можно гораздо более эффективно записывать информацию на жесткие диски (HDD), создавать принципиально новые транзисторы, элементы логики и ячейки памяти. Работа была опубликована в журнале Physical Review B. Проект, в рамках которого написана статья, поддерживается грантом Российского научного фонда (РНФ).
Спинтроника (англ. spintronics, SPIN TRansport electrONICS) – одно из современных направлений в электронике. Как и традиционная электроника, она основана на свойствах элементарной частицы — электрона. Но если привычные электронные устройства работают на электрическом токе, который представляет собой направленное движение зарядов, то современные передовые устройства на основе спинтроники используют еще одно важнейшее свойство электрона – спин. Его условно связывают со вращением электрона вокруг своей оси, порождающим его магнитный момент. Именно это свойство является определяющим в спинтронике, позволяя изучить особенности взаимодействия спинов электронов с электромагнитными полями. Наиболее ценными для этого оказываются ферромагнитные материалы. Ферромагнетизм — способность вещества обладать намагниченностью при отсутствии внешнего магнитного поля (этим свойством обладают металлы, например, железо, кобальт или никель).
«Диоксид хрома (CrO2) представляет собой редкий пример металлического ферромагнетика. Что делает его еще более замечательным — так, это электронная структура полуметалла (для разных направлений спина электрона ведет себя или как изолятор, или как металл)», — рассказал главный автор статьи, Игорь Соловьев, доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник Уральского федерального университета и сотрудник Национального института материаловедения (NIMS) (г. Цукуба, Япония).
Исследования проводились с помощью расчетов электронной структуры, построения и решения модели, выявляющей суть ферромагнетизма в данном материале. Изначально считалось, что это физическое явление вызвано взаимодействиями электронов внутри атомов хрома, которые поляризуют проводящие электроны и приводят к формированию ферромагнетизма. Однако в дальнейшем оказалось, что данный механизм является недостаточным для того, чтобы стабилизировать ферромагнитное состояние CrO2. Именно так авторы установили, что объяснить ферромагнетизм диоксида хрома можно, только если наряду с поляризацией проводящих электронов рассматривать другие процессы, связанные с прямыми обменными взаимодействиями между атомами хрома, а также поляризацией полностью заполненных кислородных состояний.
Результаты работы будут использованы для повышения эффективности магнитозаписи и новых устройств, основанных на принципах спинтроники.
