Физики‑теоретики из НИТУ МФТИ обнаружили, что двумерные плёнки из атомов железа и углерода обладают уникальными пространственными магнитными характеристиками при высоких температурах окружающей среды. Открытие позволяет использовать эти плёнки в качестве основы для новых спинтронных вычислительных устройств. Исследования опубликованы в журнале 2D Materials.
По заявлению специалистов из МФТИ, исследование электронных и магнитных свойств Fe2C (нового двумерного соединения углерода и железа) дало значения обменных взаимодействий и температуры магнитного перехода вещества, указывающих на наличие у этого материала ряда особых свойств.
Физики‑теоретики из МФТИ изучили соединение Fe2C, которое в перспективе можно синтезировать из MAX‑фаз Fe2AC (A = Al, Si, Ge). Специалисты теоретически предсказали стабильность этого класса материалов на основе железа. Наличие железа позволило утверждать, что эти соединения будут иметь возможность сильного магнетизма.
Учёные рассмотрели кристаллическую структуру Fe2C. После расчёта зонной структуры с помощью разработанного в также в МФТИ ПО был произведён учёт магнитных и электронных корреляций в веществе в рамках современного метода — динамической теории среднего поля. Расчёты показали, что Fe2C обладает локальным магнитным моментом 3,3 магнетона Бора со временем жизни ≃ 350 фемтосекунд (1фс=10–15 секунды). Также в рамках расчётов исследователи получили плотность состояний и собственную энергию электронов с учётом их взаимодействия. Вычисленные значения позволили предсказать температуру магнитного перехода указанного вещества.
«В силу магнитной анизотропии типа „лёгкая плоскость“ в рассмотренном веществе ожидается так называемый переход Березинского — Костерлица — Таулеса (БКТ), связанный со спариванием магнитных вихрей и формированием аналога дальнего магнитного порядка ниже соответствующей температуры перехода. Оценки указанной температуры дают значение температуры перехода TБКТ порядка комнатной, что более чем на порядок превосходит температуру перехода ранее известных аналогичных материалов. Результатом работы стали также теоретические оценки других физических характеристик вещества» — цитата по журналу «ЗА НАУКУ».
Простыми словами группа физиков обнаружила, что новый материал может по‑разному взаимодействовать с внешними источниками магнитных полей, в зависимости от их положения относительно кристаллической решётки Fe2C.
По словам исследователей, Fe2C относится к числу так называемых МКсенов, перспективных двумерных соединений металлов и углерода. Физики предполагают, что такие вещества должны обладать интересными свойствами графена (двумерной формы углерода) и различных металлов. Это позволит использовать материалы при создании различных оптоэлектронных и спинтронных устройств.
Иван Круглов
Заведующий лабораторией компьютерного дизайна материалов МФТИ
«Соединение Fe2C является многообещающим кандидатом в класс двумерных магнетиков. Наше исследование показало, что этот материал, как ожидается, будет термодинамически стабильным и может обладать ферромагнитным порядком с высокой температурой Кюри. Модель показала, что монослой Fe2C будет обладать сильными электронными взаимодействиями, которые могут внести значительный вклад в его электронные и магнитные свойства. Полученные значения делают это соединение хорошим кандидатом на роль двумерного ферромагнетика и позволят использовать его во многих отраслях науки и техники».
