Des scientifiques de l'Université fédérale d'Extrême-Orient (FEFU) et de la branche d'Extrême-Orient de l'Académie des sciences de Russie (FEB RAS) ont développé la nanohétérostructure constituée d'un film de nanocristal de magnétite (Fe 3 O 4 ) recouvrant un substrat de silicium d'une couche supplémentaire d'oxyde de silicium (SiO 2 /Si). Ses propriétés magnétiques et de magnétotransport peuvent aider à concevoir des dispositifs semi-conducteurs hybrides hautement efficaces avec de nouveaux éléments spintroniques. L'article correspondant a été publié dans le Journal des alliages et des composés .

La nouvelle nanohétérostructure n'a que 75 nm d'épaisseur et présente un intérêt particulier, car il peut être utilisé comme source d'électrons polarisés en spin pour le substrat de silicium semi-conducteur.

Les auteurs des travaux ont pour la première fois décrit les conditions optimales pour la formation des films ne contenant que du Fe 3 O 4 nanocristaux. Le réseau cristallin dans ces structures a une certaine orientation préférée par rapport au substrat de Si appelé texture cristalline.

« Le dépôt réactif a déjà fait ses preuves comme méthode efficace pour la production de nanofilms. Dans nos travaux, nous avons utilisé le dépôt réactif de fer dans une atmosphère d'oxygène. Nous avons étudié l'effet de la structure et de la morphologie de Fe 3 O 4 nanofilms sur leurs propriétés magnétiques et électriques. Nous avons décrit les conditions dans lesquelles les meilleurs films peuvent être obtenus et utilisés dans des dispositifs fonctionnant sur la base d'une injection d'électrons polarisés en spin dans du silicium via une couche ultrafine de SiO. 2 . Les résultats de notre recherche fondamentale peuvent, donc, être largement utilisé en physique appliquée, " a déclaré Vyacheslav Balashev. Balashev est ingénieur au Département de physique des structures de faible dimension, École des sciences naturelles, FEFU, et chercheur senior au Laboratoire des Structures Hybrides, Institut des processus d'automatisation et de contrôle, FÉV RAS.

La polarisation du spin électronique est beaucoup plus efficace dans la nouvelle structure que dans les films d'autres matériaux magnétiques. Cela aidera à créer des injecteurs de spin pour les dispositifs spintroniques.

"Des scientifiques du monde entier ont étudié les propriétés magnétiques et conductrices de Fe 3 O 4 nanoparticules et films minces pendant deux décennies en raison de sa polarisation de spin électronique à 100 % théoriquement prédite. C'est une propriété parfaite pour les dispositifs spintroniques qui nécessitent un courant de spin pur (un analogue plus efficace du courant électrique) pour leur fonctionnement. Le courant de spin est déterminé par le transfert de spin électronique, ne charge pas. Par conséquent, les appareils spintroniques ne perdent pas d'énergie sur le chauffage Joule, " Alexandre Samardak, professeur adjoint au Département des systèmes informatiques, École des sciences naturelles, FEFU, commenté.

Selon le scientifique, la polarisation de spin élevée de la magnétite n'a pas encore été confirmée expérimentalement, mais il existe des domaines d'étude prometteurs dans ce domaine, y compris le développement de films de magnétite avec une texture cristalline donnée sur des substrats semi-conducteurs. La structure cristalline est ce qui détermine les propriétés magnétiques et de magnétotransport des nanofilms. Toutes ces recherches rapprochent les scientifiques de la création d'injecteurs hautement efficaces de courant de spin pur qui peuvent être utilisés dans des dispositifs hybrides basés sur des semi-conducteurs et des matériaux magnétiques.

"L'électronique moderne a presque atteint ses limites. Il est impossible de réduire davantage la taille de ses éléments fonctionnels en raison d'un certain nombre de contraintes physiques. Je pense que l'intégration de l'électronique à base de Si et de la spintronique économe en énergie est à nos portes, " conclut Alexandre Samardak.