| |
 Warszawa, 30 października 2019 Spotęgowany ferromagnetyzm nanokryształów MnAs osadzonych w powłokach
z arsenku galu Współczesne materiały magnetyczne wykorzystywane są powszechnie jako nośniki informacji w pamięciach masowych komputerów, znanych jako twarde dyski. Informacje, bity, zapisywane są w tych urządzeniach jako kierunek namagnesowania subminiaturowego magnesu utworzonego przez niewielki obszar cienkiej warstwy magnetycznej. Postęp w tej dziedzinie technologii komputerowych, określany Prawem Moore a , polega na umiejętności zmniejszania rozmiarów magnesu niezbędnego do zapisania jednego bitu. Taka skalowalność pozwoli już wkrótce uzyskać rozmiary magnesów rzędu nanometra (10-9 m), niezbędne dla dalszej miniaturyzacji przyrządów elektronicznych. Równie ważne jest poszukiwanie materiałów, które obok własności magnetycznych będą jednocześnie półprzewodnikami, co umożliwiłoby znacznie lepszą integrację urządzeń logicznych komputera, czyli procesora i magnetycznych pamięci na jednym układzie scalonym - chipie.
Znaczącym krokiem w tym kierunku są uzyskane przez polskich naukowców wyniki dla obiecującego materiału jakim jest arsenek manganu (MnAs), opublikowane w prestiżowym czasopiśmie fizyko-chemicznym Nano Letters [1]. Publikacja pokazuje ważną dla ewentualnych zastosowań znaczną poprawę właściwości magnetycznych MnAs, który jest znanym od dawna metalicznym materiałem magnetycznym. Badania podstawowe nad MnAs w postaci kryształów objętościowych prowadził miedzy innymi także tegoroczny laureat Nagrody Nobla z chemii profesor John B. Goodenough [2, 3]).
Kluczowym wynikiem pracy jest możliwość istotnego podniesienia temperatury Curie (Tc), to jest temperatury, powyżej której badany związek traci właściwości ferromagnetyczne. Autorzy odkryli, że MnAs wytworzony w postaci nanokryształów, otoczonych matrycą zbudowaną z arsenku galu (GaAs) - półprzewodnika stosowanego powszechnie we współczesnych przyrządach optoelektronicznych, ma temperaturę krytyczną przekraczającą 120 °C, znacznie wyższą od Tc materiału objętościowego, dla którego wynosi ona ok. 40°C. Przyczyną zaobserwowanego efektu są naprężenia, którym podlegają nanokryształy MnAs zanurzone w matrycy GaAs o nietypowej dla siebie strukturze heksagonalnej (w warunkach normalnych GaAs występuje w kubicznej strukturze krystalograficznej blendy cynkowej), która jest możliwa do uzyskania tylko jeśli GaAs jest syntetyzowane w postaci nano-obiektów (nanodrutów) o wystarczająco małych rozmiarach (średnicach rzędu 100 nanometrów). Efektem badań może być w związku z tym zastosowanie MnAs do konstrukcji urządzeń magneto-elektronicznych, takich jak. nowego typu nośniki pamięci pracujące w temperaturach przekraczających 100 °C.
Artykuł, którego pierwszą autorką jest Anna Kaleta doktorantka Międzynarodowego Studium Doktoranckiego Instytutu Fizyki Polskiej Akademii Nauk w Warszawie (IF PAN) jest wynikiem współpracy trzech zespołów badawczych IF PAN (z wiodącym udziałem prof. IF PAN S. Kreta i J. Sadowskiego oraz prof. M. Sawickiego), a także naukowców z Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie oraz Instytutu Fizyki Teoretycznej Uniwersytetu Warszawskiego. Praca jest rezultatem między innymi wcześniejszych badań autorów [4]. PRACE NAUKOWE: [1] "Enhanced Ferromagnetism in Cylindrically Confined MnAs Nanocrystals Embedded in Wurtzite GaAs Nanowire shells",
Anna Kaleta, Sławomir Kret, Katarzyna Gas, Boguslawa Kurowska, Serhii B. Kryvyi, Bogdan Rutkowski, Nevill Gonzalez Szwacki, Maciej Sawicki
and Janusz Sadowski,
Nano Lett. 19, 7324 (2019).
[2] "Effects of Pressure on the Magnetic Properties of MnAs",
N. Menyuk, J. A. Kafalas, K. Dwight, and J. B. Goodenough,
Phys. Rev. 177, 942 (1969).
[3] "https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2019/summary/",
[4] "All wurtzite (In,Ga)As-(Ga,Mn)As core-shell nanowires",
Aloyzas Šiušys, Janusz Sadowski, Maciej Sawicki, Sławomir Kret, Tomasz Wojciechowski, Piotr Dłużewski, Katarzyna Gas, Wojciech Szuszkiewicz,
Agnieszka Kamińska, and Tomasz Story,
Nano Lett. 14, 4263 (2014).
KONTAKTY DO NAUKOWCÓW: prof. dr hab. Maciej Sawicki Instytut Fizyki Polskiej Akademii Nauk tel. +48 22 116 3145 email: mikes@ifpan.edu.pl dr hab. Sławomir Kret, prof. IF PAN Instytut Fizyki Polskiej Akademii Nauk tel. +48 22 116 3372 email: kret@ifpan.edu.pl dr hab. Janusz Sadowski, prof. IF PAN Instytut Fizyki Polskiej Akademii Nauk tel. +48 22 116 3497 email: sadow@ifpan.edu.pl MATERIAŁY GRAFICZNE: IFPAN191030_fot01.jpg
 Rysunek:
(a) Zdjęcie ze skaningowego mikroskopu elektronowego przedstawiające las nanodrutów zbudowanych głównie z GaAs, zawierających nanokryształy MnAs.
(b) Schematyczna budowa nanodrutu o heksagonalnym rdzeniu (Ga,In)As (fioletowy), przejściowej otoczce (Ga,Al)As (granatowy) i otoczce GaAs zawierającej nanokryształy MnAs (czerwony z zielonym).
(c) Temperaturowa zależność sumarycznego momentu magnetycznego nanokryształów MnAs wbudowanych w matrycę GaAs. Odkszatłcone przez matryce GaAs nanokrształki MnAs zachowują właściwości ferromagnetyczne w temperaturach znacznie wyższych od temperatury (Tc), w której objętościowe kryształy MnAs tracą ferromagnetyzm.
(d) Obraz pojedynczego nanokryształu MnAs w matrycy wurcytowego GaAs (wybrany fragment nanodrutu) uzyskany w wysokorozdzielczej transmisyjnej mikroskopii elektronowej.
| |