В настоящее время важной задачей в области спинтроники является разработка технологии изготовления структур, демонстрирующих спин-зависимые эффекты, которая была бы доступна для практического применения и производства нового типа устройств памяти с более высоким быстродействием и плотностью записи информации. Спинтроника (англ. spin, буквально – вращение, вертеть) отражает магнитные свойства электрона, так же как электроника отражает наличие у электрона электрического заряда. Решение этой проблемы ведется в нескольких направлениях, среди которых можно выделить изготовление наноструктурированных структур на основе силицидов переходных металлов Sin-Mem, обеспечивающих эффект оптического перемагничивания.
Коллективом ученых Воронежского государственного университета в составе доцента Александра Лазарева, профессора Бориса Даринского, академика Александра Сигова, доцента Ларисы Битюцкой и ассистента Геворга Григоряна был разработан проект «Изготовление магнитных наноструктурированных материалов силицидов переходных металлов (Si-Me) с эффектом оптического перемагничивания для элементов памяти нового поколения». В его рамках были получены наноструктурированные пленки силицидов Sin-Mem, на поверхности Si, демонстрирующие магнитный отклик и эффект оптического перемагничивания, с помощью оригинального оптического зонда, также разработанного в ВГУ. Исследования в данном направлении ведутся учеными университета с 2008 года.
Предлагаемые магнитные наноструктурированные материалы с эффектом оптического перемагничивания предназначены для изготовления инновационных устройств для хранения и воспроизведения памяти. Одним из основных преимуществ данных устройств должно стать сверхвысокое быстродействие, которое обеспечивается новым способом записи, еще не используемым в серийных устройствах. В сочетании с использованием оптического перемагничивания циркулярно-поляризованным светом, позволяющего уменьшить область воздействия оптического излучения до десятков нанометров, можно добиться от устройств с полностью оптической записью информации сверхвысокой плотности записи.
– Считается, что к 2020 году произойдет переход к новым элементам памяти на основе спинтронных устройств, так называемой MRAM – «Magnetic random access memory», что приведет к резкому изменению компьютерных устройств. Например, скорость доступа к такой памяти будет в тысячи раз больше, чем у нынешних элементов flash-памяти, а ресурс перезаписи – в сто тысяч раз больше. Поскольку в спинтронном устройстве для передачи информации используются магнитные свойства электронов, для их создания требуется разработка ферромагнитных полупроводников, свойствами которых можно управлять. В этой связи существующую проблему увеличения объема памяти, скорости функционирования элемента памяти микро- и наноэлектроники с одновременной миниатюризацией этих элементов в настоящее время связывают с необходимостью поиска новых материалов, методов записи/считывания информации, – комментирует Геворг Григорян, который успешно представил разработку на ежегодном межвузовском конкурсе инновационных проектов «Кубок инноваций».
Силициды – традиционный материал технологий кремниевой микро- и наноэлектроники. Основной задачей разработки является их получение в наноструктурированном состоянии, обеспечивающем возникновение магнитных свойств. Современные методы формирования нанокластерных структур не ориентированы на промышленное производство. В проекте предлагается использовать оригинальный метод получения нанокластеров силицидов никеля и кобальта на кремниевой подложке, обладающих магнитными свойствами. Продукт представляет собой магнитные наноструктурированные пленки (средний размер наноструктур ~50 нм) Si-Ni, Si-Co на кремниевой подложке диаметром до 100 мм, обладающие эффектом оптического перемагничивания. Научная новизна проекта заключается в том, что впервые в мире поставлена задача по получению и использованию наноструктурированных силицидов переходных металлов с магнитным откликом, установлен наиболее перспективный метод получения наноструктурированных силицидов переходных металлов на кремнии, впервые в мире реализована оптическая запись информации в наноструктурах Men-Sim-Si.
Разрабатываемый продукт ориентирован, прежде всего, на рынок наноматериалов для фотоники, микросистемной техники и устройств памяти. Рынок микросистемной техники – это достаточно молодой рынок, далекий от насыщения. Это связано, в первую очередь, с внедрением достижений микросистемной техники, полученных в военно-космической отрасли, в автомобилестроение, компьютерную и бытовую технику. В настоящее время непрерывно расширяется сфера применения устройств микросистемной техники, снижается их себестоимость, улучшаются потребительские характеристики. Разработанная продукция использует экологически чистую технологию на основе энергосберегающего оборудования и безопасна в использовании. Производство данной продукции реализует создание высокотехнологичного промышленного комплекса в области наноиндустрии и наноматериалов в микро- и наноэлектронике.
