«Наноструктурные, объемные и тонкопленочные соединения переходных металлов как перспективные элементы наноэлектроники»

Номер проекта:  Государственное задание № 3.5421.2017-БЧ от 16.03.2017

Руководитель: Клементьев Е. С.

Сроки исполнения: 2017-2019 г.г.

В фокусе проекта находятся соединения переходных элементов, и наносистемы на их основе, представляющие интерес как для фундаментальной физики конденсированного состояния, так и для приложений в области нано-электроники, спинтроники, магнитной сенсорики, преобразования энергии. Механизмы формирования свойств данных систем являются открытыми вопросами. В рамках работ по проекты будут синтезированы новые системы на основе переходных металлов, в том числе оксиды и силициды, исследованы их структурные, электронные, решеточные, транспортные, магнитные свойства. Будут разработаны основы для создания новых систем памяти с высокой плотностью хранения информации, сенсоров, термоэлектриков с высоким фактором мощности. В ходе работ дальнейшее развитие получат современные методики синтеза тонкопленочных и структур. Для исследования будут применяться многие методики, будут проводиться эксперименты на источниках синхротронного излучения и нейтронов, будет сформирован молодой коллектив исследователей.

Цель проекта

Проект направлен на синтез и комплексное исследование соединений переходных металлов в интересах физики твердого тела и приложений. Поставлена цель добиться возможности контроля важных свойств исследуемых и разрабатываемых систем за счет управляемого синтеза, получения физических картин и моделей. Конкретными целями работы являются:

• создание нового устройства хранения информации с высокой плотностью записи,
• создание сенсоров,
• контактных материалов,
• термоэлектриков с высоким фактором мощности.
• создание уникальных массивов нанотрубок путем заполнения мезопористых структур АОА методом атомно-слоевого осаждения,
• формирования конформных слоев оксида железа внутри пор с контролируемой толщиной слоя от единиц до десятков нанометров,
• управление фазами оксида железа между Fe3O4 и α-Fe2O3, для получения необходимого магнитного упорядочения и сильного ферромагнетизма.

Еще одной целью работ является формирование молодого коллектива исследователей, способного проводить измерения на лабораторном оборудовании, ведущих синхротронах и нейтронных источниках, обрабатывать данные экспериментов и рассчитывать свойства сложных систем, в том числе и композитных.

Реализация

Работа по проекту предполагает полный цикл: синтез материалов (тонкопленочных, наноструктурных, объемных), развитие методов синтеза, аттестация образцов, эксперименты по детальному исследованию физических свойств (структурных, термодинамических, транспортных, электронных), обработку экспериментальной информации, использование и развитие моделей для описания свойств, разработку систем, для конкретных технических приложений. Эксперименты будут проходить как в БФУ им И. Канта, так и в организациях-партнерах. Предполагается проведение экспериментов в нескольких центрах нейтронных и синхротронных исследований. Объектами исследований будут соединения переходных элементов, включая силициды и оксиды 3d металлов (Fe, Mn, Cr, Ni), пленки Fe3Si, квазибинарные системы, композитные материалы на основе силицидов.

Результаты

Полученные результаты станут базой для разработки новых наноэлектронных устройств на основе мезопористых структур. В частности, точный контроль диаметра поры от нескольких до десятков нанометров методом АСО и осаждение магнитных слоев с ферромагнитной фазой позволит создать устройства для хранения памяти с высокой плотностью. Дальнейшим направлением развития будет НИОКР по созданию прототипов устройств памяти, которое станет возможным благодаря интеграции методик импульсно-лазерного осаждения и магнетронного распыления в единое вакуумное пространство с установкой атомно-слоевого осаждения, используемого как главный инструмент для выполнения проекта.
Результаты проекта будут использованы в микроэлектронике для создания магнитных сенсоров, совершенствования контактов в нано-электронике. Ряд результатов работ будет применен в технологии термоэлектрических модулей с высоким фактором мощности, технологии композитных термоэлектриков.