Исследование электронной и спиновой структуры Дираковских материалов и двумерных систем с большим спин-орбитальным взаимодействием: 2021 г. этап 2

Project: Grant fulfilmentGrant stage fulfilment

Project Details

Description

Научно-исследовательская работа проводится в рамках Соглашения о создании консорциума №2020-1 от 26 мая 2020 г., Дополнительного соглашения №1 к соглашению о консорциуме от 22 сентября 2020 г. и в целях реализации крупного научного проекта «Квантовые структуры для посткремниевой электроники» по Соглашению о предоставлении из федерального бюджета грантов в форме субсидии в соответствии с пунктом 4 статьи 78.1 Бюджетного кодекса РФ № 075-15-2020-797 от 29 сентября 2020 г.
Участники Консорциума - признанные в мире коллективы, известные получением многочисленных приоритетных результатов на мировом уровне, обладающие опытом успешной научной кооперации с ведущими мировыми научными центрами и экспертами.
Участники Консорциума обладают достаточными компетенциями выполнения задач проекта. Более 35% исполнителей проекта являются исследователями моложе 39 лет.
1. ИФП СО РАН – Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения РАН – Головной исполнитель
2. ИФМ РАН – Институт физики микроструктур РАН, филиал ИПФ РАН – Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики РАН
3. СПбГУ – Санкт-Петербургский государственный университет
4. НГУ – Новосибирский национальный исследовательский государственный университет
5. ИФМ УРО РАН – Институт физики металлов имени М.Н. Михеева Уральского отделения РАН
Кроме того, в структуре всех участников консорциума созданы и активно работают Центры Коллективного Пользования (ЦКП) и Ресурсный центр при СПбГУ, оснащенные современным исследовательским и инженерно-техническим оборудованием, которое будет использовано для проведения научных исследований по направлениям деятельности проекта.

Layman's description

Техническое задание на выполнение научно-исследовательских работ по теме «Исследование электронной и спиновой структуры Дираковских материалов и двумерных систем с большим спин-орбитальным взаимодействием»:
1. Цель проведения работ: Создание физических основ технологий, установление фундаментальных физических закономерностей квантовых и топологических полупроводниковых материалов, гетеросистем и структур, определение возможностей их использования для перспективной посткремниевой электроники на новых физических принципах.
2. Научно-исследовательская работа проводится в рамках Соглашения о создании консорциума №2020-1 от 26 мая 2020 г., Дополнительного соглашения №1 к соглашению о консорциуме от 22 сентября 2020 г. и в целях реализации крупного научного проекта «Квантовые структуры для посткремниевой электроники» по Соглашению о предоставлении из федерального бюджета грантов в форме субсидии в соответствии с пунктом 4 статьи 78.1 Бюджетного кодекса РФ № 075-15-2020-797 от 29 сентября 2020 г.
3. Основное содержание работы в 2021 году:
- Исследование электронной и спиновой структуры, магнитных свойств топологических изоляторов нового типа с различным стехиометрическим составом и Рашба систем, а также их контактов с различными металлами и гетероструктур на их основе.
- Синтез перспективных стехиометрических ферромагнитных, антиферромагнитных и немагнитных топологических изоляторов различного типа и стехиометрии, в контакте с магнитными металлами, позволяющими реализовать квантовый аномальный эффект Холла и магнитоэлектрический эффект при повышенных температурах.
- Исследование магнитной и электронной структуры топологических изоляторов, допированных редкоземельными и переходными магнитными металлами.
- Исследование электронной и спиновой структуры топологических изоляторов нового типа с дробной стехиометрией и контролируемой вариацией электронных свойств.
- Синтез и изучение гибридных наноструктур, состоящих из слоев топологических изоляторов, графена и сверхпроводников с целью использования в спинтронике.
- Определение влияния контакта с подложкой, характеризуемой сильным спин-орбитальным взаимодействием, на электронную и спиновую структуры монослоя дисульфида молибдена для управления его электронными и оптическими свойствами. Разработка способа определения направления магнитного момента редкоземельных ионов в приповерхностной области кристаллов с помощью фотоэлектронной спектроскопии.

Key findings for the stage (summarized)

В ходе выполнения НИР получены следующие важнейшие научные результаты: Исследован новый подход к наноструктурированию нанолент гексагонального нитрида бора для применения в высокопроизводительной электронике, спинтронике и фотонике. Использование наноструктур на основе h-BN требует высокого структурного качества, вплоть до атомного масштаба, что выходит за рамки современных возможностей литографии. Показано, что рост h-BN на вицинальном Rh(111) приводит к периодическому (111)/(337) фасетированию поверхности, обусловленного превосходным атомным соответствием h-BN со ступенчато реконструированной (337) плоскостью поверхности. Проведены исследования электронной и спиновой структуры монослоя дисульфида молибдена (MoS2) на поверхности интерфейса графен/Co(0001). Обнаружено прямое спектроскопическое доказательство наличия магнитного эффекта близости для системы MoS2 на интерфейсе графен/Co(0001), что может значительно расширить перспективы применения MoS2 в спинтронике и валейтронике. Изучены методы модификации электронной структуры графена при контакте с магнитными и благородными металлами, приводящие к его функционализации для эффективного применения электронике и спинтронике. Показано, что адсорбция и интеркаляция Mn приводит к модификации электронной структуры квазисвободного графена на SiC и Au/Co подложках с формированием интерфейсных сплавов Mn с атомами подложек. Исследованы процессы синтеза буферного слоя углерода на монокристалле SiC(0001) и его последующей интеркаляции атомами Co. Показано, что в результате интеркаляции происходит формирование квазисвободного графена с линейной дисперсией π-состояний на приповерхностном сплаве CoSi. В рамках проекта проведены детальные исследования электронной структуры и магнитных свойств полярного полупроводника BiTeI с сильным спин-орбитальным взаимодействием Рашбы, легированного атомами магнитных металлов (V, Mn). Обнаружено открытие аномально большой энергетической запрещенной зоны в точке Крамерса, вплоть до 130-140 мэВ, величина которой изменяется с изменением концентрации магнитных примесей. Проведены детальные исследования электронной и спиновой структуры нового типа собственных магнитных топологических изоляторов MnBi2Te4. Показано различие в размерах энергетической щели, открываемой в точке Дирака для различных образцов MnBi2Te4. Показано, что изменения размера щели обусловлены перераспределением в локализации топологических состояний между первым и вторым семислойниками, характеризующимися противоположными направлениями атомных магнитных моментов, и изменением их величины при вариации приложенного электрического поля. Теоретический анализ показывает возможность искусственной модуляции величины щели в точке Дирака при приложении внешнего электрического поля, что может быть использовано для модуляции магнитно-электрических свойств систем на основе MnBi2Te4.

Academic ownership of participants (text description)

1. Шикин Александр Михайлович, профессор, руководство проектом, проведение исследований электронной и спиновой структуры, магнитных свойств стехиометрических и нестехиометрических магнитных топологических изоляторов. Комплексное исследование электронной структуры, магнитных свойств систем типа Рашбы (BiTeI) при их допировании атомами магнитных металлов (V, Mn) в зависимости от концентрации магнитных металлов. Синтез и исследование электронной структуры квазисвободного графена при адсорбции и интеркаляции атомов Mn. Комплексные исследования электронной и спиновой структуры хорошо упорядоченного «магнитно-спин-орбитального графена» с целью использования в спинтронике для организации бездиссипативного спинового транспорта;
2. Рыбкин Артем Геннадиевич, ведущий научный сотрудник, проведение исследований электронной и спиновой структуры, магнитных свойств стехиометрических и нестехиометрических магнитных топологических изоляторов. Исследование электронной структуры, магнитных свойств систем типа Рашбы (BiTeI) при их допировании атомами магнитных металлов (V, Mn). Исследование влияния термического отжига на оптические и электрические свойства монослоя дисульфида молибдена (MoS2). Синтез и исследование электронной структуры квазисвободного графена при адсорбции и интеркаляции атомов Mn. Комплексные исследования электронной и спиновой структуры хорошо упорядоченного «магнитно-спин-орбитального графена» с целью использования в спинтронике для организации бездиссипативного спинового транспорта;
3. Усачев Дмитрий Юрьевич, профессор, моделирование спектров фотоэмиссии для определения электронной структуры гетеропереходов на основе углеродных нанолент различной толщины. Исследование методом фотоэлектронной дифракции валентности и магнетизма интерметаллидов на основе редкоземельных металлов. Теоретическое исследование латерального магнитного эффекта близости для монослоя MoS2 на поверхности системы графен/Co(0001). Исследование электронной структуры графена с интеркалированными атомами магнитных и благородных металлов;
4. Рыбкина Анна Алексеевна, младший научный сотрудник, Комплексное исследование электронной структуры, магнитных свойств систем типа Рашбы (BiTeI) при их допировании атомами магнитных металлов (V, Mn) в зависимости от концентрации магнитных металлов. Комплексные исследования электронной и спиновой структуры хорошо упорядоченного «магнитно-спин-орбитального графена» с целью использования в спинтронике для организации бездиссипативного спинового транспорта. Исследование электронной структуры графена с интеркалированными атомами магнитных и благородных металлов;
5. Климовских Илья Игоревич, старший преподаватель, проведение исследований электронной и спиновой структуры, магнитных свойств стехиометрических и нестехиометрических магнитных топологических изоляторов. Исследование электронной структуры, магнитных свойств систем типа Рашбы (BiTeI) при их допировании атомами магнитных металлов (V, Mn). Синтез и исследование электронной структуры квазисвободного графена при адсорбции и интеркаляции атомов Mn;
6. Естюнин Дмитрий Алексеевич, младший научный сотрудник, проведение исследований электронной и спиновой структуры, магнитных свойств стехиометрических и нестехиометрических магнитных топологических изоляторов, а также изменения электронной и спиновой структуры при взаимодействии топологических изоляторов с магнитными металлами и гетероструктур на их основе. Исследование электронной структуры, магнитных свойств систем типа Рашбы (BiTeI) при их допировании атомами магнитных металлов (V, Mn);
7. Фильнов Сергей Олегович, лаборант-исследователь, проведение исследований электронной и спиновой структуры, магнитных свойств стехиометрических и нестехиометрических магнитных топологических изоляторов. Исследование электронной структуры, магнитных свойств систем типа Рашбы (BiTeI) при их допировании атомами магнитных металлов (V, Mn). Исследование электронной структуры графена с интеркалированными атомами магнитных и благородных металлов;
8. Вилков Олег Юрьевич, ассистент, Синтез и проведение исследований систем, состоящих из графена с интеркалированными атомами магнитных и благородных металлов. Изучение возможностей и методов функционализации графена, позволяющих придать графену новые необходимые функциональные свойства с целью эффективного использования в электронных устройствах;
9. Бокай Кирилл Андреевич, младший научный сотрудник, проведение исследований методом фотоэлектронной дифракции валентности и магнетизма интерметаллидов на основе редкоземельных металлов. Разработка методологии, позволяющей анализировать свойства слоистых редкоземельных интерметаллидов;
10. Тарасов Артем Вячеславович, младший научный сотрудник, проведение комплексных исследований электронной и спиновой структуры хорошо упорядоченного «магнитно-спин-орбитального графена» с целью использования в спинтронике для организации бездиссипативного спинового транспорта. Исследование методом фотоэлектронной дифракции валентности и магнетизма интерметаллидов на основе редкоземельных металлов. Теоретическое исследование латерального магнитного эффекта близости для монослоя MoS2 на поверхности системы графен/Co(0001);
11. Глазкова Дарья Алексеевна, лаборант-исследователь, проведение исследований электронной и спиновой структуры, магнитных свойств стехиометрических и нестехиометрических магнитных топологических изоляторов. Исследование систем, состоящих из графена с интеркалированными атомами магнитных и благородных металлов;
12. Гогина Алевтина Андреевна, инженер-исследователь, Синтез и проведение исследований электронной структуры квазисвободного графена при адсорбции и интеркаляции атомов Mn;
13. Макарова Татьяна Павловна, инженер-исследователь, проведение исследований электронной и спиновой структуры, магнитных свойств стехиометрических и нестехиометрических магнитных топологических изоляторов;
14. Ерыженков Александр Владимирович, инженер-исследователь, проведение исследований электронной и спиновой структуры, магнитных свойств стехиометрических и нестехиометрических магнитных топологических изоляторов. Теоретическое исследование электронной структуры графена с интеркалированными атомами магнитных и благородных металлов;
15. Звездин Константин Анатольевич, старший научный сотрудник, проведение теоретических расчетов для магнитных систем на микромасштабе, в том числе в рамках модели микромагнитного моделирования;
16. Скирдков Петр Николаевич, научный сотрудник, проведение теоретических расчетов для магнитных систем на микромасштабе, в том числе в рамках модели микромагнитного моделирования;
17. Шевелев Виктор Олегович, младший научный сотрудник, проведение исследований влияния температуры и кислорода на монослои графена и h-BN, сформированные на металлических поверхностях с близким периодом решетки.

Transfer of the full copy of the report to third parties for non-commercial use: permitted/not permitted

не разрешается

Check of the report for improper borrowing in external sources (plagiarism): permitted/not permitted

разрешается
AcronymDog_2020 - 2
StatusFinished
Effective start/end date1/01/216/12/21

Fingerprint

Explore the research topics touched on by this project. These labels are generated based on the underlying awards/grants. Together they form a unique fingerprint.