Научная проблема, на решение которой направлен проект.
Основная научная проблема, на решение которой направлен проект, заключается в поиске новых перспективных слоистых структур на основе графена и магнитных, тяжелых металлов, а также сверхпроводников для реализации аномального и спинового эффектов Холла и сверхпроводящих переходов Джозефсона. Как правило, измерение транспортных свойств графена [1-4] проводится без контроля его электронной энергетической структуры методом ARPES, графен переносится на диэлектрическую подложку, проводятся напыления (и интеркаляция) металлов магнитных и тяжелых элементов и литография. В этом случае довольно трудно получить эпитаксиальную слоистую систему с заданными топологическими свойствами. С другой стороны, синтез интересных
для спинтроники эпитаксиальных систем на основе графена проводится на монокристаллах металлов [5-7], что делает невозможным измерения транспортных характеристик самого графена и изготовления устройств на его основе.
Данный проект направлен на синтез и исследования эпитаксиальных систем на основе графена на подложке SiC методами ARPES, XPS и DFT с целью поиска новых систем с перспективными транспортными характеристиками. Использование подложки SiC позволит в дальнейшем реализовать массовое изготовление устройств на основе синтезированных систем в связи с доступностью общеизвестных литографических процедур [8,9]. Целью проекта является синтез слоистых структур на основе графена и магнитных, тяжелых металлов, а также cверхпроводников, исследование особенностей их электронной структуры, изучение кристаллической структуры и транспортных свойств, включая анализ возможности применения синтезированных систем для наблюдения квантовых
эффектов.
[1] A. M. Afzal, et al., RSC Adv., 9, 31797-31805 (2019) https://doi.org/10.1039/C9RA06961E
[2] T. Li, et al., Supercond. Sci. Technol. 31, 045004 (2018) https://doi.org/10.1088/1361-6668/aaab81
[3] T. S. Ghiasi, et al., Nano Lett. 19, 9, 5959–5966 (2019) https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.9b01611
[4] L. Li et al., ACS Nano 14, 5, 5251–5259 (2020) https://doi.org/10.1021/acsnano.0c01037
[5] I. I. Klimovskikh et al., ACS Nano 11, 1, 368–374 (2017) https://doi.org/10.1021/acsnano.6b05982
[6] M. M. Otrokov et al., 2D Mater. 5 035029 (2018) https://doi.org/10.1088/2053-1583/aac596
[7] A.G. Rybkin et al., Nano Lett. 18, 3, 1564–1574 (2018) https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.7b01548
[8] J. A. Robinson et al., Appl. Phys. Lett. 98, 053103 (2011) https://doi.org/10.1063/1.3549183
[9] P. Bøggild et al., 2D Mater. 4, 042003 (2017) https://doi.org/10.1088/2053-1583/aa8683

Актуальность проблемы, научная значимость решения проблемы.
Контакты графена с магнитными и тяжелыми атомами и контакты Джозефсона с графеном между сверхпроводниками в последние годы интенсивно изучаются как с точки зрения фундаментальной физики, так и с точки зрения потенциальных приложений [1-11]. Однако, значительная часть опубликованных работ была выполнена на механически отщепленном графене, который несовместим с производством в масштабе целой пластины - подложки. Чтобы преодолеть эти ограничения, можно было бы использовать графен, выращенный методом химического осаждения из газовой фазы (CVD) [8]. Но так как CVD синтез проводится на металле – катализаторе, то и в этом случае потребуется перенос графена на диэлектрическую подложку. Для наблюдения квантовых эффектов требуется эпитаксиальная хорошо упорядоченная слоистая структура со строго определёнными свойствами [1-5]. Более того, требуется минимизации паразитных токов через подложку. Одним из кандидатов для конструирования устройств является подложка SiC [12,13]. Однако есть ряд проблем, только после решения которых можно говорить о промышленном изготовлении массива устройств на одной монокристаллической подложке с использованием литографических подходов:
- однородность слоев по поверхности, синтезированная система должна покрывать всю поверхность пластины-подложки,
- однородность по глубине и эпитаксиальность слоев, возможно использование упорядоченных кластеров для достижения требуемых электронных характеристик наносистемы.
В настоящее время опубликовано множество статей по интеркалированию графена на SiC [13]. Основным недостатком при синтезе графена на SiC является присутствие небольшого количества двухслойного графена на поверхности (бислоя), связанное со сложностью точного контроля температуры по всей поверхности при термическом синтезе графена. Интеркалирование графена на SiC также приводит к формированию нескольких фаз на поверхности, в том числе из-за интеркалирования атомов металла непосредственно под графен, в межслоевое пространство между графеном и нулевым слоем, и под нулевой слой графена с образованием бислоя.
С другой стороны, интеркалирование нулевого слоя графена позволяет получить графеновое покрытие по всей поверхности без образования бислоя графена [14-17]. Основной проблемой данного метода является силицидобразование, так как оно препятствует образованию тонких эпитаксиальных металлических слоев под графеном. В работе [7] была продемонстрирована возможность формирования тонких слоев свинца под графеном и измерены транспортные свойства системы, указывающие на спиновый эффект Холла. Однако, электронная структура графена не была охарактеризована, а были измерены только транспортные характеристики.
Одной и задач проекта является изучение проблемы силицидобразования для успешного применения наноструктур на основе графена и тонких слоев металлов в электронных устройствах. При этом возможно как уменьшение толщины силицидного слоя в зависимости от параметров синтеза, так и формирование пассивирующего силицидного слоя. Ожидается, что интеркаляция золота будет приводить к формированию силицида золота. Однако, при определенном количестве золота, произойдет насыщение и следующий металл (Co, Pb) будут интеркалироваться уже без силицидобразования. Таким образом, предполагается, что первичная интеркаляция золота будет приводить к формированию пассивирующего силицидного слоя.
[1] C. L. Kane and E. J. Mele, Phys. Rev. Lett. 95, 146802 (2005)
[2] V. T. Phong, N. R. Walet, and F. Guinea, 2D Materials 5, 014004 (2017)
[3] Z. Qiao, et al., Phys. Rev. B 82, 161414 (2010)
[4] M. Offidani and A. Ferreira, Phys. Rev. Lett. 121, 126802 (2018)
[5] H. Takenaka, et al., Phys. Rev. B 100, 125156 (2019)
[6] T. S. Ghiasi et al., Nature Nanotechnology 16, p. 788–794 (2021)
[7] A. M. Afzal, et al., RSC Adv., 9, 31797-31805 (2019)
[8] T. Li, et al., Supercond. Sci. Technol. 31, 045004 (2018)
[9] T. S. Ghiasi, et al., Nano Lett. 19, 9, 5959–5966 (2019)
[10] L. Li et al., ACS Nano 14, 5, 5251–5259 (2020)
[11] K. H. Kim et al., Phys. Rev. B 102, 165403 (2020)
[12] C. Backes et al., 2D Mater. Vol. 7, N 2, 022001 (2020)
[13] S. Wu et al., Progress in Surface Science, Vol. 96, Issue 3, 100637 (2021)
[14] I. Gierz et al., Phys. Rev. B 81, 235408 (2010)
[15] A. A. Rybkina, et al., Phys. Rev. B 104, 155423 (2021)
[16] B. Matta et al., Phys. Rev. Research, accepted (2022) https://journals.aps.org/prresearch/accepted/af07aJ59E7b1910821f429c9e7ccb33a243c5981e
[17] B. Matta et al., arXiv:2204.07650 (2022)

Конкретная задача в рамках проблемы, на решение которой направлен проект, ее масштаб.
Целью проекта является синтез и исследование эпитаксиальных наносистем на основе графена и подложки SiC для реализации квантовых эффектов, таких как аномальный и спиновый эффекты Холла и эффект Джозефсона.
Направления исследований:
Синтез и изучение новых материалов на основе графена и его контакта с магнитным и тяжелым металлом или сверхпроводником для реализации устройств спинтроники и наноэлектроники. В рамках проекта будут синтезированы и изучены принципиально новые эпитаксиальные наноструктуры на основе графена:
1. Нулевой слой графена на SiC(0001). Интеркаляция Au, затем Co и дополнительно Au для реализации out-of-plane намагниченности и квантового аномального эффекта Холла (QAHE).
2. Нулевой слой графена на SiC(0001). Интеркаляция Au, затем Pb для наблюдения спинового эффекта Холла (SHE) и изучения контакта графен-сверхпроводник.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие ключевые задачи:
1. Синтезировать однослойный графен на подложке SiC путем интеркаляции атомов золота под нулевой слой графена.
Поиск оптимального количества интеркалированного золота для получения однородного по поверхности графенового покрытия. Исследование кристаллической и электронной структуры интеркалированной системы.
2. Интеркаляция графена атомами кобальта и золота. Экспериментальное и теоретическое исследование системы Gr/Au/Co/Au.
3. Интеркаляция графена атомами свинца. Экспериментальное и теоретическое исследование системы Gr/Pb/Au.
4. Исследование электронных характеристик полученных систем и анализ их возможного применения в квантовых устройствах.

Научная новизна поставленной задачи, обоснование достижимости решения поставленной задачи и возможности получения запланированных результатов.
Эпитаксиальный синтез слоистых наносистем на основе графена и подложки SiC является новой тематикой как для коллектива, так и для научного сообщества. Подавляющее большинство работ членов коллектива посвящено фундаментальным исследованиям графена на металлических подложках, на которых затруднительна реализация квантовых эффектов в устройствах спинтроники и квантовых компьютерах вследствие электрического шунтирования устройства металлической подложкой. Однако, авторами проекта уже успешно реализованы первые шаги по синтезу и исследованию электронных характеристик графена на SiC путем интеркаляции атомов кобальта. Продемонстрирована возможность получения однородного однослойного графена путем интеркаляции атомов кобальта под нулевой слой графена. Авторами других научных групп показана возможность интеркалирования золота под нулевой слой графена, а также проведены измерения спинового эффект Холла в системе Gr/Pb/Au, полученной путем переноса графена на SiO2 и физического парафазного осаждения. В недавней работе исследован переход Джозефсона на основе графена, полученного путем переноса. Таким образом, возможность интеркаляции нулевого слоя графена на SiC, с одной стороны, и наблюдаемые квантовые эффекты в системах на основе графена с использованием его переноса на диэлектрическую подложку, с другой стороны, свидетельствуют о возможности реализации задач проекта по синтезу и исследованию эпитаксиальных слоистых наносистем на основе графена и подложки SiC.

Современное состояние исследований по данной проблеме.
Основные усилия мирового сообщества в тематике графена направлены на поиск и реализацию устройств на его основе с использованием квантовых эффектов. Однако в этих работах графен, полученный эксфолиацией или CVD синтезом, переносился на диэлектрическую подложку, и дальнейшее конструирование устройств не предполагало эпитаксиальности используемых слоев. По этой причине, недавно были измерены аномальный (индуцированный светом) и спиновый эффекты Холла, но их квантовые версии не были обнаружены. Для наблюдения квантовых эффектов Холла требуется высокая упорядоченность системы, электронная структура графена в данной системе должна обладать топологическими свойствами, что определяется самой эпитаксиальной структурой системы и как
следствие передачей спин-орбитального и обменного взаимодействий на графен. Другим возможным применением графена является использование в качестве промежуточного материала между
двумя сверхпроводниками для создания перехода Джозефсона. В этом случае был продемонстрирована индуцированная сверхпроводимость в графене [1,2].
В работе [3] были исследованы транспортные свойства графена при контакте со свинцом, обнаружен спиновый эффект Холла в графене до температур 30К. Известно, что свинец является сверхпроводником I типа, однако исследование контакта графена со свинцом при температурах сверхпроводимости проведено не было. Следует отметить, что большинство исследований электронных (например, [4]) и транспортных (например, [5]) свойств как правило проводятся отдельно, что не позволяет определить связь электронной структуры с наблюдаемыми квантовыми эффектами и наоборот.
В настоящее время опубликовано множество статей по интеркалированию графена на SiC [6]. Основным недостатком при синтезе графена на SiC является присутствие небольшого количества двухслойного графена на поверхности (бислоя), связанное со сложностью точного контроля температуры по всей поверхности при термическом синтезе графена. Интеркалирование графена на SiC также приводит к формированию нескольких фаз на поверхности, в том числе из-за интеркалирования непосредственно под графен, в межслоевое пространство между графеном и нулевым
слоем, и под нулевой слой графена с образованием бислоя.
С другой стороны, интеркалирование нулевого слоя графена позволяет получить графеновое покрытие по всей поверхности без образования бислоя графена. Но основной проблемой данного метода является силицидобразование, которое препятствует образованию тонких эпитаксиальных металлических слоев под графеном. В работе [3] была продемонстрирована возможность формирования тонких слоев свинца под графеном и измерены транспортные свойства системы, указывающие на спиновый эффект Холла. Однако, электронная структура графена не была охарактеризована, а были измерены только транспортные характеристики.
[1] M. V. Feigel'man et al., JETP Letters, Vol. 88, No. 11, pp. 747–751 (2008)
[2] H. B. Heersche et al., Solid State Communications, Vol. 143, Issue 1-2, Pages 72-76 (2007)
[3] A. M. Afzal, et al., RSC Adv., 9, 31797-31805 (2019)
[4] D. Marchenko et al., Science Advances, Vol. 4, Issue 11 DOI: 10.1126/sciadv.aau0059 (2018)
[5] Gil-Ho Lee and Hu-Jong Lee, Rep. Prog. Phys. 81 056502 (2018)
[6] S. Wu et al., Progress in Surface Science, Vol. 96, Issue 3, 100637 (2021)

Предлагаемые методы и подходы, общий план работы на весь срок выполнения проекта.
В рамках проекта для исследования электронной и спиновой структуры систем на основе графена будет использоваться комплекс современных экспериментальных и теоретических методов и подходов. Будет изучена электронная энергетическая структура валентной зоны методом фотоэлектронной спектроскопии с высоким угловым разрешением (ARPES) с использованием лабораторных источников в Научном парке СПбГУ и в Институте физики полупроводников СО РАН. Методом фотоэлектронной спектроскопии в режиме мягкого рентгеновского излучения (XPS) будет проанализирована структура остовных уровней с использованием как лабораторных источников, так и синхротронного источника излучения в Курчатовском центре. Исследования структуры валентной зоны с помощью ARPES с варьируемой энергией фотонов и поляризацией излучения будут проведены в центрах СИ в рамках проекта при наличии такой возможности. Следует отметить, что методы фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением (ARPES) и фотоэлектронная спектроскопия остовных уровней (XPS) хорошо и надежно зарекомендовали себя как достаточно информативные методы, комбинирование которых позволяет детально изучить и проанализировать особенности электронного строения материала.
Методом сканирующей туннельной микроскопии (СТМ) планируется исследовать атомную структуру поверхности графен-содержащих систем. При этом, благодаря единым вакуумным условиям в уникальной научной установке “Нанолаб” (оборудование Научного парка СПбГУ) имеется возможность СТМ измерений in situ после ARPES измерений, не нарушая вакуумных условий во время синтеза графен-содержащих систем. Это позволит более точно характеризовать атомную структуру поверхности с атомарным разрешением. Для анализа кристаллической структуры поверхности будет использоваться метод дифракции медленных электронов (ДМЭ). Метод ДМЭ может использоваться непосредственно в аналитической камере для контроля качества получаемых систем и ориентации образцов в требуемом направлении зоны Бриллюэна для ARPES измерений. Для анализа микроскопической структуры поверхности синтезированных систем будет использоваться метод сканирующей электронной микроскопии (СЭМ).
С помощью СКВИД-магнитометра или магнитооптического эффекта Керра будут изучены магнитные свойства полученных систем. Для исследования транспортных свойств (удельное сопротивление, эффекты Холла и Рашбы-Эдельштейна) будет использован комплекс для исследования физических свойств материалов в широком диапазоне температур и магнитных полей PPMS-9 + EverCool-II. Важной задачей в рамках проекта является решение проблемы создания омических контактов на поверхности синтезированных систем для качественного измерения транспортных характеристик.
Для реализации данного проекта необходимо иметь образцы графена высокого структурного совершенства. Методика синтеза нулевого слоя на кремний-терминированной подложке SiC(0001) при температурах 1150-1200С является хорошо воспроизводимой при контроле с помощь ДМЭ, XPS и ARPES. Поэтому в данной работе, основываясь, в том числе на предварительный опыт авторов проекта в данных экспериментах, предполагается исследование интеркаляции металлов под буферный слой графена на SiC. Предполагается, что данный метод будет иметь более высокую воспроизводимость, чем метод интеркаляции металлов под графен, сформированный на нулевом слое. После получения образцов нулевого слоя графена на подложке SiC(0001) будет проведена последовательная
интеркаляция атомов Au и Co. Отдельной задачей является изучение интеркаляции атомов Pb под графен на Au/SiC(0001). Количество напыленного металла во всех случаях будет контролироваться с помощью кварцевых весов. Для реализации квантового аномального эффекта Холла в синтезируемых системах планируется достичь формирования ультратонкого монослойного слоя кобальта под графеном, который будет обладать внеплоскостной намагниченностью. Для систем графен/Au/SiC(0001), графен/Co/Au/SiC(0001), графен/Au/Co/Au/SiС(0001) и графен/Pb/Au/SiС(0001)
предлагается исследовать электронную энергетическую структуру, формирование запрещенной зоны в точке Дирака в графене. Наличие запрещенной зоны, сильного спин-орбитального и обменного взаимодействий в графене позволит предложить графен в качестве активного элемента спинтроники для создания бездиссипативных спин-поляризованных токов в графене и реализации QAHE в графене.
Значительную помощь при интерпретации получаемых экспериментальных данных должны оказать проводимые расчеты с использованием метода теории функционала плотности (DFT). Применение DFT будет реализовано в рамках метода линеаризованных присоединенных плоских волн и псевдопотенциальных методов. Вычисления будут проведены с использованием ресурсов РЦ «Вычислительный центр» СПбГУ и будут включать в себя ресурсоёмкие расчеты в пределах модельных суперячеек исследуемых систем. Использование подобных ресурсоёмких расчетов
позволит провести максимально реалистичное моделирование изучаемых систем и дефектов в них.

Общий план работы на весь срок выполнения проекта.
1 год
1) Синтез нулевого слоя графена на монокристалле SiC(0001). Подбор параметров интеркаляции монослоя золота под нулевой слой графена (температура интеркаляции, время интеркаляции, кол-во напыленного золота) с целью получения графенового покрытия по всей поверхности и минимизации толщины силицидного слоя. Исследование электронной энергетической структуры и кристаллической структуры синтезированной системы Gr/Au/SiC методами ARPES, XPS, ДМЭ.
2) Интеркалирование монослоя Co, а затем монослоя Au под графен на Au/SiC. Подбор параметров интеркаляции для получения однородного по всей поверхности слоя кобальта. Проведение ARPES, XPS, ДМЭ, СЭМ измерений системы Gr/Au/Co/Au/SiC. Проведение DFT расчетов предполагаемой структуры и сравнение с экспериментом.
2 год
1) Синтез нулевого слоя графена на монокристалле SiC(0001) и интеркаляция монослоя Au. Интеркалирование монослоя Pb под графен на Au/SiC. Подбор параметров интеркаляции для получения однородного по всей поверхности слоя и минимизации толщины силицидного слоя. Проведение ARPES, XPS, ДМЭ, СЭМ измерений структуры Gr/Pb/Au/SiC. Проведение DFT расчетов электронной структуры и сравнение с экспериментом.
2) Изготовление контактов с использованием маски для вакуумого напыления на образцах систем Gr/Au/Co/Au/SiC и Gr/Pb/Au/SiC. Проведение транспортных измерений.
3) Исследование магнитных свойств системы Gr/Au/Co/Au/SiC.
4) Анализ возможного применения синтезированных систем в квантовых устройствах.

Имеющийся у коллектива исполнителей научный задел по проекту.
Коллектив авторов проекта занимается исследованием электронной и спиновой структуры низкоразмерных систем на основе графена, топологических изоляторов, тонких слоев металлов и других систем с сильным спин-орбитальным и обменным взаимодействием в лаборатории электронной и спиновой структуры наносистем СПбГУ под руководством ведущего ученого Е.В. Чулкова. У авторов проекта имеется богатый и успешный опыт изучения электронной и спиновой структуры Дираковского конуса электронных состояний графена и топологических изоляторов и его модификации при магнитном допировании или контакте с тяжелыми металлами. В настоящее время руководитель проекта имеет более 70 публикаций (за последние 5 лет – 31 публикацию) в рецензируемых научных журналах (индекс Хирша=19), а также два патента РФ [1,2], один Евразийский патент [3] и одно свидетельство РФ [4].
Руководитель проекта имеет совместные научные публикации со всеми членами научного коллектива. Основные опубликованные результаты получены авторами проекта с использованием методов фотоэлектронной спектроскопии с угловым и спиновым разрешением, в том числе с использованием синхротронного излучения.
Руководитель проекта и члены научного коллектива имеют опыт участия в научно-исследовательских проектах СПбГУ, грантах РНФ, грантах РФФИ, в том числе в совместных международных грантах РФФИ (Германия, Азербайджан), а также все авторы проекта являлись исполнителями по крупному научному проекту Министерства науки и высшего образования № 075-15-2020-797 (13.1902.21.0024) "Квантовые структуры для посткремниевой электроники" (2020-2022 г.г.) в составе консорциума из пяти ведущих научных организаций (ИФП СО РАН, ИПФ РАН, СПбГУ, НГУ, ИФМ УРО РАН).

Для реализации магнитно-спин-орбитального графена на неметаллической подложке авторами проекта была отработана методика синтеза буферного (нулевого) слоя графена на подложке 6H-SiC(0001) и изучена его электронная структура в широком энергетическом диапазоне с использованием теоретических и экспериментальных методов [5]. Проведено всестроннее исследование интеркаляции атомов магнитного металла Co под буферный слой графена на SiC(0001). Показано, что интеркаляция атомов Co приводит к трансформации буферного слоя в монослой графена. В
результате такого синтеза происходит формирование квазисвободного монослойного графена на магнитном ультратонком слое силицидов кобальта со стехиометрией CoSi/CoSi2. Было обнаружено ферромагнитное упорядочение магнитных моментов в плоскости поверхности синтезированной системы, обусловленное слоем CoSi под графеном. Таким образом, синтезирован квазисвободный графен, контактирующий с магнитной подложкой, и сохраняющий при этом электронную структуру в виде конуса Дирака в области точки К. Полученные результаты являются основой для дальнейшей реализации магнитно-спин-орбитального графена на полупроводниковой подложке и являются важными для будущего применения графена в спинтронике.
Авторами проекта проведен синтез и детальные исследования модификации электронной структуры квазисвободного графена на подложке SiC при адсорбции и интеркаляции атомов Mn [6]. Методами фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением проведено комплексное исследование модификации электронной структуры квазисвободного графена при адсорбции и интеркаляции атомов Mn, а также исследование влияния интеркаляции атомов марганца на электронную структуру графена, сформированного на подложках Au/Co(0001)/W(110) и SiC(0001). Подробное исследование графена на подложке SiC методом спектроскопии комбинационного рассеяния света (КРС) показало, что при интеркаляции такой системы атомами Mn буферный слой остаётся связанным с подложкой, и не происходит его превращения в дополнительный слой графена. Проанализирована вероятность формирования интерфейсных сплавов Mn с атомами подложек. Анализ электронной структуры показал сдвиги конуса Дирака на различных этапах формирования системы, свидетельствующие о переносе заряда с атомов марганца к атомам углерода, а также о
возможном формировании интерфейсных сплавов марганца с атомами подложки. Полученные результаты и отработанные методы синтеза систем на основе графена при контакте с магнитными и благородными металлами, приводящие к его функционализации и модификации его свойств, с успехом могут быть использованы для эффективного применения электронике и спинтронике.
Другое перспективное применение графена было отражено автором проекта в устройстве записи информации для SOT-MRAM [7], где предлагается использовать графен и монослои металлов, которые повышают спин-орбитальное взаимодействие в графене и существенно улучшают рабочие характеристики ячейки запоминающего устройства оперативной памяти типа SOT-MRAM. Память типа SOT-MRAM (магниторезистивная оперативная память с переносом спинового момента) – это активно развиваемая и перспективная технология, позволяющая решить проблемы, с которыми сталкивается существующая память MRAM. Принцип работы SOT-MRAM основан на пропускании электрического тока через материал с большим спин-орбитальным взаимодействием. В результате создаваемый
спиновый ток посредством переносом спинового момента (spin-orbit torque effect) приводит к индуцированной намагниченности магнитного элемента ячейки памяти. Таким образом, для изменения магнитного состояния (т.е. для записи информации) в запоминающей ячейке памяти применяется не внешнее магнитное поле, а спиновый ток и передача спинового момента. Разработанные с участием автора проекта устройства относятся к технологиям хранения информации и квантовых вычислений. Продемонстрирована термическая стабильность системы в реальных условиях, что является стандартным требованием для систем хранения информации CMOS.
Несмотря на значительный вклад проведенных авторами проекта исследований в развитие графеновой наноэлектроники, остается достаточно нерешенных проблем, связанных в первую очередь с эпитаксиальным синтезом слоистых наносистем с заданными свойствами на основе графена и подложки SiC для реализации в них квантовых эффектов. Для этого необходимо проведение тщательных и последовательных поисковых исследований для достижения поставленной цели и прорыва в данной области.
Для работы над проектом планируется привлечение двух аспирантов лаборатории. Тематика работы обоих аспирантов напрямую связаны с исследованием электронной структуры графен-содержащих систем с использованием экспериментальных и теоретических методов. Ерыженков А.В. имеет опыт проведения теоретических расчетов зонной структуры графена и топологических изоляторов с помощью метода функционала плотности и метода сильной связи, принимает активное участие в обсуждении полученных экспериментальных результатов и сравнении их с экспериментом. Гогина А.А. принимает регулярное участие в проведении экспериментальных исследований в лаборатории по изучению систем на основе графена, имеет опыт проведения теоретических расчетов зонной
структуры методом функционала плотности и является автором научных статей.
Благодаря имеющемуся опыту членов научного коллектива по изучению электронной и спиновой структуры низкоразмерных систем и использованию широких экспериментальных возможностей Научного парка СПбГУ и российских научных институтов РАН, обеспечивается успешность проведения научных исследований в рамках проекта, а полученные результаты будут являться надежными и актуальными для развития современной спинтроники.
[1] Патент RU №2585404 C1 "Графеновый спиновый фильтр". Дата выдачи: 06.05.2016. Дата приоритета: 09.04.2015. Авторы: Шикин А.М., Рыбкина А.А., Рыбкин А.Г., Цыганов А.Б., Адамчук В.К.
[2] Патент RU №2677564 "Устройство записи информации для магниторезистивной оперативной памяти". Дата выдачи: 17.01.2019. Дата приоритета: 01.11.2017. Авторы: Шикин А.М., Рыбкина А.А., Рыбкин А.Г., Климовских И.И., Скирдков П.Н.
[3] Евразийский патент № 034307 "Устройство записи информации для магниторезистивной оперативной памяти" Дата выдачи: 27.01.2020 г. Авторы: Шикин А.М., Рыбкина А.А., Рыбкин А.Г., Климовских И.И., Скирдков П.Н.
[4] Свидетельство РФ о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2020610365 "Программа для записи фотоэлектронных спектров (XPS spectra)". Дата регистрации: 13.01.2020. Авторы: научные сотрудники СПбГУ Рыбкин
[5] A. A. Rybkina, S. O. Filnov, A. V. Tarasov, D. V. Danilov, M. V. Likholetova, V. Yu. Voroshnin, D. A. Pudikov, D. A. Glazkova, A. V. Eryzhenkov, I. A. Eliseyev, V. Yu. Davydov, A. M. Shikin, and A. G. Rybkin "Quasi-freestanding graphene on SiC(0001) via cobalt intercalation of zero-layer graphene" Phys. Rev. B 104, 155423 (2021)
[6] A.A. Gogina, A. G. Rybkin, A. M. Shikin, A. V. Tarasov, L. Petaccia, G. Di Santo, I. A. Eliseev, S. P. Lebedev, V. Yu. Davydov, I. I. Klimovskikh Modification of electronic structure of quasi-free-standing graphene via adsorption and intercalation of Mn atoms// JETP. – 2021. – Vol. 132. – No. 6. – С. 906-916.
[7] A. A. Rybkina, A. G. Rybkin, I. Klimovskikh, P. N. Skirdkov, K. A. Zvezdin, A. K. Zvezdin and A. M. Shikin "Advanced graphene recording device for spin–orbit torque magnetoresistive random access memory" Nanotechnology, 31 165201 (2020)