Ученые Института физики Казанского федерального университета определили количественные параметры магнитной подсистемы концептуального функционального устройства на базе графена с адсорбированными атомами железа.

Будущее информационных технологий – cпинтроника претерпевает в настоящее время очередной этап развития благодаря осмыслению совершенно новых подходов в реализации спинтронных устройств на новой материальной базе, созданной на основе графена с магнитными атомами, адсорбированными на поверхности графена (адатомами). Управляемая адсорбция магнитных атомов на поверхности графена открывает новые горизонты в создании инновационных устройств, работа которых основана на возможности селективной манипуляции спинами электронов отдельного атома. Более высокая скорость и меньшее потребление энергии, по сравнению с традиционной электроникой, приведет к кардинальным изменениям в развитии вычислительной техники, систем коммуникаций и улучшению энергоэффективности различных устройств.

«Спиновые транзисторы, использующие спин электронов вместо заряда, являются ключевым элементом спинтроники. Графен с магнитными адатомами может существенно улучшить их работу за счет высокой подвижности электронов и уникальных магнитных свойств. Это обеспечит более быстрые и энергоэффективные переключения между состояниями, увеличивая скорость и снижая энергопотребление вычислительных устройств. Введение магнитных атомов в структуру графена позволяет создавать вычислительные логические элементы с высокой степенью интеграции. Эти компоненты могут работать при комнатной температуре, что является важным преимуществом для практического применения в реальных устройствах», – ввел в курс дела ведущий научный сотрудник НИЛ «Квантовые симуляторы» Института физики Айрат Киямов.

Графен с адсорбированными магнитными атомами представляется перспективным в создании надежных и быстродействующих спиновых элементов памяти по технологии MRAM (магниторезистивная память с произвольным доступом), которая в перспективе обеспечивает высокую скорость записи и чтения данных при минимальном энергопотреблении.

«В области квантовых вычислений, где стабильность и управляемость спиновых состояний являются критическими параметрами, адсорбированные на поверхности графена магнитные атомы могут быть использованы для реализации на их базе квантовых битов, в данном случае массива стабильных молекулярных кубитов», – пояснил доцент кафедры общей физики, руководитель НИЛ «Квантовые симуляторы» Руслан Батулин.

Кроме того, обогащенные магнитными включениями листы графена находят применение в биомедицинских технологиях, таких как магнитно-резонансная томография и адресная доставка лекарственных средств. Высокая магнитная восприимчивость и однородность магнитных свойств подобного материала позволит улучшить диагностику и терапию различных заболеваний.

Опубликованная коллективом авторов научная работа в высокорейтинговом научном журнале European Physical Journal PLUS дает новое представление о возникающем обменном взаимодействии между адсорбированными на поверхности графена магнитными атомами железа и позволяет реализовывать в будущем новые функциональные устройства на базе графена с добавками магнитных атомов.

Ключевую роль в реализации компьютерного эксперимента сыграл инженер кафедры общей физики, младший научный сотрудник НИЛ «Квантовые симуляторы» Максим Кузнецов. Работа выполнена в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет–2030».