Физики изучили халькогениды — класс соединений, которые могут менять свою структуру и электрическое сопротивление. Результаты работы были опубликованы в журнале Solid State Communications.

В последнее время ученые ведут активные исследования в области спиновой электроники, принцип устройств которой основывается на магниторезистивном эффекте — способности соединения менять электрическое сопротивление под действием магнитного поля. Чтобы лучше рассмотреть это явление, физики используют специальный класс веществ, халькогениды, и их твердые растворы.

Соединения на основе серы, селена, теллура и 3d-элементов периодической таблицы Д.И. Менделеева носят общее название халькогениды переходных металлов и широко применяются в технических устройствах и в химической промышленности.

Многообразие использования этих соединений обусловлено прежде всего тем, что в них реализуются практически все известные типы магнитного упорядочения и электрической проводимости. Самым «популярным» халькогенидным соединением для исследований стал селенид марганца MnSe, который проявляет полиморфизм — способность существовать в разных кристаллических структурах.

Ранее ученые работали с объемными образцами системы селенида марганца MnSe_1-ХTe_Х, в которой они замещали селен ионами теллура. Благодаря этому кубическая структура стабилизировалась и ученые обнаружили магниторезистивный эффект. В ходе представленной работы авторы перешли к исследованию тонкопленочных поликристаллических образцов системы MnSe_1-ХTe_Х. Физики ожидали, что в пленках проявятся новые эффекты и свойства, нехарактерные для исходных систем. Также они предполагали, что при уменьшении толщины образца до наноразмеров могут произойти фазовые переходы, связанные с изменением симметрии кристаллической и магнитной решеток.

«Наши ожидания оправдались. Мы обнаружили, что переход от объемных образцов твердых растворов к тонкопленочной системе MnSe_1-ХTe_Хприводит к появлению свойств полиморфизма и обнаружению магниторезистивного эффекта», — рассказала соавтор статьи, научный сотрудник Института физики имени Л.В Киренского СО РАН и Института инженерной физики и радиоэлектроники Сибирского федерального университета Оксана Романова.

В ходе работы ученые использовали новый метод синтеза объемных и наноразмерных тонкопленочных анион-замещенных халькогенидных соединений на основе MnSe. Использование этого метода позволяет с некоторой долей предсказуемости получать вещества с необходимыми характеристиками для нужд микроэлектроники и химии. Затем авторы провели комплексные исследования структурных, магнитных, кинетических и оптических свойств в широком интервале температур (77 – 800 К) и магнитных полей.

Авторы отмечают, что полученные знания важны для развития фундаментальной физики и техники магнитных полупроводников, а халькогениды марганца являются хорошими модельными объектами для изучения и использования их в различных технических устройствах.

«В дальнейшем мы планируем продолжить заниматься исследованием катион-анионных халькогенидных систем. У нас большой опыт разработки и создания новых магнитных материалов на основе халькогенидов марганца, а также всестороннего изучения их физических свойств, что позволяет проследить особенности проводимости, термоэлектрических и магнитных характеристик», — заключила Оксана Романова.

Работа проходила в сотрудничестве с учеными из Института физики имени Л.В. Киренского СО РАН, Сибирского государственного университета науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева и ГО «НПЦ НАН Беларуси по материаловедению» НАН Беларуси.