Инженер отдела лазерной физики и нанотехнологий Института высоких технологий ИРНИТУ Алина Кузьмина в октябре успешно защитила кандидатскую диссертацию, которая посвящена исследованию структуры и свойств тонкоплёночных разбавленных магнитных полупроводников на основе оксида цинка. Эти материалы представляют интерес для создания устройств спиновой электроники.
Защита состоялась на базе Физического факультета Иркутского государственного университета. Оппонентами соискателя выступили директор Института физики им. Л. В. Киренского СО РАН (г. Красноярск) Дмитрий Балаев и доцент кафедры радиофизики и радиоэлектроники Иркутского государственного университета Андрей Семенов.
Работу над кандидатской диссертацией Алина Кузьмина проводила, обучаясь в аспирантуре на кафедре квантовой физики и нанотехнологий ИРНИТУ. Под руководством к.ф.-м.н. Александра Шнейдера, возглавляющего в Иркутском «политехе» отдел синтеза наноструктур, она занималась исследованиями в области спиновой электроники (спинтроники). Это относительно новое и стремительно развивающееся научное направление, образовавшееся на стыке физики магнетизма, оптоэлектроники и микроэлектроники, которое изучает магнитные и магнитооптические взаимодействия, а также квантовые магнитные явления в структурах нанометрового размера. Спинтроника открывает широкие возможности для создания приборов нового поколения – магниторезистивной памяти, квантовых компьютеров, спиновых транзисторов и вентелей, магнитных сенсоров, оптических систем и пр.
Одними из важных материалов для таких приборов могут являться тонкоплёночные разбавленные магнитные полупроводники (РМП) на основе оксида цинка, синтезированные методом импульсного лазерного осаждения. Отметим, что оксид цинка обладает уникальным сочетанием электрических, магнитных и оптических свойств, а также высокой технологичностью.
По мнению Алины, для того, чтобы начать массовое производство спинтронных устройств, функционирующих в тесном контакте с существующими полупроводниковыми приборами, необходимо иметь чёткое представление о структуре тонкоплёночных РМП, а также об их электрических, магнитных, магнитотранспортных и магнитооптических свойствах под действием внешних условий: давления, магнитных полей, температуры, влажности и т.д. Изучению этих свойств и посвящена кандидатская диссертация.
Как рассказала Алина, существенную часть экспериментов она выполнила в лабораториях ИРНИТУ, которые располагают широкой современной приборной базой. Для проведения опытов были использованы установка для определения физических свойств материалов PPMS 9000, растровый электронный микроскоп Jib–Z4500, рентгеновский дифрактометр XRD-7000, атомно-силовой микроскоп Solver P47H и др.
Кроме того, будучи аспиранткой, она получила ряд важных научных результатов в период прохождения стажировок в Гонконгском университете науки и технологии (HKUST), Институте проблем лазерных и информационных технологий РАН (ИПЛИТ РАН) и МГУ им. М.В. Ломоносова. Стажируясь, А. Кузьмина изучала особенности и закономерности изменения структуры и свойств тонких плёнок ZnO, легированных кобальтом, марганцем и литием (при внедрении примесей различных концентраций). По результатам стажировок Алине в соавторстве с сотрудниками принимающих организаций удалось опубликовать две научные статьи в высокорейтинговых изданиях Web of Science.
Следует отметить наиболее значимые результаты диссертации А. Кузьминой. В ходе исследований было установлено, что ферромагнетизм при комнатной температуре в тонких пленках ZnO, легированных кобальтом, имеет кластерную природу. Также автор диссертации обнаружил эффект отрицательного колоссального магнитосопротивления в тонких пленках ZnO, легированных марганцем. Кроме того, Алина Кузьмина разработала методику получения тонких пленок ZnO, легированных литием, которая приводит к смене типа проводимости образцов с электронного на дырочный. При этом дырочная проводимость обладает стабильностью во времени. Разработанная методика основана на кратковременном отжиге пленок в потоках аргона и кислорода с промежуточной закалкой в деионизированной воде.
Молодой физик подчеркнула, что ее исследование носит, прежде всего, фундаментальный характер. Тем не менее, работа обладает и практической значимостью. Синтезированные тонкоплёночные РМП на основе оксида цинка, обладающие низкой шероховатостью поверхностей (1–7 нм), могут быть использованы для создания элементов быстродействующих устройств спинтроники. По информации автора, ее работа может заинтересовать руководство организаций, специализирующихся на синтезе оксидных материалов для полупроводниковой индустрии. Среди них российские предприятия ООО «Элмос», ООО «Изовак», ОАО «Полема» и ООО «Элитех». Результаты исследований можно использовать в процессе подготовки студентов, обучающихся по специальностям «Электроника и наноэлектроника», «Нанотехнологии и микросистемная техника».
А. Кузьмина планирует продолжить исследования в области спинтроники. В частности, ее интересует направление, связанное с получением пленок на основе таких полупроводников, как арсенид галия и оксид индия-олова.
Ольга Балабанова
