Исследователи из МИЭМ НИУ ВШЭ и ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» синтезировали многослойные нанопроволоки, чтобы изучить их способность к эффекту гигантского магнитосопротивления. Увеличение этого эффекта позволит повысить точность датчиков в различных измерительных устройствах — компасах, дозиметрах и пр. Результаты опубликованы в статье Structure of Cu/Ni Nanowires Obtained by Matrix Synthesis.
Одно из уникальных свойств искусственных наноструктур — эффект гигантского магнитосопротивления в тонких слоях металлов, который используется в различных электронных устройствах.
Ученые синтезировали многослойные нанопроволоки из меди и никеля, чтобы изучить их свойства, которые зависят от состава и геометрии слоев. «Ожидается, что переход на многослойные нанопроволоки позволит значительно увеличить эффект гигантского магнитосопротивления. На данный момент мы «подбираем» способ синтеза нанопроволок, чтобы там наблюдался этот эффект», — говорит один из авторов статьи, выпускник МИЭМ ВШЭ Илья Долуденко.
Чтобы определить связь между параметрами синтеза и структурой кристаллов, исследователи синтезировали нити разной длины. Длина зависела от количества циклов осаждения: один цикл равен одному слою никеля и одному — меди. Размер определялся при помощи снимков растрового электронного микроскопа. Количество пар слоев соответствовало количеству циклов электроосаждения — 10, 20 и 50.
Если сопоставить длину нанопроволоки с числом слоев, получится, что зависимость длины нанопроволоки от количества циклов не линейна. Средняя длина цепочки из 10 пар слоев-звеньев составила 1.54 мкм, из 20 слоев — 2,6 мкм, из 50 пар — 4.75 мкм. Также все образцы имеют зернистую структуру с кристаллами от 5-20 нм до 100 нм. Крупные и яркие рефлексы принадлежат металлам — никелю и меди. Размытые и мелкие — оксидам меди. Элементный анализ подтвердил чередование слоев никеля и меди по всей структуре. Однако их взаимное расположение может быть различным — перпендикулярно оси нанопроволоки либо под углом. Толщина отдельных звеньев неоднородна и колеблется от 50 до 400 нм в одной цепочке.
По мнению авторов исследования, неоднородность зависит от параметров поры и уменьшается к ее устью. Это приводит к увеличению тока, ускорению осаждения и, следовательно, большей толщине осажденного слоя. Другая возможная причина — различия в концентрации ионов электролита в поре. Этим объясняется нелинейная зависимость между длиной нанопроволоки и количеством слоев, о которой упоминалось выше. Исследование состава отдельных звеньев показало, что медные звенья состоят в основном из меди, никель практически отсутствует. В никелевых звеньях может присутствовать до 20% меди.
Прикладной потенциал полученных нанопроволок заключается в создании более точных и дешевых датчиков контроля движения, скорости, положения, тока и других параметров. Они могут применяться в автомобильной промышленности, при производстве или улучшении уже используемых медицинских и дозиметрических приборов, электронных компасов.