Коллектив ученых из Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии РАН (Черноголовка), Тамбовского государственного университета имени Державина, Российского квантового центра (Сколково) и Центра фотоники и 2D-материалов МФТИ провел исследование влияния дефицита брома и окисления на свойства полупроводника CrSBr. Результаты, опубликованные в 2025 году, показали, что даже незначительные отклонения в химическом составе материала существенно изменяют его магнитные, механические и оптические характеристики, что имеет ключевое значение для создания наноустройств.

Результаты исследования показали, что

 – Снижение концентрации брома в объемных кристаллах CrSBr приводит к уменьшению критической температуры фазового перехода парамагнетик-метамагнетик с 132 К до 120 К. Этот эффект обусловлен образованием фазы Cr₂S₃, которая сосуществует с основной структурой CrSBr при недостатке Br. Интересно, что рентгенофазовый анализ и Рамановская спектроскопия не всегда фиксируют такие изменения, тогда как магнитные измерения демонстрируют высокую чувствительность к стехиометрическим отклонениям 

 – Метод наноиндентирования выявил, что поверхностный слой CrSBr (до 0,5 мкм) имеет микротвердость на 15–20% ниже, чем объемный материал. При глубине вдавливания более 1 мкм параметры стабилизируются: твердость достигает 3 ГПа, модуль Юнга — 45 ГПа. Это указывает на необходимость учета поверхностных дефектов при проектировании наноэлектронных компонентов.

Монослои CrSBr, полученные механической эксфолиацией, сохраняют оптические свойства, близкие к идеальной кристаллической структуре, несмотря на дефицит брома в исходных объемных образцах. Такая стабильность делает материал перспективным для применения в спинтронике и магнонике, где требуется управление магнитными состояниями с помощью света.

Таким образом, проведенное исследование демонстрирует, что локальные отклонения в составе 2D-материалов могут оказывать глобальное влияние на их функциональность. Контроль стехиометрии и фазового состава CrSBr становится критическим фактором для создания надежных спинтронных устройств. Разработанные подходы могут быть применены к другим слоистым материалам, ускоряя развитие нанотехнологий.

В работе принимали участие исследователи ФИЦ ПХФ и МХ РАН: Денис Гусенков, Максим Бахметьев,  Екатерина Куницына и Роман Моргунов – группа магнитных и спиновых логических процессов и устройств в коллаборации с коллегами из других исследовательских центров:

• Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина, Наноцентр, Тамбов
• Российский квантовый центр, Инновационный городок Сколково, Москва
• Центр фотоники и двумерных материалов, Московский физико-технический институт, Долгопрудный

Gusenkov D.L., Tiurin A.I., Bakhmetiev M.V., Kunitsyna E.I., Chiglintsev E., Tatmyshevskiy M.K., Chernov A.I., Morgunov R.B. // Effect of Bromine Depletion and Oxidization on Magnetic, Mechanical, and Optical Properties of CrSBr Semiconductor. //Journal of Physics and Chemistry of Solids, V.199, p.112589, 2025 Q-2, IF = 4,3

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S002236972500040X