В мире высоких технологий, где устройства становятся все меньше, а требования к их скорости и энергоэффективности — все выше, на помощь приходит спинтроника. Эта область науки использует не заряд электрона, а его другую характеристику — спин, что открывает путь к созданию принципиально новой электроники. Ключевую роль в таких устройствах играют магнитные наноматериалы, а именно тонкие многослойные пленки, где особая магия происходит на стыке разных материалов.

Научные сотрудники группы магнитных и спиновых логических процессов и устройств ФИЦ ПХФ и МХ РАН провели исследование, чтобы выяснить, какой из двух благородных металлов — платина (Pt) или палладий (Pd) — лучше подходит для создания перспективных спинтронных устройств. Несмотря на то, что мировые запасы палладия ограничены и его добыча сопряжена с логистическими и политическими сложностями, у него обнаружились уникальные преимущества.

Честный эксперимент: идентичные “бутерброды”

Чтобы сравнение было максимально объективным, ученые вырастили две серии многослойных структур Pt/Co/Ir/Co/Pt и Pd/Co/Ir/Co/Pd с абсолютно идентичными толщинами всех слоев и шероховатостью. Поля переключения намагниченности в них можно было тонко настраивать, меняя толщину слоев кобальта и иридия.

Главные выводы: в чем палладий оказался лучше?

1. Сила на границе. Анализ показал, что на границе раздела Pd/Co возникает более сильное взаимодействие Дзялошинского-Мории (DMI), которое “закручивает” магнитную структуру. Это критически важно для создания стабильных магнитных вихрей-скирмионов. Количественные данные впечатляют: в то время как у других перспективных материалов DMI достигает 1.13 эрг/см², для палладия этот показатель взлетает до 5.6 эрг/см², что свидетельствует о невероятно сильном спин-орбитальном взаимодействии.
2. Контроль магнитных свойств. Исследование магнитного гистерезиса выявило ключевое различие: в структурах с платиной энергия анизотропии была слабее или сравнима с энергией обменного взаимодействия RKKY. А вот в структурах с палладием магнитная анизотропия была значительно выше и доминировала, что дает больший контроль над намагниченностью.
3. Скрытый потенциал: водород и электрическое поле.
   • Палладий известен своей способностью поглощать водород. Это свойство открывает путь к созданию гибридных устройств — например, сверхчувствительных сенсоров концентрации водорода. Изменения в слое палладия при контакте с водородом влияют на магнитные слои, что успешно регистрируется методами магнитометрии и измерения магнитосопротивления.
   • Другое впечатляющее свойство — сильный эффект близости. В тонком слое палладия, прилегающем к кобальту, индуцируется магнитный момент, и этим моментом можно управлять с помощью электрического поля! Это открывает фантастические перспективы для создания энергоэффективной памяти, управляемой напряжением.

А в чем же тогда сила платины?

Не стоит списывать платину со счетов. У нее есть свое важное преимущество — сильный спиновый эффект Холла. Это свойство позволяет платине очень эффективно генерировать спиновый ток для перемагничивания элементов в памятьях типа SOT-MRAM, где она играет двойную роль: создает нужную магнитную анизотропию и служит источником тока.

Вердикт: не конкурент, а альтернатива

Однозначного победителя нет. Палладий — чемпион в устройствах, где нужна сильная DMI-структура (скирмионы) и где можно использовать его уникальные “гибридные” свойства (водородные сенсоры, электрическое управление). Платина остается незаменимой в устройствах, где ключевую роль играет генерация спинового тока. Таким образом, исследование не просто сравнивает два металла, а дает инструмент для осознанного выбора материала под конкретные задачи спинтроники будущего.

Ekaterina I Kunitsyna, Artem D Talantsev, Elizaveta V. Dvoretskaya, Maxim V. Bakhmetiev, Roman B. Morgunov // Platinum or palladium: reasonable choice in spintronic devices // Materials Science and Engineering B: Solid-State Materials for Advanced Technology, том 322, IF=4.6, Q-1

https://doi.org/10.1016/j.mseb.2025.118654