Проект посвящен изучению электронных, магнитных и структурных свойств новейших двумерных Ван-дер-Ваальсовых магнетиков при помощи методов компьютерного моделирования. Особое внимание уделяется оценке возможностей по контролю изучаемых свойств с помощью различных внешних воздействий. Интерес к данному направлению исследований вызван недавним прогрессом в получении однослойных магнитных материалов, имеющих отличные перспективы для использования в качестве основы эффективных устройств спинтроники. Помимо уникальных электронных свойств, присущих большинству представителей семейства двумерных материалов, наличие магнитного упорядочения в данных соединениях позволяет контролировать их электронные, оптические и магнитные свойства с помощью внешнего электрического поля, изменения количества слоев, допирования носителей заряда, использования различных подложек. Несмотря на большую актуальность данного направления в современной физике конденсированного состояния, многие микроскопические механизмы, ответственные за формирование свойств двумерных магнетиков, остаются неизученными. В частности, основной проблемой большинства таких материалов является низкая температура Кюри. Поиск способов её увеличения, а также поиск новых материалов с высоким значением температуры Кюри является достаточно актуальной задачей. В контексте практического применения двумерных магнетиков важную роль играют процессы рассеяния, связанные с электрон-фононным и электрон-магнонным взаимодействием, определяющие их транспортные характеристики, связанные с эффективностью потенциальных устройств. Несмотря на всю важность данных микроскопических характеристик, их изучение представляет собой достаточно сложную многочастичную задачу, нерешенную для двумерных магнетиков. Наконец, представляется интересным изучить поведение двумерных магнетиков на ультракоротких временных интервалах после возбуждения внешними оптическими импульсами. Фундаментальное понимание процессов, происходящих на таких временных масштабах, способно привести к развитию качественно новых технологий спинтроники с низким потреблением энергии. В рамках данного проекта будет сделан значительный теоретический задел по описанным направлениям исследований, связанных с физикой двумерных магнитных материалов, что будет стимулировать новые исследования и развитие технологий.
Ожидаемые результаты.
1) Используя комбинацию первопринципных методов расчета и метода спиновых гамильтонианов будет предложена микроскопическая картина основных электронных и магнитных свойств новейших Ван-дер-Ваальсовых магнетиков. В частности, будет проведено моделирование спиновых корреляционных функций для оценки наблюдаемых характеристик, а также проанализирована возможность контролируемого изменения свойств данных материалов с помощью различных внешних воздействий (магнитное и электрическое поле, подложка, примеси и т.д.).
2) Будет определена природа магнетооптических и оптоэлектронных характеристик рассматриваемых материалов и выявлены способы их контроля. Для этой цели будут разрабатываться эффективные численные методы на основе многочастичной теории.
3) Будут исследованы микроскопические механизмы, определяющие транспортные характеристики двумерных магнетиков. Для оценки электрон-фононных взаимодействий будут применяться первопринципные расчеты в комбинации с модельными подходами, в то время как для оценки электрон-магнонных взаимодействий будут разрабатываться новые численные подходы.
4) В рамках проекта впервые будет выполнено моделирование отклика двумерных магнитных материалов на внешнее импульсное возбуждение на ультракоротких временных отрезках, что заложит основу для проектирования устройств обработки информации нового типа.
Данные результаты являются важными для объективной оценки перспектив использования исследуемых материалов в качестве основы будущих устройств электроники и спинтроники. Для решения поставленных задач предполагается разработка алгоритмов, основанных на использовании технологии нейросетей, что позволит существенно сократить требования по вычислительным ресурсам. В свою очередь, разработка в рамках проекта новых теоретических подходов внесет существенный фундаментальный вклад в развитие исследований двумерных магнетиков.
