Ученые в России описали свойства кубанита для электроники
Российские ученые впервые подробно описали свойства кубанита, редкого минерала из группы сульфидов меди и железа, которые могут оказаться полезны для электроники. Работа показывает, что один и тот же кристалл сочетает низкую теплопроводность и способность проводить магнитные волны. Это делает кубанит кандидатом для исследований в области энергоэффективных сенсоров, памяти и оптических компонентов.
Исследование провели сотрудники Института геологии и геохимии УрО РАН и Физико-технического института имени Иоффе вместе с коллегами из Института физики имени Киренского, Института экспериментальной минералогии и Кольского научного центра. Проект поддержал Российский научный фонд. Раньше кубанит рассматривали в основном как второстепенную медную руду, теперь к нему появился интерес как к модели для поиска новых функциональных материалов.
Авторы работы сообщают, что тепло в кристалле распространяется по-разному в зависимости от направления. Для микроэлектроники это важный параметр: чем хуже материал проводит тепло и чем точнее можно управлять его отводом, тем меньше потери энергии. По оценке Международного энергетического агентства, дата-центры в 2024 году потребили около 415 ТВт·ч электроэнергии, и значительная часть этих затрат связана с охлаждением вычислительных систем. На уровне чипов та же проблема выражается в перегреве и ограничении плотности компонентов.
Вторая часть результата касается магнонных возбуждений. Речь идет о квазичастицах, через которые в магнитных материалах распространяются спиновые волны. На них строится магноника, близкое к спинтронике направление, где информацию пытаются передавать не потоком заряда, а магнитным состоянием. Такой подход изучают IBM, Intel и несколько европейских центров, поскольку он теоретически позволяет снизить энергопотребление по сравнению с традиционной CMOS-логикой.
Руководитель проекта Елизавета Панкрушина отметила, что даже если кубанит не дойдет до промышленного применения, минерал уже полезен как природный образец с редким набором характеристик. В материаловедении это обычный маршрут: сначала находят соединение с нужным эффектом, затем пытаются воспроизвести его свойства в более технологичном синтетическом аналоге. Схожим образом развивались исследования графена, топологических изоляторов и ряда антиферромагнитных материалов для памяти.
Практический вопрос теперь в том, удастся ли получить стабильные тонкие пленки и понять, как кубанит ведет себя в реальных устройствах, а не только в кристаллах. Именно на этом этапе обычно отсеивается большая часть лабораторных находок. Если результаты подтвердятся, у российских групп появится основа для патентов уже не на минерал, а на новые соединения с тем же набором тепловых и магнитных свойств.
