Лаборатория квантовой наноспинтроники

Научные результаты:

1. Впервые при комнатной температуре проведено наблюдение второго магнонного звука или волнового переноса энергии и спинового углового момента в квазиравновесном газе магнонов, претерпевающих бозе-эйнштейновскую конденсацию (БЭК) в ферритовой пленке.

2. Предложен способ возбуждения постоянным током квазилинейных и нелинейных автоколебательных режимов намагниченности в нано-щелевом спиновом нано-осцилляторе Холла, использующий геометрию с расширенным зазором. Показано, что квазилинейный режим является стабильным при низких токах возбуждения, тогда как нелинейный режим дополнительно возбуждается при больших токах и становится все более доминирующим с увеличением тока.

3. Разработана технология магнетронного напыления многослойных металлических наноструктур с совершенной структурой слоев и интерфейсов и получены обменно-связанные сверхрешетки [Co₉₀Fe₁₀/Cu]_n с рекордной величиной магнитосопротивления: 83% при комнатной температуре и свыше 160% – при гелиевых температурах. Полученные значения магнитосопротивления являются рекордными для данного состава сверхрешеток.

4. Гигантское СВЧ магнитосопротивление в наноструктурах [CoFe/Cu]_n исследовано в миллиметровом диапазоне длин волн. Измерения выполнены для сверхрешеток с максимальным магниторезистивным эффектом. Определены полевые зависимости коэффициентов пропускания и отражения. Получены рекордно высокие (до 80%) изменения коэффициента передачи.

5. Построена квантовая теория электронного спинового транспорта в проводящих магнетиках, описывающая целый круг новых гальваномагнитных явлений, обусловленных действием на спин электронов проводимости сил, создаваемых пространственно-неоднородными внешними магнитными полями и/или внутренними полями квантового обменного происхождения. Дано описание двух новых спин-транспортных эффектов в проводящих киральных гелимагнетиках: «электрического магнитокирального эффекта Штерна-Герлаха» и «кинетического магнитоэлектрического эффекта Штерна-Герлаха». Определены условия экспериментального наблюдения явления резонансного усиления новых эффектов, получившего название «магнитокиральный кинетический резонанс».

Внедрение результатов исследования:

1. Разработаны магнитные сверхрешетки Ta/NiFeCr/[CoFeNi/CuIn]_n/Ta с эффектом гигантского магнитосопротивления (ГМС) и уникальными свойствами: высоким магнитосопротивлением, низким гистерезисом, высокой линейностью характеристики, низкими полями магнитного насыщения, высокой чувствительностью и температурной стабильностью. В данном классе магниточувствительных наноматериалов разработанные ГМС сверхрешетки по своим функциональным характеристикам превосходят зарубежные аналоги. Партии пластин с напыленными ГМС сверхрешетками были изготовлены и в настоящее время изготавливаются сотрудниками лаборатории в интересах предприятия НПК «Технологический центр» (г. Зеленоград). ГМС сверхрешетки предназначены для создания инновационных изделий магнитоэлектроники.

2. В интересах предприятия НПО автоматики» (г. Екатеринбург) разработаны магнитные сверхрешетки с требуемыми функциональными характеристиками. Полученные магниточувствительные материалы были использованы для разработки интегральных датчиков больших токов в линиях электропередачи.

Организационные и инфраструктурные преобразования:

• На базе лаборатории функционирует центр коллективного пользования «Отдел технологий и диагностики наноструктур», входящий в состав общеинститутского ЦКП «Испытательный центр нано-технологий и перспективных материалов». «Отдел технологий и диагностики наноструктур» имеет в распоряжении уникальное напылительное, исследовательское и литографическое оборудование, необходимое для проведения работ в области нанотехнологии.
• Отдельные единицы оборудования лаборатории входят в состав ЦКП «Физико-технологическом инфраструктурный комплекс» (ФТИК) ИФМ УрО РАН, который выполняет работы для структурных подразделений ИФМ УрО РАН, институтов РАН, других научных и образовательных организаций, промышленных предприятий, индивидуальных предпринимателей и иных лиц, которые проводят научные исследования в области разработки новых материалов и современных технологий.

Образование и переподготовка кадров:

• Сотрудниками лаборатории были прочитаны курсы лекций в ФГАОУ ВО «УрФУ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина» по темам: «Дополнительные главы физики», «Электродинамика и механика сплошных сред», «Физическая кинетика», «Квантовый транспорт в наноструктурах».
• Защиты: 1 кандидатская диссертация, 1 докторская диссертация.
• Разработаны образовательные курсы для российских вузов, в первую очередь для Уральского федерального университета.
• На базе лаборатории студентами УрФУ подготовлены 4 бакалаврских и 2 магистерских  работы.
• Результаты работы сотрудников Лаборатории квантовой наноспинтроники и исполнителей мегагранта неоднократно были отмечены первой премией на ежегодной сессии докладов лучших достижений Института физики металлов имени М. Н. Михеева УрО РАН.

Сотрудничество:

Совместные исследования, подготовка научных статей и выполнение работ в рамках хозяйственных договоров проводились со следующими организациями:

• Institute for Applied Physics and Center for Nanotechnology, University of Muenster, Germany;

• Max-Planck-Institut für Festkörperforschung, Germany;

• Radboud University, Institute for Molecules and Materials, Netherlands;

• Department of Physics, Emory University, USA;

• Институт физики имени Л. В. Киренского СО РАН, Россия;

• Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт", Россия;

• Объединенный институт ядерный исследований, Россия;

• Институт физики микроструктур РАН, Россия;

• Институт электрофизики УрО РАН, Россия;

• Институт кристаллографии имени А.В. Шубникова РАН, Россия;

• Сибирский федеральный университет, Россия;

• МИРЭА - Российский технологический университет, Россия;

• Институт химии твердого тела УрО РАН, Россия;

• Центральный научно-исследовательский технологический институт, Россия.

• Институт теплофизики УрО РАН, Россия;

• Научно-производственное объединение автоматики имени академика Н.А. Семихатова, Россия;

• ФГБУ НПК "Технологический центр", Россия.