Научные результаты:
- Одним из важнейших достижений коллектива за период с 1 января 2018 года стала серия пионерских исследований электронных и магнитных свойств новых материалов и устройств - ферромагнитных сверхпроводников, низкоразмерных кристаллов топологических изоляторов, магнитных изоляторов, магнитных топологических изоляторов, гибридных систем сверхпроводник/ферромагнетик и сверхпроводник/топологический изолятор на основе тонких пленок, эксфолиированных и PVD синтезированных нанокристаллов, а также сегментированных нанопроводов. Важно отметить, что для исследования электронных свойств низкоразмерных структур были разработаны и отработаны уникальные на мировом уровне технологические и исследовательские методики, позволяющие реализовывать гибридные устройства для применения в криоэлектронике.
- Предсказано и экспериментально продемонстрировано существование первого антиферромагнитного топологического изолятора.
- Обнаружена новая сверхпроводящая мейснеровская и вихревая фаза, обнаружено спонтанное зарождение пары квантовых вихрей в так называемых магнитных сверхпроводниках.
- Впервые продемонстрирована эволюция квантового вихря, индуцированного в несверхпроводящем материале.
- Визуализирована динамика вихрей сверхпроводящих токов, несущих квант магнитного потока в длинных джозефсоновских контактах. На базе исследований предложен способ реализации чуствительного датчика магнитного поля, сверхнизкодиссипативный способ реализации памяти и логического устройства.
- Разработана методика исследования сверхтонких пленок в условиях сверхвысокого вакуума сразу после напыления.
- Исследовано сверхпроводящее состояние в тонкопленочных гибридных бислоях сверхпроводник/ферромагнетик. Подробно изучена структура триплетных корреляций в таких системах. Построена микроскопическая теория магнитоэлектрических эффектов.
- Исследованы возможности применения магнитоэлектрических эффектов в низкодиссипативной спинтронике, в частности, возможности контроля магнитных дефектов и управления ими с помощью сверхпроводящего конденсата. Предсказаны и описаны композитные квазичастицы магнон+триплетные куперовские пары.
- Проведены теоретические исследования магнитоэлектрического эффекта в джозефсоновских контактах через ферромагнетик и антиферромагнетик. Данный эффект играет исключительно важную роль в низкодиссипативной спинтронике, так как он обеспечивает прямую связь между намагниченностью магнетика и фазой сверхпроводящего конденсата. Впервые изучен принципиально новый тип состояния джозефсоновской системы – резистивное состояние в присутствии динамики намагниченности.
- Продемонстрированы широкие перспективы использования магнитоэлектрического эффекта в спинтронике: контроль намагниченности, возможности создания криогенной памяти, управление магнитной анизотропией, электрическое детектирование переворота намагниченности и детальное электрическое детектирование магнитной динамики, новый физический принцип дальнодействующего магнитного взаимодействия через фазу конденсата.
- Исследован потенциал применения гетероструктур сверхпроводник/магнетик в области спиновой калоритроники. Продемонстрировано, что в тонкопленочных гибридных структурах сверхпроводник/(анти)ферромагнетик возможно многократное повышение эффективности термоиндуцированного движения магнитных дефектов, что делает сверхпроводящие гибриды основой новой парадигмы спиновой калоритроники.
- Предсказана контролируемая движением сверхпроводящего конденсата генерация триплетных сверхпроводящих корреляций, которые являются базовым элементом сверхпроводящей спинтроники. На основе данного эффекта предложена концепция джозефсоновского транзистора, управляемого пи-шифтера и фотомагнитного элемента.
- Экспериментальное наблюдение состояния моттовского изолятора.
- Исследование взаимодействия сверхпроводящего и ферромагнитного параметров порядка в железосодержащем высокотемпературном сверхпроводнике EuRbFe4As4.
Внедрение результатов исследования:
Ведется плотная работа с отраслевым институтом Росатома ВНИИА им. Н. Л. Духова, для чего была открыта базовая кафедра «Кафедра фундаментальной и прикладной физики микро- и наноструктур», опирающаяся на лабораторию. Ведутся совместные разработки по направлению криогенной электроники: в частности, разрабатываются криогенные генераторы высоких частот на чипе, циркуляторы на основе магнитных топологических изоляторов, сенсоры и другие квантовые, цифровые и нейроморфные устройства.
Образование и переподготовка кадров:
- Защиты: 4 кандидатские диссертации, 8 выпускных квалификационных работ магистра, 7 выпускных квалификационных работ бакалавра.
-
В лаборатории большое внимание уделяется подготовке молодежи и вовлечению ее в научные исследования. Работая над передовыми и сложными задачами современной физики сверхпроводников, студенты, аспиранты и молодые ученые проводят исследования под руководством ведущих ученых с большим научным опытом в современной хорошо оснащенной лаборатории МФТИ.
-
В течение 2018-2022 гг. сотрудники лаборатории принимали участие в организации и проведении в Москве международных научных мероприятий по направлению исследования лаборатории. В июле 2016 г. была проведена школа для молодых ученых в п. Листвянка (озеро Байкал) на тему «Физика сверхпроводящих гибридных структур». C 31 июля по 3 августа 2018 года сотрудники лаборатории совместно с коллегами из МИСИС и РКЦ организовали и провели в Москве первую международную конференцию по сверхпроводящим квантовым технологиям. 22-27 августа 2022 г. в рамках VIII Евро-Азиатского симпозиума «Тенденции в магнетизме», Казань, совместно с НИТУ МИСиС была проведена 2-я международная школа «Сверхпроводниковые технологии для обработки квантовой информации» Superconducting Quantum Hardware.
-
Ведется непрерывная работа со студентами. Более 20 студентов выполнили свои НИР в лаборатории за отчётный период. Разработано методическое пособие по работе на сканирующем туннельном микроскопе, а также, методическое пособие по Автоматизации физического эксперимента.
Организационные и инфраструктурные преобразования:
- За время существования лаборатории организована замкнутая инфраструктура, обеспечивающая синтез, изготовление и исследование объектов, в которую входит электронная литография на базе ЦКП МФТИ, тонкопленочное напыление методами магнетронного и электронно-лучевого осаждения, сканирующая туннельная микроскопия/спектроскопии при температуре 1 К и в магнитном поле до 3 Т, магнитно-силовая микроскопия при температуре 4 К и в магнитном поле до 9 Т, сверхнизкотемпературные (10 мК) статические (dc) и радиочастотные (rf) исследования в рефрижераторе растворения в магнитных полях до 10 Т.
- Создана инфраструктура для рециркуляции жидкого гелия.
- Проведена серьезная работа по реализации методик и устройств для проведения прецизионных криогенных исследований.
- Ведется работа по разработке квантовых сверхпроводниковых элементов для реализации сверхпроводящих вычислительных устройств.
- Сотрудниками лаборатории разработана и экспериментально опробована методика использования сверхпроводниковых кубитных схем для задач квантовой метрологии: сверхточного измерения магнитных полей, неинвазивного измерения локальной температуры кубитных чипов.
- Разработан ряд уникальных квантовых метрологических алгоритмов на основе квантового алгоритма оценки фазы и методов машинного обучения.
-
В 2021 году, решением ректора и по инициативе нобелевского лауреата сэра Андрея Гейма лаборатория легла в основу нового научно исследовательского центра перспективных методов мезофизики и нанотехнологий МФТИ, руководителем которого стал ведущий научный сотрудник лаборатории к.ф.-м.н. Столяров Василий Сергеевич.
Сотрудничество:
-
Университет Твенте, Нидерланды: совместные исследования, студенческие обмены.
-
Исследователский Центр Юлих, Германия: совместные исследования.
-
Сорбонский Университет, Париж, Франция: совместные исследования, студенческие обмены.
-
Международный Центр Физики, Сан Себаастьян, Испания: совместные исследования.
-
ФГУП «ВНИИА им. Н.Л.Духова», Москва, Россия: совместные исследования, студенческие обмены.
-
МИСиС, Москва, Россия: совместные исследования, студенческие обмены.
-
Институт Физики Твердого Тела РАН, Черноголовка, Московская обл., Россия: совместные исследования.
- Казанский Федеральный Университет, Казань, Россия: совместные исследования, студенческие обмены.
