Основные достижения 2013 г.

Фильтры с малыми потерями СВЧ мощности в полосе пропускания

Получен в рамках базового проекта II.9.2.1 «Материалы с микро- и наноструктурным упорядочением для нанофотоники, оптоэлектроники и СВЧ -техники».

Разработаны фильтры на миниатюризованных коаксиальных резонаторах [1, 2] и резонаторах на подвешенной подложке с двухсторонним рисунком полосковых проводников по техническому заданию ОАО «Информационные спутниковые системы» им. академика М.Ф. Решетнева (г. Железногорск). Опытные образцы фильтров (рис. 1) изготовлены на ОАО НПП «Радиосвязь» (г. Красноярск). Габариты фильтров почти на порядок меньше аналогов, при этом устройства обладают не только малыми потерями СВЧ мощности в полосе пропускания, но и высокими частотно-селективными свойствами (рис.2).

advt_2014_1.jpg

Рис. 1. Опытные образцы полосно-пропускающих фильтров на миниатюризованных коаксиальных резонаторах (а) и на резонаторах на подвешенной подложке (б).

advt_2013_2.jpg

Рис. 2. Измеренные частотные зависимости прямых (сплошная линия) и обратных (точки) потерь СВЧ мощности опытных образцов фильтров. Здесь (а) и (б) соответствуют рис.1. Штриховые линии показывают контрольные точки и уровни технического задания.

  1. Беляев Б. А., Лексиков А. А., Лексиков Ан. А., Сержантов А. М., Сухин Ф. Г. Коаксиальный резонатор. // Патент РФ № 2449432. БИ № 12, опубликовано 27.04.2012.
  2. Беляев Б. А., Лексиков А. А., Сержантов А. М., Тюрнев В. В., Бальва Я.Ф., Лексиков Ан. А. Полосно-пропускающий фильтр со сверхширокой полосой заграждения на миниатюризованных коаксиальных резонаторах. Радиотехника и электроника. – 2013. – Т.58. – № 2. – С. 127-135.

Руководители: д.т.н. Беляев Б. А., д.ф.-м.н. Зырянов В. Я.
Лаборатория Электродинамики и СВЧ электроники
Лаборатория Молекулярной спектроскопии

Магнитооптические резонансы в core-shell наночастицах Ni, синтезированных ионной имплантацией в приповерхностном слое диоксида кремния

Получен в рамках базового проекта II.9.1.3 «Физические свойства нанокристаллических и низкоразмерных магнетиков».

Впервые исследованы магнитооптические эффекты в наночастицах никеля типа ядро-оболочка, синтезированных с помощью имплантации ионов Ni+ в пластины оксида кремния. Обнаруженные резонансы в спектрах магнитного кругового дихроизма (МКД) объяснены возбуждением в частицах поверхностного плазмонного резонанса с различными энергиями для сплошных частиц и частиц ядро-оболочка. В первом случае энергия резонанса выше и, практически, не зависит от диаметра частиц, во втором случае энергия резонанса значительно ниже и изменяется при изменении отношения радиусов ядра и оболочки.

advt_2013_3.jpg advt_2013_4.jpg

 

Рис. 1. Спектры МКД для разных доз имплантации. Рис. 2. Электрическое поле в центре частицы в зависимости от отношения радиусов ядра и оболочки; электронно-микроскопическое изображение частиц; разложение спектра МКД на Гауссовы компоненты.

 

  1. Study of morphology, magnetic properties, and visible magnetic circular dichroism of Ni nanoparticles synthesized in SiO2 by ion implantation / I.S. Edelman, D.A. Petrov, R.D. Ivantsov, et. al. // Phys. Rev. B. – 2013. – V.87. – P. 115435 (11 pp).
  2. Микроструктура и магнитооптика оксида кремния с имплантированными наноразмерными частицами никеля / И.С. Эдельман, Д.А. Петров, Р.Д. Иванцов, и др. // ЖЭТФ. – 2011. – Т.140. – Вып. 6(12). – С. 1191 – 1202.

 

Руководитель – д.ф.-м.н. Овчинников С. Г. 
Совместно с Физико-Технический Институтом им. Е. К. Завойского РАН,
г. Казань.

Лаборатория Физики магнитных явлений

Теория спин-зависимого транспорта через структуры атомного масштаба с большим числом не эквидистантных уровней

Получен в рамках базового проекта II.9.1.2 «Исследование энергетического спектра, магнитных, сверхпроводящих, кинетических и релаксационных свойств сильно коррелированных материалов, неоднородных сред и наноструктур».

На основе неравновесной диаграммной техники Келдыша при учете процессов многократного рассеяния носителей тока построена теория спин-зависящего транспорта через структуры атомного масштаба с большим числом неэквидистантных уровней энергий. Получены выражение для тока и система кинетических уравнений для неравновесных чисел заполнения состояний структуры. В туннельном режиме вольт-амперные характеристики содержат ступенчатые особенности, а также участки с отрицательной дифференциальной проводимостью.

advt_2013_5.jpg

Рис. 1. Вольт-амперная характеристика магнитной примеси
(на вставке участок с отрицательной дифференциальной проводимостью.


Показано, что процессы неупругого рассеяния электронов на спиновых структурах атомного масштаба приводят к реализации в их транспортных характеристиках эффекта Фано. Резонанс Фано проявляется только при учете спин-флип процессов. Приложение к таким системам внешнего магнитного поля и электрического поля затвора изменяет условия реализации эффекта Фано и индуцирует гигантское магнитосопротивление.

  1. Письма в ЖЭТФ 98, 459 (2013)
  2. ЖЭТФ 143, 984 (2013)
  3. ФНТ 39, 48 (2013).

Руководитель – д.ф.-м.н. Вальков В. В.
Лаборатория Теоретической физики

Новое магнитное состояние на интерфейсе в многослойных пленках системы Co-Ge

Получен в рамках базового проекта II.9.1.1 «Технология, физические свойства и прикладные аспекты новых магнитных и сверхпроводящих материалов, магнитных и гибридных наноструктур».

В многослойных пленках системы Co-Ge обнаружено новое магнитное состояние, формирующееся на границе раздела кобальт-германий, и представляющее собой сплав исходных элементов. При малых толщинах магнитного слоя этот промежуточный слой определяет особенности магнитного поведения (ширина гистерезиса, поле обменного смещения
и пр.). Методом ЯМР обнаружен дополнительный сигнал, который связывается с образованием на интерфейсе сплава Co11Ge1. Установлено, что наряду с кубической гранецентрированной фазой (fcc) кобальта, поведение намагниченности которой описывается функцией Бриллюэна, новая фаза хорошо описывается квадратичной зависимостью от температуры, что характерно для модели Стонера для слабоферромагнитных систем кол-
лективизированных электронов. Такое поведение кобальта не наблюдается, а это значит что, обнаружено новое состояние, которое существует в пленочном состоянии на наноразмерных масштабах.

advt_2013_6.jpg

 

Рис. 1. Температурные зависимости сопротивления пленки с tCo = 10 nm. Режим – ZFC. a – ток в прямом направлении, b – ток в обратном направлении. ZFC – без поля,
FH – в поле H = 1600 Oe. Ток измерения Idc = 3 mA.

Наличие новой фазы ведет к необычному поведению транспортных свойств. Были проведены исследования электрических свойств двухслойных пленок 4х – зондовым методом (см. рис.). Установлено, что при повышении температуры электросопротивление (R) сначала слабо уменьшается, а при ТК ≥ 80 K показывает металлический характер. Поведение R имеет вид подобный тому, что наблюдается на переходах металл-полупроводник с барьером типа Шотки. В области TK на температурной зависимости электросопротивления наблюдается особенность.

  1. Г. С. Патрин, В. К. Мальцев, И. Н. Краюхин, И. А. Турпанов. ЯМР-исследования магнитного состояния кобальта на границе раздела в пленках (Сo/Ge)n. // ЖЭТФ.-2013.-Т.114.-В.6(12).- С.1246-1250.
  2. С. Патрин, И. А. Турпанов, К. Г. Патрин, Е. А. Алексейчик, В. И. Юшков, А. В. Кобяков. Магнитные и электрические свойства двухслойных пленок Ge/Co. // Известия РАН. Серия физическая.- 2014.-Т.78.-№ 1.- С.44-46.

Руководитель – д.ф.-м.н. Волков Н. В.
Лаборатория радиоспектроскопии и спиновой электроники

Твердотельные сверхнекритичные нелинейно-оптические преобразователи частоты на тетраборате стронция для диапазона длин волн , включающего видимую, ультрафиолетовую и вакуумно-ультрафиолетовую (до 121 нм) области спектра

Получен в рамках междисциплинарного интеграционного проекта № 43 «Микро- и наноструктурированные среды для оптоэлектроники и СВЧ-техники».

В нелинейном фотонном кристалле тетрабората стронция (α-SBO) получено непрерывывно перестраиваемое вакуумно-ультрафиолетовое излучение фемтосекундной длительности в диапазоне 170 - 121 нм (рис. 1). Излучение на 121 нм, полученное в ходе данного эксперимента, является самым коротковолновым когерентным излучением, полученным к настоящему времени в твёрдом теле. При преобразовании фемтосекундного излучения инфракрасного диапазона в нерегулярном НФК тетрабората стронция (α-SBO) в геометрии нелинейной дифракции Черенкова в спектрах генерируемого излучения обнаружен сдвиг положения максимума относительно удвоенной центральной частоты накачки, а также сужение по сравнению со спектром накачки.

 

advt_2013_7.jpg

Рис. 1. Нормированные спектры ВУФ излучения, полученного в НФК α-SBO.

Использование оптимальной фокусировки позволяет минимизировать эти эффекты и увеличить коэффициент преобразования, который составил 2.1%. Установлено, что глобальная длительность импульса второй гармоники, генерируемой в процессе нелинейной дифракции, определяется её локальным спектром. Реализовано преобразование излучения фемтосекундного суперконтинуума в ультрафиолетовую область спектра (260 - 305 нм).
Впервые наблюдались случайные осцилляции Мейкера при стохастическом синхронизме. Развитие технологии НФК α-SBO позволит создать цельнотвердотельные источники чвета для замены эксимерных лазеров в нанолитографических установках.

  1. Александровский А.С., Вьюнышев А.М. Особенности неколлинеарного параметрического преобразования фемтосекундных импульсов в нелинейных фотоннокристаллических структурах тетрабората стронция. В сб. монографии: Метаматериалы и структурно организованные среды для оптоэлектроники, СВЧ-техники и нанофотоники. Под ред. В.Ф.
    Шабанова, В.Я. Зырянова. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2013. С.56-93.
  2. Vyunishev, A. M., Aleksandrovsky, A.S., Zaitsev, A. I., Zhyzhaev, A. M., Shabanov, A. V. and V. Petrov. Random spectrally resolved Maker fringes // Opt. Lett. 2013. V. 38. № 15 - P. 2691 – 2694.
  3. Aleksandrovsky, A.S., Vyunishev, A. M., Zaitsev, A. I., and Slabko, V.V. Random quasi-phase-matched nonlinear optical conversion of supercontinuum to the ultraviolet. Appl. Phys. Lett. (accepted).
  4. Vyunishev, A. M., Aleksandrovsky, A.S., Zaitsev, A. I., Slabko, Čerenkov, V. V.nonlinear diffraction of femtosecond pulses // JOSA B. 2013. V.30. № 7. - P. 2014–2021.
  5. Trabs P., Noack F., Aleksandrovsky A.S., Vyunishev A.M., Zaitsev A.I., Radionov N.V., and Petrov V. Generation of fs-pulses down to 121 nm by frequency doubling using random quasi-phase-matching in strontium tetraborate. // 9th International Conference “UFO 2013”, Davos. 4-8.03.2013, P.34, Fr2.4.

Руководитель – академик РАН Шабанов В.Ф.
Лаборатория Молекулярной спектроскопии