Основные достижения 2014 г.

СВЧ фильтры на микрополосковых встречно-штыревых структурах

Получен в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 - 2020 годы» (Руководитель – д.т.н. Беляев Б. А.)

Разработан и исследован новый микрополосковый СВЧ резонатор, проводник которого представляет собой встречно-штыревую структуру, сформированную на диэлектрической подложке. Сравнение собственной добротности разработанного резонатора с зарубежными аналогами на частоте 1 ГГц при одинаковых размерах контура проводников представлены в таблице.

Таблица 1

На основе резонатора созданы многозвенные полосно-пропускающие фильтры для систем связи радиолокации, радионавигации, специальной радиоаппаратуры, которые были изготовлены на ОАО «НПП «Радиосвязь» (г. Красноярск). Фильтры обладают не только рекордной миниатюрностью (размеры резонаторов на два порядка меньше длины волны), но и высокими электрическими характеристиками. На рисунке представлена амплитудно-частотная характеристика четырехзвенного фильтра с центральной частотой полосы пропускания 0.9 ГГц на подложке площадью 4.6´8.5 мм2

Таблица 1

Результат опубликован в статье:

  • Письма в ЖТФ. 2014. Том 40. Вып. 22. С. 52-60.

Тонкие монокристаллические пленки магнитных силицидов для спинтроники

Получен в рамках базового проекта II.9.1.3 «Физические свойства нанокристаллических и низкоразмерных магнетиков» (Руководитель – д.ф.-м.н. Овчинников С. Г.)

Методом молекулярно-лучевой эпитаксии в сверхвысоком вакууме получены тонкие монокристаллические пленки (20 нм) магнитного силицида Fe3Si на подложке Si(111) 7x7 мм. На рисунке показано изображение пленки и подложки в высокоразрешающем электронном микроскопе, на котором видны атомные плоскости как в подложке, так и пленке. Измерения магнитных свойств методом ферромагнитного резонанса выявили рекордно малую ширину линии и и коэрцитивную силу. Создание таких пленок с атомно гладким интерфейсом позволяет решить проблему формирования качественных магнитных наноструктур ферромагнетик/ полупроводник/ ферромагнетик как материалов для спинтроники, в которых все слои будут состоять из кремния и его соединений.

film_2014.jpg

Результат опубликован в следующих статьях:

1. Яковлев И. А. и др. Исследование структурных и магнитных характеристик эпитаксиальных пленок Fe3Si/Si (111). Письма в ЖЭТФ, 99, 610–613 (2014).

2. Badia-Romano L. et al., Thermomagnetic behaviour and compositional irreversibility on (Fe/Si)3 multilayer films. Journal of Magnetism and Magnetic Materials 364, 24-33 (2014).

3. Платунов М. С. и др., Анализ структуры и магнитных свойств интерфейса в многослойных наноструктурах (Fe/Si)N с применением поверхностно-чувствительного метода XMCD. Письма в ЖЭТФ 99, 817–823 (2014).

Управляемые фотонные кристаллы на основе сред с активным рамановским усилением в поле стоячей волны накачки

Получен в рамках базового проекта II.9.2.1. "Материалы с микро- и наноструктурным упорядочением для нанофотоники, оптоэлектроники и СВЧ-техники." (Руководители – д.т.н. Беляев Б. А., д.ф.-м.н. Зырянов В. Я.)

Предложена новая схема оптически индуцированной решетки на основе рамановской нелинейности в поле стоячей волны накачки (Рис.1). В отличие от решетки поглощения в условиях электромагнитно индуцированной прозрачности, рассматриваемая решетка основана на пространственной периодической модуляции рамановского усиления в поле стоячей волны накачки. Показано, что в такой структуре коэффициенты пропускания и отражения могут быть одновременно больше единицы в некоторой полосе частот, а спектр пропускания и отражения можно динамически перестраивать, варьируя интенсивность или частоту поля накачки (Рис.2). Такие структуры представляют интерес для создания полностью оптических диодов, транзисторов и динамически управляемых дифракционных решеток.

foton1_2014.jpg foton2_2014.jpg
Рис.1. Схема рамановского усиления в поле стоячей волны накачки с частотой w1.
w2 - частота пробной (рамановской) волны
Рис.2. Спектры пропускания T (a) и отражения R (b) в зависимости от нормированной частоты Раби поля накачки Ω110. Интенсивность накачки может составлять
1-100 мВт/см2 и меньше.

Результат опубликован в статье:

  • V.G. Arkhipkin, S.A. Myslivets, Raman-induced gratings in atomic media, OPTICS LETTERS, 39, No. 11, 3223- 3226, (2014)

Калорические и мультикалорические эффекты в кислородных ферроиках и мультиферроидных композитах

Получен в рамках базового проекта II.9.2.2 “Экспериментальные и теоретические исследования структуры, физических свойств и фазовых переходов в новых объемных, наноразмерных и наноструктурированных материалах” . (Руководитель – к.ф.-м.н. Зайцев А. И.)

crys_phy_2014.jpgВыполнены приоритетные экспериментальные исследования калорических эффектов разной физической природы в одном материале: сегнетоэлектрике PbTiO3 (PT) (электро- и баро-калорического), ферромагнетике La0.7Pb0.3MnO3 (LPM) (магнето- и баро-калорического) и объемных мультиферроидных композитах сегнетоэлектрик-ферромагнетик xLa0.7Pb0.3MnO3 – (1-x)PbTiO3 (LPM-PT). Установлено, что параллельное использование внешнего гидростатического давления и электрического или магнитного поля приводит к значительному увеличению суммарного интенсивного мультикалорического эффекта при сегнетоэлектрическом и ферромагнитном фазовых переходах. Обнаружен рост калорической эффективности композитов в магнитном и электрическом полях по отношению соответственно к магнитной и электрической компоненте, что обусловлено вкладом барокалорического эффекта, индуцированного давлением, возникающего на границах соприкосновения сегнетоэлектрических и магнитных гранул вследствие их механического взаимодействия. Результаты исследований определяют новое направление в исследовании калорических эффектов при фазовых переходах и совершенствовании твердотельных хладагентов на основе ферроиков и мультиферроиков.

На рисунке представлена зависимость электрокалорического эффекта от электрического поля в PT и композитах LPM-PT.

Результат опубликован в следующих статьях:

  • Флёров И. Н., Михалёва Е. А., Горев М. В., Карташев А. В. Калорические и мультикалорические эффекты в кислородных ферроиках и мультиферроиках // ФТТ. – 2015. – T. 57. – Вып. 3. – С. 421-431.
  • Mikhaleva E., Eremin E., Flerov I., Kartashev A., Sablina K., Mikhashenok N. Magnetization and magnetocaloric effect in La0.7Pb0.3MnO3 ceramics and 0.85(La0.7Pb0.3MnO3)–0.15(PbTiO3) composite // J. Mater. Res. – 2015. – V. 30. – № 2. – pp 278-285.

Характер и степень изменения параметров локального поля и поляризуемости молекул при фазовом переходе смектик-А – смектик-В, а также изменение характера этого перехода в гомологическом ряду

Получен в рамках базового проекта II.9.2.1. “Материалы с микро- и наноструктурным упорядочением для нанофотоники, оптоэлектроники и СВЧ-техники”. (Руководители – д.т.н. Беляев Б. А., д.ф.-м.н. Зырянов В. Я.)

fase_trans_2014.jpg

Зависимость плотности поляризуемости молекул G от анизотропии
диэлектрической проницаемости De µ S в смектических фазах А и В
(темные и светлые символы) для гомологов 2О.2С (1), 3О.2С (2), 4О.3С (3), 8О.3С
(4) и 8О.5С (5) ряда nO.mC при l = 0.5893 мкм.

Для жидких кристаллов гомологического ряда nO.mC с молекулами
H2n+1CnO–áPhñ–CH=N–áPhñ–CH=CH–COO–CmH2m+1 определены компоненты Lj тензора Лорентца и плотность поляризуемости молекул G в смектической-А и кристаллической-В фазах. Установлено, что в обеих фазах величина Lj (G) является линейной (квадратичной, рисунок) функцией параметра ориентационного порядка молекул S, инвариантной (неинвариантной) относительно фазового перехода A–B, который проявляется в виде скачков dLj и dG и усиления зависимости G(S). Удлинение концевых молекулярных цепей и ослабление межслоевой корреляции молекул сопровождаются усилением переходов первого рода A–B и зависимостей G(S) в обеих фазах вместе с ростом dLj и dG. Показано, что изменение dG и зависимость G(S) в B-фазе связаны с изменением конформации ароматических остовов молекул.

Результат опубликован в следующей статье:

  • Аверьянов Е. М. Новые особенности фазового перехода смектик-А-кристалл-В в гомологическом ряду жидких кристаллов // Письма в ЖЭТФ. 2014. Т. 99, № 3. С. 179-184.

 

Взаимосвязь магнитных и диэлектрических свойств монокристаллического PbFeBO4

Получен в рамках выполнения работ по гранту РФФИ № 13-02-00897а "Изучение взаимосвязи магнитных и диэлектрических свойств кристаллов, содержащих ионы со стереоактивной парой электронов". (Руководитель - д.ф.-м.н. Панкрац А. И.)
pbfebo3_1_2014.jpg pbfebo3_2_2014.jpg
Рис. 1. Температурные зависимости магнитной восприимчивости Рис. 2. Аномалии диэлектрических свойств монокристалла PbFeBO4

Методом спонтанной кристаллизации из раствора в расплаве впервые выращены монокристаллы орторомбического PbFeBO4. Магнитные исследования показали, что ниже температуры Нееля TN=114 K он является трехмерным коллинеарным антиферромагнетиком с вектором антиферромагнетизма, направленным вдоль ромбической оси с. При исследовании температурных зависимостей диэлектрической проницаемости в области температуры Нееля обнаружены аномалии диэлектрических свойств, свидетельствующие о взаимосвязи магнитной и электрической подсистем кристалла.

Результат опубликован в следующей статье:

  • A. Pankrats, et al. Magnetic and dielectric properties of the PbFeBO4 single crystal. J. Magn. Magn. Mater., 353 23-28 (2014)

Фотоиндуцированное изменение магнитной восприимчивости 1D-магнетика catena–[FeII(ClO4)2{FeIII(bpca)2}]ClO4 с разноспиновыми ионами железа

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». (Руководитель - д.ф.-м.н Вальков В. В.)

Методом диаграммной техники для операторов Хаббарда вычислен спектр спин-волновых возбуждений анизотропного 1D-магнетика catena–[FeII(ClO4)2{FeIII(bpca)2}]ClO4 (рис. 1) с чередующимися высокоспиновыми и низкоспиновыми ионами железа и установлено соответствие с моделью Изинга. Для этой модели методом трансфер-матрицы точно рассчитана статистическая сумма и найдена магнитная восприимчивость в широком интервале температур и магнитных полей. Введение статистического ансамбля, учитывающего ионы железа с разными спинами, позволило установить, что при оптическом облучении происходит экспериментально наблюдаемая модификация температурной зависимости (рис. 2).

vospr_2014.jpg vospr2_2014.jpg
Рис. 1 a) Кристаллическая и b) магнитная структура одноцепочеч-ного магнетика catena–[FeII(ClO4)2{FeIII(bpca)2}]ClO4

Рис. 2. Модификация температурной зависимости магнитной восприимчивости а) облучения нет: синяя кривая-теория; синие кружки -эксперимент. б) облучение включено: красная кривая-теория; красные кружки - эксперимент.

Результат опубликован в следующей статье:

  • Вальков В. В., Шустин М. С., Письма в ЖЭТФ 100, 510-517 (2014)