Основные научные достижения 2024

 Спин-флоп-переход, индуцирующий магнитострикционные и магнитодиэлектрические аномалии в монокристалле a-MnS

Проект гос. задания «Поиск, синтез и исследование новых функциональных магнитных материалов и гибридных структур» (FWES-2024-0001). Руководитель – д.ф.-м.н. Балаев Д.А.

Впервые выполнены исследования намагниченности и магнитострикции монокристалла α-MnS с кубической гранецентрированной решеткой типа NaCl в широком диапазоне температур 4.2–300 К и магнитных полей до 90 кОе. В области температур ниже 130 К в магнитном поле, ориентированном вдоль оси [001], наблюдается скачок намагниченности при достижении критического поля, которое в зависимости от температуры меняется в интервале 50–70 кОе. Такое скачкообразное изменение намагниченности представляет собой классический вид спин-флоп перехода, который ранее не наблюдался в кристаллах со структурой NaCl (MnO, NiO и MnS). Показано, что спин-флоп переход происходит в легкой плоскости кристалла типа {111} и обусловлен магнитной анизотропией в этой плоскости.

Спин-флоп переход индуцирует резкие аномалии в полевых зависимостях продольной магнитострикции и диэлектрической проницаемости, наблюдаемые при достижении критического поля. В области спин-флоп перехода обе характеристики достигают необычно высоких значений порядка 10^-3.

Рис. (a) Полевые зависимости намагниченности монокристалла MnS в направлении [100]. (b) Полевые зависимости относительной диэлектрической проницаемости De_r/e_r и продольной магнитострикции l для монокристалла α-MnS.

1. Г.М. Абрамова, А.Л. Фрейдман, С.А. Скоробогатов, А.М. Воротынов, С.М. Жарков, М.С. Молокеев, А.И. Панкрац, Спин-флоп-переход, индуцирующий магнитострикционные и магнитодиэлектрические аномалии в монокристалле α-MnS // ЖЭТФ 165(3), 396 (2024). DOI: 10.31857/S004445102403009X (Impact Factor WoS/Scopus – 1.0/0.989, Q3).

Исследование эффекта кругового дихроизма на плазмонной хиральной метаповерхности

 Проект РНФ-МНТ № 22-42-08003 «Метаповерхности на основе топологически устойчивых таммовских плазмон-поляритонов для беззеркальных лидаров и интеллектуальных телекоммуникаций». Руководитель – д.ф.-м.н. Тимофеев И.В.

В работе численно исследована и экспериментально реализована хиральная метаповерхность, образованная путем сопряжения золотых нанополос и золотых нанокирпичей. Схематическое изображение элементарной ячейки метаповерхности и изображение изготовленного образца, полученное методом сканирующей электронной микроскопии, представлены на рисунке а и b, соответственно. Поворот нанокирпича на 45 градусов приводит к нарушению зеркальной симметрии структуры. В результате на резонансной длине волны свет с левой и правой круговой поляризацией отражается от неё по-разному. Для демонстрации этого эффекта, методом конечных разностей во временной области были рассчитаны спектры отражения метаповерхности (см. рис. с). Видно, что на длине волны 750 нм свет с левой круговой поляризацией полностью поглощается в ней, в то время как свет с правой круговой поляризацией поглощается лишь на 45%. Измеренные спектры отражения структуры представлены на рис. d. Следует отметить, что результаты численного счета и экспериментальные данные дают хорошее согласие. Незначительное смещение резонансной длины волны в синюю область и увеличение коэффициента отражения для света с левой круговой поляризацией обусловлены отклонением формы и размера нанокирпичей. Измеренная величина кругового дихроизма составила 40%.

Рис. Схематическое изображение элементарной ячейки хиральной метаповерхности. P = 250 нм, g = l = 70 нм, w = 190 нм, t_s = 130 нм, t_Au = 200 нм. (b) СЭМ-изображение изготовленного образца. Рассчитанные (с) и измеренные (d) спектры отражения структуры для света с левой (LCP) и правой (RCP) круговой поляризацией.

1. C.-R. Li, Y.-W. Liao, R.G. Bikbaev, J.-H. Yang, L.-H. Chen, D.N. Maksimov, P.S. Pankin, I.V. Timofeev, K.-P. Chen, Selective Plasmonic Responses of Chiral Metamirrors // Nanomaterials 14, 1705 (2024). DOI: 10.3390/nano14211705 (Impact Factor WoS/Scopus – 4.4/4.4, Q1).

Облучатель следящей зеркальной антенны

Проект гос. задания «Разработка и производство новых сверхвысокочастотных устройств, приборов для измерения параметров магнитных полей, устройств на основе тонких магнитных пленок, автоматизированных научных установок и систем магнитной связи» (FWES-2022-0007). Руководитель: к.ф.-м.н. Боев Н.М.

 Разработана новая конструкция облучателя (рис. а) следящей зеркальной антенны с ближнепольным контррефлектором (1), двумя электроприводами (2 и 3) и двумя СВЧ-портами (4). Устройство предназначено для применения в зеркальных антеннах наземных станций спутниковой связи, устанавливаемых на подвижных объектах. Наличие двух электроприводов позволяет осуществлять поляризационное слежение за космическим аппаратом и переключать вид поляризации (линейная или круговая). Устройство было изготовлено и испытано, после чего поставлено на производство. Изготовленные образцы используются в составе отечественных наземных станций космической связи.

a

b

Рис. (a) Модель облучателя следящей антенны. (b) Коэффициент усиления зеркальной антенны диаметром 1.2 м для линейной (5) и круговой (6) поляризаций, расчетное значение коэффициента усиления для эквивалентной антенны при КИП = 0.5 (7).

1. К.В. Лемберг, Н.М. Боев, С.А. Клешнина, Н.О. Сивов, Д.А. Шабанов, Облучатель следящей зеркальной антенны // Патент на изобретение № 2825074, выдан 19.08.2024.

Ориентация нематика полимерной пленкой, 
текстурированной методом штамповой нанолитографии

Составная часть научно-исследовательской работы «Разработка методов изготовления жидкокристаллических ячеек на основе матричных интегральных схем и исследование параметров модуляции фазы света» (Заказчик – ИФП СО РАН). Руководитель – д.ф.-м.н. Зырянов В.Я.

 Предложен и на примере нематика Е7 реализован метод ориентации жидких кристаллов (ЖК) методом штамповой нанолитографии. В качестве ориентирующей пленки был использован фоторезист SU-8, штамповка нанопрофиля проводилась при температуре 65 ºС и 80 ºС. Штамповка при t = 65 ºС приводила к формированию двух серий наноканавок (рис. a, b), в то время как штамповка при более высокой температуре способствует формированию только одной серии наноканавок (рис. c, d). В обоих случаях пленки задают планарную ориентацию директора ЖК с сильной полярной энергией сцепления W_s = 3.67 ± 0.16 10^–4 Дж/м² и нулевым углом преднаклона директора. При этом в образце наблюдаются линейные дефекты структуры ЖК (рис. e), которые устраняются использованием гибридных ориентирующих пленок: SU-8 на одной подложке ЖК ячейки и натертой пленки нейлон-6 на второй подложке. Рассмотренный подход получения ориентирующих пленок может применяться при создании фазовых модуляторов света, а использование SU-8 позволяет эффективно сочетать технологические процессы изготовления управляющей матрицы и ориентации слоя ЖК.

 

Рис. АСМ изображения и профили поверхности пленок SU-8 после УФ-отверждения при температуре 65 ºС (а, b) и 80 ºС (c, d). ПОМ фотография ЖК ячейки в геометрии скрещенных поляризаторов (e). Ориентация поляризаторов показана двойными сплошными стрелками, направление наноканавок на SU-8 обозначено двойной пунктирной стрелкой.

1. М.Н. Крахалев, В.С. Тумашев, В.А. Селезнев, А.И. Комонов, С.В. Мутилин, А.В. Принц, К.А. Фейзер, М.А. Лесной, В.С. Сутормин, А.В. Баранник, О.О. Прищепа, В.Я. Зырянов, Ориентация нематика полимерной пленкой, текстурированной методом штамповой нанолитографии // Жидкие кристаллы и их практическое использование 24(2), 83 (2024). DOI: 10.18083/LCAppl.2024.2.83 (IF Scopus – 0.449, Q4).