Основные научные достижения

Основные достижения 2019 г.

Широкополосный магнитометр слабых магнитных полей на основе микрополоскового резонатора с тонкой магнитной пленкой

Результаты получены совместно по Соглашению № 14.604.21.0179 в рамках Федеральной целевой программы, руководитель – д.т.н. Беляев Б.А., и проекту государственного задания № 0287-2019-0005, руководитель – к.ф.-м.н. Боев Н.М. Результат вошел в число важнейших практических результатов за 2019 год, рекомендованных ОУС СО РАН по физическим наукам в доклад Президенту РФ.

Разработана и исследована новая конструкция магнитометра слабых магнитных полей на основе микрополоскового резонатора с тонкой магнитной пленкой. Датчик является универсальным магнитометрическим устройством и может использоваться при решении широкого круга научно-технических и исследовательских задач, например, при реализации различных методов электромагнитных геофизических исследований, в системах магнитной связи в качестве широкополосной антенны, в оборонной технике, в медицине и в охранной сигнализации. Разработанный датчик имеет малые массу и габариты, является простым и сравнительно дешевым при серийном производстве, при этом он обладает чувствительностью, превышающей более чем на порядок чувствительность известных конструкций тонкопленочных датчиков. Уровень собственных шумов датчика на частоте 1 Гц составляет 10-11 Тл/Гц1/2; на частотах более 102 Гц чувствительность датчика превышает чувствительность лучших феррозондовых преобразователей, а на частотах выше 104 Гц, вплоть до частоты до 106 Гц, уровень шумов снижается до 10-13 Тл/Гц1/2.

 

advt_12019.jpg

Рис. 1. Слева на рисунке фотографии опытной партии разработанных магнитометров слабых магнитных полей и феррозонд английской компании Bartington Mag-13MCL100. Справа – измеренные зависимости уровней собственных шумов разработанных устройств и феррозонда Bartington Mag-13MCL100.

 

  1. Датчик слабых магнитных полей: пат. 2682076 Российская Федерация: МПК7 G01R 33/24, G01R 33/02 / Бабицкий А.Н., Беляев Б.А., Боев Н.М., Изотов А.В., Бурмитских А.В.; заявитель и патентообладатель ФИЦ КНЦ СО РАН.

Спектральный метод определения состояния металл-органического каркаса на основе анализа терагерцовых колебательных мод

Проект государственного задания № 0356-2019-0006 «Физические основы развития новой элементной базы фотоники и СВЧ-электроники» Руководители – д.ф.-м.н. Зырянов В.Я., д.т.н. Беляев Б.А.

Переключаемые металлоорганические каркасы (пористые кристаллы) способны трансформировать свою кристаллическую структуру при внешнем воздействии из плотного, непористого в высокопористое, открытое состояние и наоборот. Подобные материалы имеют высокий потенциал в качестве перспективных сорбентов в системах хранения и разделения газов, различных сенсорах. Механизмы переключения из непористого в высокопористое состояние и обратно, а также факторы, влияющие на наличие этого свойства, являются предметом пристального изучения.
Предложена методика определения состояния структуры металлоорганических каркасов на примере DUT-8(Ni) и DUT-8(Co) (DUT – Dresden University of Technology) по «дыхательной» терагерцовой моде колебаний пор методом спектроскопии комбинационного рассеяния света.

advt_22019.jpg

Рис. 2. Спектры и структура DUT-8. Структура с открытыми порами – 23 см–1, c закрытыми порами 59 см–1 и 46 см–1 для DUT-8(Ni) и DUT-8(Co), соответственно. Большая частота соответствует меньшему размеру пор в закрытом состоянии для структур с различными металлами.

  1. Ehrling S., Senkovska I., Bon V., Evans J. D., Petkov P., Krupskaya Yu., Kataev V., Wulf T., Krylov A., Vtyurin A., Krylova S., Adichtchev S., Slyusareva S, Weiss M.S., Büchner B., Heine T. and Kaskel S., Crystal size versus paddle wheel deformability: selective gated adsorption transitions of the switchable metal–organic frameworks DUT-8(Co) and DUT-8(Ni) // J. Mater. Chem. A. – 2019. – V. 7. – P. 21459-21475. (Impact Factor WoS – 10.733, Q1)

Исследование пространственной структуры биологических макромолекул с помощью синхротронного излучения

Проект государственного задания № 0356-2019-0005 «Физика конденсированного состояния: диэлектрики, магнетики, мультиферроики, сверхпроводники. Синтез, исследование физических свойств, теория» Руководитель – д.ф.-м.н., профессор Овчинников С.Г.

Одной из серьёзных и сложных задач современной молекулярной биологии является определение пространственной структуры органической молекулы, когда монокристаллы отсутствуют. Общепринятым в такой ситуации является метод малоуглового рентгеновского рассеяния (МУРР). Он дает только информацию о распределении зарядовой плотности, но не атомов в молекуле. Мы дополнили метод МУРР методами молекулярного моделирования, что позволило восстановить структуру биомолекулы. Предлагаемый подход был тестирован при определении известной структуры ДНК-аптамера RE31, определённой из рентгеноструктурного анализа. Была получена трёхмерная форма общей электронной плотности молекулы, на основе которой восстановлена атомная структура, а также исследовано изменение конформации молекулы при изменении температуры. Эксперименты МУРР проводились на синхротронах в НИЦ “Курчатовский институт” в Москве и ESRF в Гренобле, Франция.

 

advt_32019.jpg

Рис. 3 Схема методики определения 3D-структуры ДНК-аптамера RE31 к белку тромбину (слева), молекулярный докинг “аптамер-мишень” (справа).

 

  1. Felix N. Tomilin, Roman Moryachkov, Irina Shchugoreva, Vladimir N. Zabluda, Georgy Peters, Mikhail Platunov, Vera Spiridonova, Anastasia Melnichuk, Anastasia Atrokhova, Sergey S. Zamay, Sergey G. Ovchinnikov, Galina S. Zamay, Alexey Sokolov, Tatiana N. Zamay, Maxim V. Berezovski, Anna S. Kichkailo, Four Steps for Revealing and Validating 3D Structure of Aptamers in Solution by Small Angle X-ray Scattering and Computer Simulation //Analytical and bioanalytical chemistry. – 2019. – V. 411. – №. 25. – P. 6723. (Impact Factor WoS – 3.286, Q1)

Восстановление ионов железа в наночастицах оксидов и оксигидроксидов железа при ультразвуковой обработке

Проект государственного задания № 0356-2019-0005 «Физика конденсированного состояния: диэлектрики, магнетики, мультиферроики, сверхпроводники. Синтез, исследование физических свойств, теория» Руководитель – д.ф.-м.н., профессор Овчинников С.Г.

Изучено влияние ультразвуковой обработки на свойства оксидов и оксигидроксидов железа. Исследовались наночастицы ферригидрита, синтезированные микроорганизмами Klebsiella oxytoca, наночастицы ферригидрита, синтезированные химическим методом и наночастицы гематита. Исследования образцов наночастиц проводились с использованием методик просвечивающей электронной микроскопии, мессбауэровской спектроскопии, ферромагнитного резонанса. Для идентификации органической оболочки наночастиц ферригидрита, синтезированных микроорганизмами Klebsiella oxytoca был использован метод инфракрасной спектроскопии. Было показано, что оболочка биогенного ферригидрита состоит из экзополисахаридов. Изучение влияния ультразвуковой кавитации суспензии биоферригидрита показало, что в результате обработки происходит образование металлической фазы α-Fe. Впервые было обнаружено, что восстановление ионов железа до металлического состояния при ультразвуковой обработке происходит только при наличии органической компоненты белка или полисахарида.

 

advt_42019.jpg

 

Рис. 4.  Изображения, полученные с помощью просвечивающего микроскопа и Мессбауэровские спектры наночастиц ферригидрита до (a) и после (b) ультразвуковой обработки.

  1. Stolyar S.V., Bayukov O.A., Yaroslavtsev R.N., Knyazev Yu.V., Ladygina V.P., Gerasimova Yu.V., Iskhakov R.S. Ion Reduction in Iron Oxide and Oxihydroxide Nanoparticles During Ultrasonic Treatment // Advanced Powder Technology. – 2019. – V. 30. – P. 2620-2625.
  2. Способ приготовления металлических наночастиц железа: пат. 2642220 / Столяр С.В., Ладыгина В.П., Баюков О.А., Ярославцев Р.Н., Исхаков Р.С., Добрецов К.Г.; заявитель ФИЦ КНЦ СО РАН, патентообладатели: ФИЦ КНЦ СО РАН, СФУ.

Операции с документом

Основные достижения 2018 г.

Температурная зависимость лондоновской длины, определяемой спин-поляронными фермионами в сверхпроводящей фазе купратов

РФФИ 18-02-00837 «Кинетические и гальваномагнитные свойства спин-поляронного ансамбля в купратных сверхпроводниках». Руководитель – д.ф.-м.н. Дзебисашвили Д.М.

Операции с документом

Основные достижения 2017 г.

Исследование нано-кристаллических частиц и тонких пленок ферромагнитной проводящей халько-шпинели CuCr2Se4

Проект государственного задания «Физика конденсированного состояния: диэлектрики, магнетики, мультиферроики, сверхпроводники. Синтез, исследование физических свойств, теория» Pуководитель – д.ф.-м.н. Овчинников С.Г.

Операции с документом

Основные достижения 2016 г.

Электрокалорический эффект в триглицинсульфате в неравновесных термодинамических условиях

Грант РФФИ 16-42-240428 р_а. Руководитель – д.ф.-м.н. Горев М.В.

Впервые экспериментально реализован метод охлаждения на основе электрокалорического эффекта в периодическом электрическом поле в неравновесных тепловых условиях. Наиболее привлекательным аспектом является гипотетическая возможность реализации системы охлаждения, не требующей тепловых ключей (рис.1).

При стабилизации температуры основания образца Tbot, периодическое электрическое поле вдоль сегнетоэлектрической оси b вызывает появление градиента температуры и теплового потока от «свободного» торца к термостатированному основанию.

 

1_2016.jpg

 

Рис. 1. Схема электрокалорического элемента и зависимости от времени ΔT = Тtop - Tbot в поле Е = 3 kVcm-1 при f = 0.025 Hz (1) и f = 0.008Hz (2). Сплошные линии соответствуют средней разности Тtop - Tbot.

 

Bondarev V.S., Mikhaleva E.A., Gorev M.V., Flerov I.N. Intensive electrocaloric effect in triglycine sulfate under nonequilibrium thermal conditions and periodic electric field // Physica Status Solidi B - 2016. - v. 253, issue 10, p. 2073-2078.

Разработка биомагнитных наноустройств и приборов ранней диагностики и управляемой электромагнитными полями таргетной терапии

Соглашение ФЦП № 14.607.21.0104. Руководитель – к.ф.-м.н. Соколова А.Э.

В результате комплексных междисциплинарных исследований, совместно с ИХХТ и КрасГМУ, созданы технологии получения биомагнитных наноустройств, состоящих из металлических наночастиц иммобилизированных фрагментами одноцепочечных ДНК (аптамерами). Физические свойства наночастиц обеспечивают функциональность данных биомагнитных наноустройств для управляемой электромагнитными полями таргетной терапии (лазерная гипертермия и механическое разрушение раковых клеток в низкочастотном магнитном поле), а использование ДНК- аптамеров обеспечивает адресность воздействия на раковые клетки.

2_2016.jpg

 

Рис. 2. А) Наноконьюгаты наночастиц никеля с осажденными на их поверхности наночастицами золота.

В) Мышка после введения ей бионаноконьюгатов, помещенная в переменное магнитное поле.

С) разрушенные раковые клетки

D) ПЭТ-КТ мыши с использованием метки радиоактивной глюкозы, после сеансов лазерной гипертермии с введением наночастиц золота иммобилизованных ДНК -аптамерами.

 

Разработаны методики и опытный образец аппаратно программного комплекса, на основе дихрометра кругового дихроизма СКД-2МУФ, позволяющие фиксировать следовые количества продуктов жизнедеятельности раковых клеток в биологических жидкостях, а также осуществлять управляемую электромагнитными полями таргетную терапию раковых клеток (рис.2).

 

  1. Zamay Tatiana N., Sokolov Alexey E., Shabanov Alexandr V. et.al // Nucleic Acid Therapeutics. December 2016, ahead of print. doi:10.1089/nat.2016.0634.
  2. Galina S. Zamay, Tatiana N. Zamay, Alexey E. Sokolov et.al //Scientific Reports 6, Article number: 34350 (2016) doi:10.1038/srep34350
  3. P.D. Kim, S.S. Zamay, A.E. Sokolov, et.al// Doklady Biochemistry and Biophysics, 2016, Vol. 466, pp. 66–69.

Операции с документом

Основные достижения 2015 г.

Исследование свойств новой двумерной пленки состава Nb3SiTe6

МФТИ; НИТУ «МИСиС»; Институт биохимической физики РАН, Институт Физики им. Л.В. Киренского, Россия, Tulane University, США.

 1_2015.jpg

Рис. 1 а) снимок образца пленки Nb3SiTe6, б) изображение выбранного участка в атомно-силовом микроскопе; 2L, 5L и 6L – число слоев; вставка показывает высоту би-слоя (~ 1.4nm).

Проведено исследование свойств новой двумерной пленки состава Nb3SiTe6.Результаты исследования опубликованы в высокорейтинговом журнале Nature Physics [1].

Экспериментально и теоретически получено, что при уменьшении толщины пленки в ней появляется эффект слабой антилокализации в магнитосопротивлении, что позволило сделать заключение о подавлении электрон-фононного взаимодействия, вызванного модификацией фононного спектра при переходе от трехмерной к двумерной системе.

1. Nature Physics J. Hu, X. Liu, C. L. Yue, J. Y. Liu, H. W. Zhu, J. B. He, J. Wei, Z. Q. Mao, L. Yu. Antipina, Z. I. Popov, P. B. Sorokin, T. J. Liu, P. W. Adams, S. M. A. Radmanesh, L. Spinu, H. Ji & D. Natelson. Enhanced electron coherence in atomically thin Nb3SiTe6 // Nature Physics. -2015.–V.11.– P.471 – 476. [doi:10.1038/nphys3321].

Со-замещение химической группы и регулирование фотолюминесценции в люминофоре Ca2(Al1-xMgx)(Al1-xSi1+x)O7:Eu2+

University of Science and Technology Beijing; Chongqing University of Posts and Telecommunications, Chongqing, Китай, Институт физики им. Л.В. Киренского; Дальневосточный государственный университет путей сообщения, Россия, Northwestern University, Evanston, Illinois 60208-3113, США

2_2015.jpg

Предложен новый способ поиска новых люминесцентных материалов, использующихся в твердотельных излучателях, экранах, сенсорах, биомаркерах под названием «Стратегия замещения химической группы». Он заключается в замещении структурных блоков, у которых суммарные заряды одинаковы, но компоненты в блоках не обязательно изовалентены. В работе [1], опубликованной в высокорейтинговом журнале (импакт фактор=12,11) дано детальное обсуждение кристаллической структуры и люминесцентных свойств одного из таких соединений Ca2(Al1-xMgx)(Al1-xSi1+x)O7:Eu2+. Предложен механизм, управляющий длиной волны излучения, который надежно подтвержден первопринципными вычислениями и анализом кристаллического поля.

1. Zhiguo Xia, C.-G. Ma, Maxim Molokeev, Quanlin Liu, Karl Rickert, Kenneth Poeppelmeier. Chemical Unit Cosubstitution and Tuning of Photoluminescence in the Ca2(Al1-xMgx)(Al1-xSi1+x)O7:Eu2+ Phosphor. JACS 137(39) (2015) pp.12494-12497.

Влияние электромагнитного излучения на магнитотранспортные свойства структур Fe/SiO2/Si на постоянном токе

Получен в рамках Базового проекта II.9.1.1.

3_2015.jpg

В устройстве выполненном на основе структуры Fe/SiO2/p-Si было обнаружено гигантское изменение фотопроводимости при приложении магнитного поля.

Проводимость может изменяться более чем в 25 раз в магнитном поле величиной в 1 Т. Основной механизм влияния магнитного поля на проводимость сводится к действию сил Лоренца, которые изменяют траектории фотогенерированных носителей заряда, тем самым изменяя скорость их рекомбинации.

N.V. Volkov, at el. // JMMM V. 383, pp. 69–72 (2015).

N.V. Volkov at el. // Journal of Surface Investigation X-ray Synchrotron and Neutron Techniques V. 9(5), pp. 984-994 (2015).

Влияние зарядовых флуктуаций на условия реализации бесщелевой сверхпроводящей фазы с d+id типом симметрии в слоистых материалах с треугольной решеткой

4a_2015.jpg

Нодальные точки сверхпроводящего параметра порядка и контур Ферми без учета межузельных корреляций при различных концентрациях.

4b_2015.jpg

Нодальные точки и контур Ферми при учете межузельных корреляций.

Методом диаграммной техники для операторов Хаббарда для ансамбля сильно коррелированных фермионов на треугольной решетке показано, что формирование бесщелевой сверхпроводящей фазы может происходить только при учете межузельного кулоновского взаимодействия.

Бесщелевая сверхпроводящая фаза представляет интерес при изучении возможности наблюдения майорановских фермионов в спин-синглетных сверхпроводниках с нодальным спектром.

В.В. Вальков и др. Письма в ЖЭТФ 102, 399-404 (2015)

Магнитные и нейтронографические исследования угловых магнитных фаз в системе Pr1-xYxFe3(BO3)4

Получен в рамках базового проекта II.9.1.2

5_2015.jpg

Зависимость угла отклонения магнитных моментов Fe от базисной плоскости в Pr1-хYxFe3(BO3)4

С помощью упругого рассеяния нейтронов и магнитных исследований изучена магнитная структура смешанных кристаллов семейства Pr1-xYxFe3(BO3)4 с диамагнитно разбавленной подсистемой празеодима. В этом семействе кристаллов магнитная структура YFe3(BO3)4 определяется только подсистемой железа, которая характеризуется магнитной анизотропией типа "легкая плоскость" (ЛП). Для описания магнитных характеристик в кристаллах системы Pr1-xYxFe3(BO3)4 использован подход, основанный на модели кристаллического поля для ионов Pr3+ и приближении молекулярного поля. Получено хорошее согласие между экспериментальными и рассчитанными температурными зависимостями магнитной восприимчивости, магнитных моментов ионов железа и угла отклонения моментов от базисной плоскости.

C. Ritter, A. I. Pankrats at el. // Phys. Rev. B, Vol. 91, p. 134416 (2015).

Исследование волноводных свойств одномерных цепочек из сферических и сфероидальных плазмонно-резонансных наночастиц

Получен в рамках базового проекта II.9.2.1.

6_2015.jpg

Рис. 1. Цепочки из (а) – сфер, (b) – вытянутых сфероидов,
(c) – сплюснутых сфероидов

Теоретически исследованы дисперсионные соотношения и волноводные характеристики коротких линейных цепочек из сферических и сфероидальных металлических (Ag) наночастиц (рис. 1). Показано, что цепочки из эквидистантно расположеннных плазмонных наночастиц в форме сплюснутых сфероидов обладают уникальными волноводными характеристиками, позволяющими модулированному оптическому излучениию распространяться на расстояния вплоть до нескольких десятков микрон.

Представляют интерес для задач управления оптическим излучением как функциональные элементы нанофотоники.

Векторный магнитометр слабых низкочастотных и высокочастотных полей

Получен в рамках базового проекта II.9.2.1.

7_2015.jpg

Разработан и исследован высокочувствительный магнитометр слабых квазистационарных и высокочастотных магнитных полей, преобразователем в котором служит резонансная микрополосковая структура, содержащая в качестве активной среды тонкие магнитные пленки, полученные магнетронным распылением пермаллоевой мишени состава Ni75Fe25.

Магнитометр имеет широкий динамический диапазон измеряемых магнитных полей 10-4–102 мкТл и широкий частотный диапазон 10-1–105 Гц.

Бабицкий А.Н., Беляев Б.А. и др. // Письма в ЖТФ. 2015. Т. 41, Вып. 7. С. 36-44.

 

Изучение особенностей спектра пропускания фотонно-кристаллической структуры с нематическим ЖК в режиме электроконвективной неустойчивости

Получен в рамках базового проекта II.9.2.1.

8_2015.jpg

Предложен новый метод управления спектром дефектных мод в мультислойном фотонном кристалле, основанный на индуцированных электрическим полем конвективных процессах в нематическом ЖК, используемом в качестве дефектного слоя. Периодическая пространственная структура конвективных доменов (Рис. 1, a-b) инициирует возникновение в оптическом отклике образца поляризационно-чувствительной рассеивающей компоненты, приводящей к анизотропному снижению амплитуды дефектных мод. Вариация прикладываемого напряжения позволяет плавно регулировать пропускание фотонного кристалла (Рис. 1). Показано также, что в данной структуре коэффициент пропускания сильно зависит от направления поляризации зондирующего излучения, а спектр можно перестраивать, изменяя угол между директором n ЖК и плоскостью поляризации (Рис. 2).

1. Гуняков В.А., Крахалев М.Н., Зырянов В.Я., Шабанов В.Ф. Модуляция интенсивности дефектных мод в фотонной структуре с жидкокристаллическим компонентом на основе управляемого светорассеяния. Письма в ЖТФ 41, 70-78 (2015).

2. Gunyakov V.A., Krakhalev M.N., Zyryanov V.Ya., Shabanov V.F., Loiko V.A., Modulation of defect modes intensity by controlled light scattering in photonic crystal with liquid crystal domain structure. J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. (2015) – in press. (doi: 0.1016/j. jqsrt.2015.11.018).

 

Природа фазовых переходов в аммоний-содержащих оксифторидах (NH4)3VOF5 и (NH4)3VO2F4 в соответствии с данными инфракрасной спектроскопии

Получен в рамках базового проекта II.9.1.2.

9_2015.jpg

ИК-спектры области валентных колебаний V–O ионов VFxO6–x3–
с результатами их деконволюции

Применяя метод инфракрасной Фурье-спектроскопии и основываясь на моделировании колебаний групп [VFxO6-x]3- в рамках полуэмпирического подхода была уточнена локальная симметрия фторкислородных октаэдров в кристаллах (NH4)3VO2F4 и (NH4)3VOF5.

Данные соединения представляют интерес с фундаментальной и прикладной точки зрения т.к. проявляют сегнетоэлектрические и сегнетоэластические свойства.

Радиометрический метод измерения влажности и температуры талой почвы на двух частотах

Получен в рамках базового проекта II.12.1.1.

10_2015.jpg

Предложен новый радиометрический метод измерения профиля влажности и температуры талой, минеральной почвы на основе поляриметрических наблюдений радиояркостной температуры на частоте 1,4 ГГц и 10,7 ГГц.

Показано, что совместное использование спектральных моделей микроволнового радиотеплового излучения и комплексной диэлектрической проницаемости почвенного покрова, позволяет восстановить одновременно влажность и температуру в почвенном покрове в слое 0-5 см, со среднеквадратичным отклонением 0,04 см3/см3 и 3,1°С, соответственно.

Предложенный метод может быть использован для спутникового мониторинга влажности и температуры талой почвы, включая почвы арктической тундры, на основе радиометрических данных космических аппаратов SMOS, GCOM-W1, Метеор-М.

  1. K. V. Muzalevskiy at. el. // Radiophysics and Quantum Electronics, 58. No. 5. 339-349, (2015).
  2. К.В. Музалевский, В.Л. Миронов // Известия вузов. Физика. 58, No8/2, 39–41, (2015).

Операции с документом

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)

Операции с документом

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

Операции с документом

Основные достижения 2012 г.

Диэлектрическая спектроскопия и дистанционная диагностика почвенного покрова и горных пород в радиоволновом диапазоне частот

 

advt_rdz2.jpgadvt_rdz2.jpg

 

Рис. 1. Влажность территории Австралии, определенная спутником SMOS с использованием диэлектрических моделей, созданных: а) в США и б) в ИФ СО РАН.

В Институте физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения РАН создана модель диэлектрической проницаемости почв, которая включена в 2012 г. в состав алгоритма Европейского космического аппарата SMOS и обеспечивает глобальный мониторинг влажности почвенного покрова на основе измерений радиотеплового излучения поверхности Земли. Решение Европейского космического агентства о включении этой модели в состав алгоритма SMOS было принято после двухлетних сравнительных испытаний с конкурирующей моделью, созданной в США.

В качестве иллюстрирующего примера на рис. 1 приведены карты влажности территории Австралии, полученные с помощью спутника SMOS. Отмеченные черным цветом области, на которых алгоритм SMOS не может определить влажность, существенно сокращаются при использовании диэлектрической модели ИФ СО РАН. При этом границы перехода между влажными и сухими участками становятся плавными, что соответствует данным наземных тестовых измерений.

 

Руководитель – чл.-корр РАН Миронов В. Л.
Лаборатория радиофизики дистанционного зондирования

Реализация оптического затвора дипольными модами в фотонно-кристаллических волноводах

advt_tnp1.jpgadvt_tnp2.jpg

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Показано, что дипольные резонансные моды нелинейного керровского дефекта имеют кардинальный эффект на транспортные характеристики фотонно-кристаллических волноводов различных конфигураций, в частности крестового волновода. Существует стабильное решение, в котором входящий свет возбуждает лишь дипольную моду, совместимую с симметрией света. Тогда свет может распространяться лишь в направлении входного света (Рис. a). В линейном случае имел бы место лишь такой режим распространения света. Однако в силу нелинейной связи между дипольными модами нелинейного дефекта, существует также стабильное решение, в котором входящий свет возбуждает обе дипольные моды. В результате возбуждение нечетной дипольной моды индуцирует выходы и в поперечные рукава, как показано на рис. b. При этом выходы в обе поперечные стороны совпадают. Наконец, может реализоваться третий тип решения нелинейных уравнений, в котором выходы в поперечные направления не совпадают, т. е. имеет место нарушение симметрии относительно направления вверх-низ. Эти результаты открывают новую возможность переключателя световых потоков за счет подачи импульсов входного света, которые способны инициировать переходы между различными стабильными решениями.

Кроме того, показано, что вторая дипольная мода может возбуждаться с отставанием по фазе, что приводит к образованию гигантского оптического вихря (представлено на обложке Journal of Optical Society of America B [2]).1. Bulgakov E.N.,

  1. Sadreev A.F. Giant optical vortex in photonic crystal waveguide // Phys. Rev.B. 2012. V.85. P. 165305.
  2. Bulgakov E.N., Sadreev A.F. Symmetry breaking in photonic crystal waveguide coupled with the dipole modes of a nonlinear optical cavity // J. Opt. Soc. Am. B. 2012. V. 29. P.2924.
  3. Bulgakov E.N., Sadreev A.F. All-optical manipulation of light in X- and T-shaped photonic crystal waveguides with a nonlinear dipole defect // Phys. Rev. B. 2012. V. 86. P.075125.

Лаборатория теории нелинейных процессов

Частотно-селективные СВЧ устройства на оригинальных двухмодовых микрополосковых резонаторах

В микрополосковом резонаторе с расщепленным проводником обнаружены четная и нечетная моды колебаний, соотношение резонансных частот которых можно изменять в широких пределах (рис. 1). При этом частота нечетной моды
быстро понижается с увеличением длины щели, а частота четной моды почти не изменяется. В случае, когда частоты мод колебаний совпадают, один такой резонатор заменяет два традиционных резонатора в конструкциях СВЧ фильтров.
На основе исследованного двухмодового резонатора разработаны миниатюрные частотно-селективные устройства, обладающие высокими электрическими характеристиками [Письма в ЖТФ, 2012. Т. 38, № 16. С. 25-33; Письма в ЖТФ, 2012. Т. 38, № 18. С. 31-40] (Рис. 2).

advt_edsvch1.jpg

advt_edsvch2.jpg

Рис. 1. Зависимость резонансных частот двух нижайших
мод колебаний от относительной длины щели, расщеп-
ляющей проводник микрополоскового резонатора.
Рис. 2. Фотографии и АЧХ опытных образцов
частотно-селективных устройств.

 

Лаборатория электродинамики и СВЧ электроники 

Предсказание металлического пояса внутри диэлектрической нижней мантии Земли

advt_fmya1.jpg

В Институте физики им. Л.В. Киренского СО РАН выполнен цикл работ по исследованию электронных и магнитных свойств оксидных материалов при сверхвысоких давлениях более 100 ГПа. Построена фазовая диаграмма магнезиовюстита Mg1-xFexO, в котором давление приводит к металлизации за счет перехода Мотта, и потом дальнейшее увеличение давления приводит к диэлектрическому состоянию за счет спинового кроссовера ионов Fe+2 из высокоспинового в низкоспиновое состояние [1]. Сравнение с распределением температур и давлением по глубине Земли позволило предсказать наличие металлического слоя внутри нижней мантии Земли на глубинах 1400-1800 км [2] (Рис. 1).

  1. Овчинников С.Г. Металлизация и спиновый кроссовер при высоком давлении в магнезиовюстите Mg1-xFexO // Письма в ЖЭТФ. 2011. Vol. 94. P. 210-214.
  2. Овчинников С.Г., Овчинникова Т.М., Дядьков П.Г., Плоткин В.В., Литасов К.Д. Электрические свойства магнезиовюстита (Mg1-xFexO) в условиях нижней мантии Земли // Письма в ЖЭТФ. 2012. T. 96, вып.2. C. 135.

Лаборатория физики магнитных явлений

Прямое наблюдение магнитных подрешеток в ферримагнитных монокристаллах людвигита с помощью рентгеновского магнитного кругового дихроизма

В Институте физики им. Л.В. Киренского синтезированы новые монокристаллы людвигита Co2FeBO5, содержащего разные магнитные ионы кобальта и железа и исследованы их магнитные свойства [Письма в ЖЭТФ, 2012. Т. 96. С. 723-727]. Синхротронные измерения спектров поглощения (XAS) и спектров магнитного кругового дихроизма (XMCD) вблизи L2,3 краев кобальта и железа были выполнены на синхротроне BESSY-2 (г. Берлин). Анализ данных XAS позволил определить валентности ионов Fe+3, Co+2. На рис. 2 показаны результаты элементно-чувствительной магнитометрии - магнитные петли гистерезиса, снятые отдельно от ионов Co и Fe. Видна их противоположная ориентация.

advt_fmya2.jpg

advt_fmya3.jpg

Рис.2. Магнитные петли гистерезиса, снятые
вблизи L2,3 краев поглощения Co, Fe
показывают противоположную ориентацию
подрешеток Co и Fe.

Рис.3. Температурные зависимости моментов для ионов Fe+3,
Co+2 по отдельности. Их разные знаки также указывают на фер-
римагнитный порядок. На вставке показана температурная зави-
симость интегральной намагниченности, полученной с приме-
нением стандартного СКВИД магнитометра.

 

Лаборатория физики магнитных явлений

Механизм формирования микроскопически однородной фазы сосуществования сверхпроводимости и антиферромагнетизма в CeRhIn5

advt_tph.jpgДля редкоземельного интерметаллида CeRhIn5 развита теория, позволившая объяснить сверхпроводящее состояние в окрестности квантовой критической точки, где индуцируется дальний антиферромагнитный порядок. Сосуществование сверхпроводимости (SC) и антиферромагнетизма (AFM) экспериментально наблюдается в отмеченной области в CeRhIn5 и CePt2In7. Показано, что куперовское спаривание и антиферромагнитное упорядочение возникают в результате эффективного взаимодействия, обусловленного процессами гибридизационного смешивания между состояниями коллективизированных электронов CeRhIn5 и высокоэнергетическими состояниями подсистемы ионов церия. Из представленных на рис. 1 зависимостей намагниченности подрешетки R и амплитуды сверхпроводящего параметра порядка  от величины внешнего давления видно, что в левой окрестности Pc (значение давления, при котором происходит квантовый фазовый переход с разрушением антиферромагнитного упорядочения) реализуется микроскопически однородная фаза сосуществования сверхпроводимости и антиферромагнетизма.

  1. Вальков В.В., Злотников А.О. // Письма в ЖЭТФ. 2012. Т. 95, № 7. С. 390-396.

Лаборатория теоретической физики

Упругие, пьезоэлектрические и поляризационные свойства кристалла α-SrB4O7

Методом спектроскопии комбинационного рассеяния измерены частоты колебаний кристаллической решетки кристалла α-SrB4O7 в центре зоны Бриллюэна. В рамках метода функционала плотности вычислены частоты колебания решетки и плотность фононных состояний (рис. 1). В низкоэнергетическом спектре частот до 100 см-1 в собственных векторах колебаний смещаются преимущественно ионы стронция, а смещения ионов кислорода и бора пренебрежимо малы. В спектре колебаний выше 100 см-1 ситуация обратная. Сравнение экспериментальных и расчетных значений показывает удовлетворительное согласие.

Предложена гипотетическая центросимметричная парафаза с пространственной группой симметрии Pnmm, в которой ионы бора разупорядочены по двум равновероятным положениям равновесия в правильной бипирамиде BO5 (Рис. 2), для объяснения наблюдаемой в тетраборате стронция α-SrB4O7 доменной структуры. Предположение о гипотетической неполярной парафазе позволило вычислить в экспериментально наблюдаемой структуре спонтанную поляризацию, величина которой ~114 мкКл/см2 в несколько раз превышает величину поляризации в классическом сегнетоэлектрике типа BaTiO3.

advt_cph1.jpg

advt_cph2.jpg

Рис. 1. Вычисленные полная и частичные
плотности фононных состояний кристалла
α-SrB4O7 в полярной ромбической фазе.
Рис.2. Идеализированная структура кристалла α-SrB4O7:
а) в полярной фазе Pnm21, штрихованными линиями показан
пустой тетраэдр в бипирамиде;
б) два положения иона бора в неполярной фазе Pnmm.

 

Лаборатория кристаллофизики

Высокоэффективная технология получения высших, эндоэдральных фуллеренов

advt_amiv.jpgПоказано, что увеличение давления гелия в диапазоне 0.1–0.4 МПа приводит к увеличению температуры вблизи оси дугового разряда и температурного радиального градиента в плазме дуги. Первое обеспечивает быстрый и эффективный переход вещества в плазменное состояние, а второе - быструю коагуляцию вещества из молекулярного и кластерного состояния, имеющего достаточно хороший разрешенный энергетический спектр излучения, в крупные частицы с неразрешенным спектром излучения. Также это приводит к большему содержанию высших фуллеренов в образующемся углеродном конденсате относительно их общего количества. Увеличение содержания высших фуллеренов с ростом температурного градиента хорошо объясняется более быстрым переходом кластеров из области с высокой температурой в область с низкой температурой. Впервые экспериментально удалось подтвердить, что механизм “shrinking hot giant road of fullerene formation” действительно вносит существенный вклад в процесс образования фуллеренов, т. е. существует необходимость учета не только термодинамической, но и кинетической устойчивости.

 Рис. 1. Хроматограммы фуллереновых смесей, экстрагированных из углеродных саж, полученных при разных давлениях.

Лаборатория аналитических методов исследования вещества

Операции с документом

Основные достижения 2011 г.

Устройство защиты приемника от мощного радиоимпульса

Создана новая конструкция эффективного устройства защиты приемника от мощного радиоимпульса на основе пары невзаимодействующих микрополосковых резонаторов, связь между которыми в рабочей полосе частот осуществляется через третий резонатор с пленочным элементом из высокотемпературного сверхпроводника, находящемся в сверхпроводящем состоянии [1, 2].

Под действием радиоимпульса, мощность которого превосходит некоторый порог, пленочный элемент переходит из сверхпроводящего в нормальное, высокорезистивное состояние, разрушая связь между резонаторами, вследствие чего происходит ограничение мощности на выходе устройства. Устройство отличается от известных решений высокой электрической прочностью благодаря почти полному отражению мощного импульса от входа.

2 АЧХ устройства защиты

Рис. 1 Конструкция микрополоскового защитного устройства – а и зависимость коэффициента связи от зазора между сонаправленными шпильковыми резонаторами. S0 – точка компенсации.

Конструкция микрополоскового защитного устройства

Рис. 2 АЧХ устройства защиты (линии – расчет, точки – эксперимент) в открытом (1, 3) и закрытом (2, 4) состоянии – а. Зависимости выходной мощности от мощности на входе для трех значений ширины узкого участка ВТСП элемента w – б. На вставке фотография устройства.

  1. Беляев Б.А., Говорун И.В., Лексиков А.А, Сержантов А.М. Микрополосковое защитное устройство // Патент России по заявке 2010144740. Решение о выдаче патента от 23.08.2011.
  2. Беляев Б.А., Лексиков А.А, Сержантов А.М., Говорун И.В. Микрополосковое устройство защиты от мощного радиоимпульса с ВТСП элементом // ЖРЭ. – 2011. – № 7. – С. 1-12.

Транспортные свойства гибридных структур Fe / SiO2 / p-Si

advt_3_2011.gifВыполнены исследования транспортных и магнитотранспортных свойств гибридной структуры Fe/SiO2/p-Si на постоянном токе [1]. Особенности транспортных свойств определяются переходом металл-диэлектрик-полупроводник (МДП) с барьером Шоттки, который формируется на границе раздела SiO2/p-Si, рис. 1. Структура обнаруживает магниторезистивный эффект, причем в зависимости от условий (температура, ток смещения) наблюдается либо положительное магнитосопротивление (МС), либо отрицательное, рис. 2. Положительное МС связано с процессами, имеющими место при протекании тока в объеме полупроводника (p-Si), а отрицательное необходимо связывать с тонким инверсионным слоем, который формируется вблизи границы SiO2/p-Si. Не исключе-но, что определенную роль при этом играет ФМ состояние верхнего слоя структуры и спин-зависимое туннелирование электронов через SiO2/p-Si интерфейс.

Исследование импеданса структуры были выполнены в диапазоне частот 20 Гц – 2 ГГц. Обнаружено сильное увеличение магнитоимпеданса при понижении температуры в диапазоне частот 50-200 МГц. Анализ поведения импеданса при изменении температуры, смещения, частоты и магнитного поля позволил разделить вклады в магниторезистивный эффект от разных областей структуры, от типа носителей заряда. Полученные результаты открывают путь к установлению деталей механизмов, отвечающих за особенности транспортных свойств и за влияние магнитного поля на проводимость гибридных структур.

advt_4_2011.gif

Рис. 2. Зависимость эффекта магнитосопротивления от тока. Рис. 3. Температурные зависимости электросопротивления структуры Fe/SiO2/p-Si. Под дейсвитей э/м облучения – красная кривая, без облучения – синяя.

Поиск эффективных путей управления транспортными свойствами гибридных структур привел к обнаружению фотоэлектрического эффекта в Fe/SiO2/p-Si. Изменение сопротивления структуры при облучении может достигать трех порядков, рис. 3. Спектральная зависимость фотоэлектрического эффекта носит пороговый характер ¬– наблюдается только для энергий фотона больше ~ 1 эВ. Механизм влияния облучения определяется генерацией электрон-дырочных пар в полупроводниковой подложке на границе с SiO2.

  1. N.V. Volkov, A.S. Tarasov, E.V. Eremin, S.N. Varnakov, S.G. Ovchinnikov and S.M. Zharkov, Magnetic-field- and bias-sensitive conductivity of a hybrid Fe/SiO2/p-Si structure in planar geometry. Journal of Applied Physics v. 109, 123924 (2011).

Новый метод расчета сверхпроводящего состояния в сверхпроводниках на основе железа

Недавнее открытие нового класса высокотемпературных сверхпроводников с Tc ~ 52 K на основе железа породило множество фундаментальных вопросов о механизме сверхпроводимости в этих слоистых веществах. Поскольку это первый после ВТСП купратов класс сверхпроводников со столь высокими значениями Tc, интерес научного сообщества к ним возник сразу и продолжает расти до сих пор. Это не в последнюю очередь обязано тому, что связь между необычной сверхпроводимостью, реализующейся в данном случае, и магнетизмом, является одной из самых интересных тем в теории твердого тела. Громадный опыт, накопленный при исследовании купратов, позволил в течение всего двух лет после открытия провести высокоточные эксперименты на сверхпроводниках на основе железа. За это же время было выдвинуто множество теорий и гипотез о природе сверхпроводимости в этих веществах. Мы сделали обзор экспериментов и теорий, относящихся к симметрии и структуре сверхпроводящей щели [1].

С точки зрения механизма сверхпроводящего спаривания, как спин-флуктуационные теории, так и ренормгрупповой анализ, являются довольно сложными численными методами. Но поскольку для спаривания важна амплитуда рассеяния в канале частица-частица на Ферми-поверхности, угловую зависимость этой амплитуды можно разложить по тем же гармоникам, что и параметр порядка Δk. Такой метод, LAHA (lowest angular harmonics approximation), разработанный нами, позволяет с помощью ограниченного набора параметров и без привлечения сложных расчётов описать спаривание в сверхпроводниках на основе железа как при малом допировании, так и в случаях экстремального допирования электронами или дырками [2].

Мы исследовали динамическое рассеяние квазичастиц на спиновых и зарядовых флуктуациях в сверхпроводниках на основе железа в 5-орбитальной модели с локальными взаимодействиями [3]. Главный вклад в массовый оператор вычислялся из диаграммы второго порядка с поляризационным оператором, вычисленным в приближении случайных фаз (RPA). Полученный вклад в амплитуду рассеяния оказался очень анизотропным на каждой из поверхностей Ферми. Мы выяснили, что причина анизотропии в импульсной зависимости спиновой восприимчивости и многоорбитальном составе каждой Ферми-поверхности. Совместный эффект анизотропии рассеяния и анизотропии эффективной массы привёл к различию проводимости, коэффициента Холла и наклона кривой рамановской интенсивности для электронов и дырок, что находится в качественном согласии с экспериментом. Мы рассмотрели проблему примесей в двухзонных сверхпроводниках и показали, что в рамках приближения T-матрицы подавление критической температуры сверхпроводящего перехода Tc может быть описано одним параметром. Этот параметр зависит от величин меж- и внутри-зонных примесных рассеяний. Показано, что Tc более устойчиво относительно рассеяния на немагнитных примесях, чем ожидается из теории Абрикосова-Горькова. В зависимости от усредненной величины потенциала спаривания обнаружили два режима: в одном Tc подавляется до нуля, а в другом остаётся конечным независимо от концентрации примесей. Мы выяснили, что единственный сценарий, в котором Tc не уходит в ноль при конечной концентрации примесей, это реализация перехода от s± симметрии к s++.

  1. P.J. Hirschfeld, M.M. Korshunov, and I.I. Mazin, Gap symmetry and structure of Fe-based superconductors, Rep. Prog. Phys. 74, 124508 (2011).
  2. S. Maiti, M.M. Korshunov, T.A. Maier, P.J. Hirschfeld, and A.V. Chubukov, Evolution of the Superconducting State of Fe-Based Compounds with Doping, Phys. Rev. Lett. 107, 147002 (2011).
  3. A.F. Kemper, M.M. Korshunov, T.P. Devereaux, J.N. Fry, H-P. Cheng, and P.J. Hirschfeld, Anisotropic quasiparticle lifetimes in Fe-based superconductors, Phys. Rev. B 83, 184516 (2011).

Магнитосопротивление La0.7Ca0.3MnO3 в условиях неравновесного перегрева носителей

advt_5_2011.gifПроведено экспериментальное исследование вольт-амперных характеристик (ВАХ) поликристаллического замещенного манганита лантана La0.7Ca0.3MnO3 при Т = 77.4 К в магнитных полях до 13 кЭ. На ВАХ (Рис.1) обнаружен участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением выше некоторого порогового значения плотности критического тока j, который, по нашему мнению, вызван неравновесным разогревом газа носителей из-за малой теплопроводности материала манганита. Как следствие нелинейности ВАХ, полевые зависимости электросопротивления ρ(H) (Рис.2) оказываются чрезвычайно чувствительными к величине транспортного тока. В этом случае, зависимости ρ(H) замещенного манганита лантана обладают как обычным отрицательным, так и положительным магнитосопротивлением, что наблюдается впервые.

Зависимости ρ(H) ВАХ La0.7Ca0.3MnO3 при различных значениях плотности тока. А) j = 2-107,5 A/cm2; Б) j = 114-182 A/cm2

Рис. 2. Зависимости ρ(H) ВАХ La0.7Ca0.3MnO3 при различных значениях плотности тока. А) j = 2-107,5 A/cm2; Б) j = 114-182 A/cm2

  1. К.A. Shaykhutdinov, S.V. Semenov, S.I. Popkov, D.A. Balaev, A.A. Bykov, A.A. Dubrovskiy, M.I. Petrov, and N.V. Volkov. Magnetoresistance of substituted lanthanum manganites La0.7Ca0.3MnO3 upon nonequilibrium overheating of carriers, Journal of applied physics 109, 083711 (2011).

Индуцированное примесью сегнетоэлектрическое состояние в кристалле SrTiO3

advt_7_2011.gifПроведен неэмпирический расчет сегнетоэлектрических свойств кристалла SrTiO3, допированного трехвалентными примесями (Sc3+, Ga3+, In3+, Lu3+) и исследовано влияние этого замещения на сегнетоэлектрическую неустойчивость. Получено, что примесь трехвалентного металла, внедренная в позицию двухвалентного иона стронция, стимулирует сегнетоэлектрическое состояние в таких соединениях. Глубина энергетического минимума в полярной фазе зависит как от типа примесного иона, так и от механизма зарядовой балансировки. Более глубокий минимум наблюдается при допировании SrTiO3 легкими ионами скандия, при увеличении номера иона примеси в периодической таблице глубина энергетического минимума уменьшается. Также глубина энергетического минимума в полярной фазе становится меньше при образовании вакансии на позиции иона стронция вместо позиции титана. В какой-то степени такое уменьшение объясняется более сильным притягивающим взаимодействием ионов кислорода и титана при образовании вакансии на стронции.

Наиболее важным результатом расчета является наличие непрерывного минимума на энергетической поверхности (рисунок) в некоторых рассмотренных соединениях: SrTiO3, допированный ионами La3+ и образованием вакансии на позиции титана, и SrTiO3, допированный ионами In3+ и образованием вакансии на позиции стронция при концентрации х = 0.25. Наличие такого энергетического минимума может приводить к безбарьерному вращению вектора поляризации в сегнетоэлектрической фазе, что может иметь важное значение для практического применения сегнетоэлектрических материалов.

  1. Замкова Н.Г., Жандун В.С., Зиненко В.И. Влияние замещения иона Sr2+ трехвалентными ионами (Sc3+, In3+, La3+, Bi3+) на его сегнетоэлектрическую неустойчивость в SrTiO3, ФТТ. – 2011. – T. 53. – Вып. 11. – С. 2175-2184.

Исследование основного состояния, энергетического спектра, кинетических и релаксационных свойств сильно коррелированных материалов, неоднородных сред и наноструктур

Изучен квантовый спин-поляризованный транспорт электрона через потенциальные профили спиновых наноструктур [1]. Спиновая наноструктура формируется из конечного числа атомов, или ионов переходных элементов, обладающих нескомпенсированным магнитным моментом и взаимодействующих между собой посредством гейзенберговской обменной связи. Благодаря этому, в магнитном отношении такая структура ведет себя как спиновый димер, спиновый тример и т.д. Взаимодействие такой системы со спиновым моментом транспортируемого электрона проявляется не только в возникновении дополнительного потенциала, зависящего от взаимной ориентации спиновых моментов у электрона и спиновой наноструктуры, но и в возникновении спин-флип процессов, приводящих к изменению проекций спиновых моментов. Поэтому при транспорте электрона через спиновую наноструктуру могут индуцироваться переходы между основным и возбужденным состояниями наноструктуры, а транспорт превращается из упругого в неупругий. В настоящее время изучение неупругого транспорта через такие системы составляют предмет интенсивных исследований по спин-флип микроскопии.

advt_8_2011.gif advt_9_2011.gif
Рис. 1. Индуцирование магнитным полем пиков при транспорте через спиновую наноструктуру. Рис. 2. Зависимость величины магнитосопротивления спиновой нанострутктуры от напряжения смещения

Показано, что включение магнитного поля приводит к существенному влиянию на транспортные характеристики спин-поляризованного электрона, движущегося через потен-циальный рельеф спиновой наноструктуры. Это проявляется в индуцировании новых окон прозрачности в энергетической зависимости коэффициента прохождения T спин-поляризованного электрона. Существенно, что в этой зависимости наблюдается ряд резонансных особенностей Фано. В случае одиночной магнитной примеси имеет место антирезонанс (T=0), а в случае спинового димера присутствует набор асимметричных пиков, каждому из которых свойственно близкое расположение резонанса (T=1) и антирезонанса (рис. 1). Проявление эффекта Фано в рассмотренных системах связано с интерференцией немагнитного состояния континуума и квазилокализованных магнитных состояний. Влияние магнитного поля на резонансы Фано связано со снятием вырождения по энергии возбужденных триплетных состояний.

Показано, что вскрытый механизм влияния магнитного поля на транспортные характеристики спиновых наноструктур приводит к возникновению аномально высоких значений магнитосопротивления (MR ~ 105%, рис. 2). Существенно, что электрическое поле затвора выступает эффективным механизмом управления резонансами Фано для реализации гигантского магнитосопротивления спиновых наноструктур.

  1. Вальков В.В., Аксенов С.В., ЖЭТФ, Т.140, № 2(8), 2011, стр. 305-316.

Операции с документом

Основные достижения 2010 г.

Операции с документом

Основные достижения 2009 г.

Операции с документом

Основные достижения 2008 г.

Синтез нанокристаллических пленок кобальта с высокой магнитной проницаемостью на СВЧ

Проведены технологические исследования, направленные на получение минимальной ширины линии ФМР ΔH нанокристаллических пленок кобальта при максимальном значении эффективной намагниченности насыщения M0, а также на уменьшение степени магнитных неоднородностей по площади и по толщине образцов с целью достижения в них предельно высокой магнитной проницаемости μ в заданном диапазоне сверхвысоких частот. Измерение эффективной намагниченности насыщения, одноосной анизотропии, коэрцитивной силы и других характеристик локальных участков пленок проводились на сканирующем спектрометре ферромагнитного резонанса в дециметровом диапазоне длин волн. В результате разработана технология химического осаждения пленок с высокой μ [1,2], которые могут использоваться в конструкциях различных управляемых СВЧ-устройств: в перестраиваемых режекторных и полосно-пропускающих фильтрах, фазовых манипуляторах, магнитных антеннах.

Впервые показано, что высокочастотные свойства химически осажденных "рентгено-аморфных" пленок можно существенно улучшить, если при их получении предварительно на подслой палладия осадить буферный немагнитный, но аморфный слой определенной толщины. В качестве буферного слоя может использоваться пленка Ni-P, получаемая также химическим осаждением, но с содержанием фосфора в ней более 7%, когда она становится немагнитной. На рисунке показаны зависимости ширины линии ФМР и эффективной намагниченности насыщения, снятые от толщины немагнитной прослойки δ при фиксированной толщине магнитной пленки d и наоборот.

2008_1_1.gif

Рис. 1.

Разработанная технология позволяет значительно увеличить сверхвысокочастотную магнитную проницаемость образцов за счет уменьшения ширины линии ферромагнитного резонанса и увеличения эффективной намагниченности насыщения. При этом для получения максимального эффекта толщина немагнитной прослойки должна быть не менее 20-30 nm. Оптимальная толщина пленок кобальта в этой технологии, обеспечивающая минимальную ширину линии ФМР, а значит и максимальную магнитную проницаемость образца в дециметровом диапазоне длин волн, попадает в сравнительно широкий интервал ~20-60 nm. Уменьшение магнитной проницаемости с ростом толщины пленки Co связано с проявлением скин-эффекта, поэтому при синтезе образцов на более низкие частоты оптимальная толщина пленки должна увеличиваться пропорционально ~(f )–0.5.

  1. Кипарисов С.Я., Беляев Б.А. Способ получения аморфных магнитных пленок Co-P. Патент РФ № 2306367. БИ № 26, 2007.
  2. Беляев Б.А., Изотов А.В., Кипарисов С.Я., Скоморохов Г.В. Синтез и исследование магнитных характери-стик нанокристаллических пленок кобальта. // ФТТ. – 2008. – Т. 50. – Вып. 4. – С. 650-656.

Лаборатория Электродинамики и СВЧ Электроники

Динамические спин-флуктуационные процессы в проблеме основного состояния сильно коррелированных тяжелых фермионов и купратов

 

В рамках теории электронных систем с сильными корреляциями показано, что динамические спин-флуктуационные процессы как в редкоземельных интерметаллидах с тяжелыми фермионами, так и в купратных сверхпроводниках играют существенную роль при описании их нормальных и сверхпроводящих свойств. Учет спиновых флуктуаций впервые реализован посредством введения аномальных компонент силового оператора, зависящих от мацубаровских частот. Для модели Андерсона, описывающей состояние с тяжелыми фермионами, а также для популярной в теории ВТСП t-t'-t"-J* — модели, учитывающей дальние перескоки и трехцентровые взаимодействия, получена и решена бесконечная система модифицированных интегральных уравнений Горькова, определяющая аномальные компоненты массового и силового операторов. На основе численных расчетов показано, что для редкоземельных интерметаллидов температура перехода в сверхпроводящую s-фазу (такая фаза обнаружена в тяжелофермионном скуттерудите LaFe4P12 (Y. Nakai, et.al., JPSJ, 74, 2005)) значительно изменяется при включении процессов рассеяния на спиновых флуктуациях и достигает наблюдаемых значений (~4K).

В купратных сверхпроводниках влияние динамических спин-флуктуационных процессов на область реализации сверхпроводящей d-фазы оказалось более значительным. На рисунке показаны концентрационные зависимости критической температуры, полученные для двух наборов параметров в различных приближениях. Видно, что динамические процессы спин-флуктуационного рассеяния не только существенно меняют область реализации сверхпроводящей фазы, но и могут приводить к ее значительному подавлению .

2008_2_1.gif

2008_2_2.gif

Рис. 1. Зависимости Tc(n) для двух случаев: пунктир – теория среднего поля; сплошные линии – Tc(n) поведение при учете спин-флуктуационных процессов (J=0.4|t| ).

В предельном случае сильных взаимодействий между спиновыми моментами коллективизированных и локализованных электронов, когда спектр фермиевских возбуждений и магнитная структура CuO2 — плоскости ВТСП материалов хорошо моделируется двумерной решеткой Кондо, исследована природа куперовской неустойчивости в подсистеме спиновых поляронов. Показано, что между этими сложными квазичастицами возникают эффективные взаимодействия, приводящие как к индуцированию куперовской неустойчивости, так и к ее подавлению. Вычисленная концентрационная зависимость критической температуры перехода ансамбля спиновых поляронов в сверхпроводящую фазу показывает, что система спиновых поляронов на 2D- решетке Кондо является реальной альтернативной моделью для описания свойств купратных сверхпроводников.

  1. Вальков В.В., Дзебисашвили Д.М. Спин-флуктуационная ренормировка критической температуры сверхпроводящей s-фазы редкоземельных интерметаллидов // ЖЭТФ, - 2008, - Т.134, - Вып. 4, - С. 791-805.
  2. Вальков В.В., Головня А.А. Влияние спиновых флуктуаций на сверхпроводящую фазу фермионов Хаббарда t-t'-t''-J* - модели // ЖЭТФ, - 2008, - Т.134, - Вып. 6, - С. 1167-1180.
  3. Вальков В.В., Коровушкин М.М., Барабанов А.Ф. Эффективные взаимодействия и природа куперовской неустойчивости спиновых поляронов на 2D решетке Кондо // Письма в ЖЭТФ. ? 2008, - Т.88, - Вып. 6, ? С.426-430.

Лаборатория теоретической физики

Магнитная структура и магнитные свойства ферробората иттрия и ферробората гольмия

 

С помощью упругого рассеяния нейтронов изучены магнитные структуры кристаллов RFe3(BO3)4 (R = Y, Ho). В обоих соединениях обнаружены антиферромагнитные структуры с волновым вектором k = [0, 0, 1/2], возникающая при температурах Нееля 37 К и 38 К для Y и Ho соответственно. В YFe3(BO3)4 во всем исследованном температурном интервале магнитная структура представляет собой ферромагнитно упорядоченные легкие плоскости (a-b) с антиферромагнитным упорядочением соседних плоскостей. Период магнитной структуры удвоен по оси с по сравнению с кристаллической. Такая магнитная структура подтверждается данными антиферромагнитного резонанса.

Более сложная магнитная структура ферробората гольмия HoFe3(BO3)4 обусловлена конкуренцией анизотропных вкладов магнитных подсистем железа и гольмия. Ниже TN магнитная структура (рис. 1а), как и в ферроборате иттрия, является легкоплоскостной, но третья часть ионов Fe3+ имеет ненулевые компоненты магнитных моментов вдоль оси с (красные стрелки). При этом магнитные моменты ионов Ho3+ (желтые стрелки), упорядоченных за счет обменного взаимодействия с ионами железа, также лежат в базисной плоскости. Конкуренция анизотропных вкладов магнитных подсистем приводит к спонтанной спиновой переориентации при ТSR≈5К. Ниже этой температуры магнитные моменты всех ионов железа (красные стрелки на рис. 1б) выстраиваются вдоль оси с, при этом магнитные моменты ионов гольмия (черные стрелки) преимущественно также ориентированы вдоль этой оси, однако часть ионов имеют значительные компоненты в плоскости (a-b).

Установленная магнитная структура HoFe3(BO3)4 подтверждается исследованиями магнитных свойств этого кристалла. Обнаружено, что магнитное поле, приложенное как вдоль ромбоэдрической оси, так и в базисной плоскости, снижает температуру ориентационного перехода. Для обеих ориентаций магнитного поля построены магнитные фазовые диаграммы (рис. 2).

2008_3_1.jpg

2008_3_2.jpg

  1. Ritter C., Vorotynov A., Pankrats A., Petrakovskii G., Temerov V., Gudim I., Szymczak R. Magnetic structure in iron borates RFe3(BO3)4 (R=Y, Ho), a neutron diffraction and magnetization study. J. Phys.: Condens. Matter, - 2008, - v. 20, - p. 365209 (9pp).
  2. Панкрац А.И., Петраковский Г.А., Безматерных Л.Н., Темеров В.Л.. Антиферромагнитный резонанс и магнитная анизотропия в монокристаллах системы YFe3(BO3)4 ? GdFe3(BO3)4. // ФТТ, - 2008, - т. 50, - В. 1, – С. 77-81.

Лаборатория Резонансных Свойств Магнитоупорядоченных Веществ

Исследованы новые электронные переходы в мотовских диэлектриках при высоких давлениях

В ИФ СО РАН совместно с Институтом кристаллографии РАН, Институтом физики высоких давлений РАН и американскими коллегами из Института Карнеги (Вашингтон) и синхротронного центра Аргонской национальной лаборатории исследованы новые электронные переходы в мотовских диэлектриках при высоких давлениях. В монокристаллах BiFeO3 при высоких давлениях в окрестности 50 ГПа обнаружен переход в металлическое состояние по измерениям сопротивления и спиновый кроссовер по данным рентгеновских эмиссионных спектров. Предложен новый механизм перехода Мотта-Хаббарда, индуцированный спиновым кроссовером, (рис. 1). Показано, что спиновый кроссовер термов с S=2 и S=1 индуцирует новый магнитный переход под давлением в окрестности 15 ГПа в монокристаллах Fe3O4, обнаруженный методом рентгеновского кругового дихроизма. Проведено исследование оптических спектров поглощения монокристаллов VBO3 при воздействии высоких давлений до 70 ГПа, создаваемых в камере с алмазными наковальнями. Обнаружен электронный переход в окрестности 30 ГПа, сопровождаемый резким падением края оптического поглощения от 3.02 до 2.25 эВ и изменением оптических свойств образцов (Рис. 2). Величина критического давления, при котором возможен переход в металлическое состояние, оценена равной Pmet ~ 290 ГПа

2008_4_1.gif

Рис. 1. Подавление сильных корреляцией за счет спинового кроссовера для Fe(+3) иона понижает критическое давление мотовского перехода диэлектрик-металл.

2008_4_2.gif

Рис. 2. Скачок края оптического поглощения и энергий возбуждений внутри запрещенной зоны VBO3 при высоком давлении в сравнении с электронным переходом в FeBO3.

  1. Gavriliuk A.G., Struzhkin V.V., Lyubutin I.S., Ovchinnikov S.G., Hu M.Y., Chow P. Another mechanism for the insulator-metal transition in BiFeO3 // Phys. Rev. – 2008. – V. 71, p. 155112.
  2. Овчинников С.Г. Влияние спиновых кроссоверов на переход Мотта-Хаббарда при высоких давлениях // ЖЭТФ – 2008. – Т. 134, №1, С.172-178.
  3. Ding Y., Haskel D., Ovchinnikov S.G., Tseng Y.-Ch., Orlov Yu.S., Mao N-K. A Novel Magnetic Transition in Magnetite Fe3O4 between 12-16 GPa // Phys. Rev. Lett. – 2008. – V. 100, p. 045508.
  4. Гаврилюк А.Г., Казак Н.В., Овчинников С.Г., Любутин И.С. Электронные переходы в монокристалле VBO3 при высоких давлениях // Письма в ЖЭТФ, – 2008. – Т. 88, №11.

Лаборатория физики магнитных явлений

Операции с документом

Основные достижения 2007 г.

Причина аномального усиления электромагнитных полей во фрактальных агрегатах металлических наночастиц и способах управления их локальной структурой

 

В большинстве известных работ проявление необычных электродинамических свойств неупорядоченных агрегатов плазмонно-резонансных наночастиц приписывается исключительно их фрактальной структуре. В работах (Karpov S.V. et al., Phys.Rev.B, 2005, 72, 205425; Karpov S.V. et al., J. Chem. Phys., 2006, 125, 111101) впервые показано, что данный подход требует существенного уточнения, поскольку уникальность физических свойств фрактальных коллоидных структур обусловлена прежде всего локальной анизотропией окружения отдельных частиц другими частицами того же агрегата. Именно эта структурная особенность физических фракталов - их локальная, а не макроскопическая геометрия играет ключевую роль в электродинамических взаимодействиях агрегатов сферических наночастиц с внешними электромагнитными полями.

Нами введены параметры, количественно характеризующие локальную анизотропию [1]. Обнаружена сильная корреляция в пространственном расположении в агрегатах частиц с максимальным значением локальной анизотропии окружения и напряженности локального поля на примере наноагрегатов серебра для видимого диапазона спектра (Рис. 1).

2007_1_1.jpg

Рис. 1. Зависимости от номера частицы фактора локальной анизотропии относительно оси и квадрата локального значения дипольного момента, наведенного полем с поляризацией вдоль той же оси на частицах агрегата (N = 150).

Исследована взаимосвязь между фактором локальной анизотропии (S) и фрактальной размерностью агрегатов D в диапазоне 1.6 < D < 2.8. Обнаружена независимость S агрегатов, а значит и их оптических свойств, от D в широком диапазоне значений (1.6 < D < 2.5) (Рис. 2).

2007_1_2.jpg

Рис. 2. Зависимость локальной анизотропии от фрактальной размерности (D) монодисперсного агрегата, состоящего из N = 500 частиц.

Представлены экспериментальные доказательства взаимообусловленности электродинамических характеристик агрегатов связанных наночастиц и их локального окружения [2]. Реализован непрямой метод регистрации процесса изменения локальной структуры агрегатов с помощью спектров плазмонного поглощения. Предложены и реализованы возможные способы управления локальной структурой агрегатов наночастиц серебра: а) путем сжатия агрегатов, помещенных в полимерную матрицу, при значительном уменьшении ее объема, б) при изменении концентрации водорастворимого полимера в дисперсионной среде, как фактора, влияющего на степень упорядоченности агрегатов.

Полученные результаты послужили основанием для замены термина "оптика фрактальных наноструктур" на более универсальный - "оптика локально анизотропных наноструктур", отражающий физическую картину явлений в данном типе объектов.

  1. Карпов С.В., Герасимов В.С., Исаев И.Л., Подавалова О.П., Слабко В.В. // Коллоид. журн. – 2007. - Т. 69, № 2. - С. 178-189.
  2. Карпов С.В., Герасимов В.С., Грачев А.С., Исаев И.Л., Подавалова О.П., Слабко В.В. // Коллоид. журн. – 2007. - Т. 69, № 2. - С. 190-200.

Лаборатория когерентной оптики

Электронный транспорт через квантовый точечный контакт, возмущаемый периодическим полем

Рассмотрен электронный транспорт через квантовый точечный контакт (КТК), находящийся под действием переменного поля, которое создается потенциальным рельефом двух металлических электродов, расположенных вблизи квантовой проволоки. Постоянная составляющая потенциала отвечает за квантовый точечный контакт и создает квантование проводимости. Нами впервые рассмотрено влияние переменной составляющей потенциала, приложенных к электродам, вида 2007_2_f1.gif на электронный транспорт. Показано, что синфазные колебания потенциала в КТК (θ=0) смазывают квантовые ступени проводимости, в то время как антифазные их смещают.

При θ не равного нулю или π переменный потенциал приводит к эффекту Холла, когда в пробных поперечных контактах, индуцируется поперечный электрический ток (Рис. 1).

2007_2_1.gif

Рис. 1. Зависимость магнетосопротивления от разности фаз и частоты ас потенциалов, приложенных к электродам. Энергия транспортных электронов в волноводе шириной 1 микрон равна 0.1 eV, dc потенциал равен 1 v, амплитуда ас потенциала равна 0.2 v, а его частота равна 1 гигагерцу.

Объяснение появления магнетосопротивления под воздействием переменных потенциалов, приложенных к электродам с разными фазами лежит в следующем. Нами было показано, что задача эквивалентна транспорту электронов в скрещенных статических электрическом и магнитном полях, где эффективное электрическое поле E, пропорциональное частоте переменного поля ω и направлено перпендикулярно плоскости задачи, а эффективное магнитное поле, пропорциональное sinθ, направлено вдоль оси электронного транспорта. Тогда совместное действие статических полей для которых вектор ExH не равен нулю приводит к магнитогальваническому току, направленного перпендикулярного оси транспорта.

  1. A.F. Sadreev and K.I. Davlet-Kildeev, Electron transmission through an ac biased quantum point contact, Phys. Rev. B75, 235309-6 (2007).

Лаборатория теории нелинейных процессов

Физические механизмы гистерезиса магнитосопротивления гранулярных ВТСП

Исследованы температурные зависимости электросопротивления при различных величинах и ориентациях магнитного поля и транспортного тока композитов Y3/4Lu1/4Ba2Cu3O7 + CuO и Y3/4Lu1/4Ba2Cu3O7 + BaPbO3, представляющих сеть джозефсоновских переходов. Ранее было показано, что указанные композиты демонстрируют значительный магниторезистивный эффект при температуре кипения жидкого азота, что перспективно для практического применения ВТСП-композитов в качестве высочувствительных датчиков магнитного поля. В ходе исследований выявлено, что магнитосопротивление указанных материалов чувствительно к взаимной ориентации транспортного тока и магнитного поля. Обнаружено, что зависящее от угла θ между направлением транспортного тока и магнитного поля магнитосопротивление ведёт себя пропорционально sin2θ. Это указывает на то, что композиты на основе ВТСП, представляющие сеть джозефсоновских переходов, способны регистрировать не только величину, но также и вектор магнитной индукции.

С целью исследования гистерезисного поведения магнитосопротивления гранулярных ВТСП и его взаимосвязи с магнитным гистерезисом проведены измерения магнитосопротивления R(H) и критического тока IC(Н) композитов из ВТСП
Y3/4Lu1/4Ba2Cu3O7 и CuO. В таких композитах реализуется сеть джозефсоновских переходов, причём несверхпроводящий ингредиент выступает в качестве барьеров между ВТСП гранулами. Гистерезисные зависимости магнитосопротивления R(H) исследованы в широком диапазоне плотности транспортного тока j и проанализированы в рамках двухуровневой модели гранулярного сверхпроводника, в которой диссипация происходит в джозефсоновской среде, а магнитный поток может закрепляться как в гранулах, так и в джозефсоновской среде. Экспериментально продемонстрирована взаимосвязь между гистерезисом критического тока IC(Н) и эволюцией гистерезисной зависимости магнитосопротивления R(H) при варьировании транспортного тока. Исследовано влияние магнитной предыстории на гистерезисное поведение R(H) и появление участка с отрицательным магнитосопротивлением. Впервые показано, что зависимости R(H) характеризуются независящим от транспортного тока параметром - шириной петли гистерезиса R(H). Это проиллюстрировано на рис. 4a, b. На рис. 4a приведены гистерезисные зависимости R(H) образца YBCO + 30CuO при различных значениях транспортного тока I (2, 4, 7, 10 mA – снизу вверх) и различных величинах максимально приложенного поля Hmax = 1, 2, 3…7 kOe при T = 4.2 K. А на рис. 4b показана ширина гистерезиса магнитосопротивления ΔHR=const = H↓ – H↑ при R=const (транспортный ток 2–10 mA ) в зависимости от значений H↓ для данных R(H) образца YBCO + 30CuO рис. 4a. Такое поведение указывает на то, гистерезис магнитосопротивления определяется только магнитным потоком, захваченным в сверхпроводящих гранулах, а влияние захвата магнитного потока в джозефсоновской среде несущественно для гистерезиса транспортных свойств исследованных объектов.

2007_3_4a.gif

Рис. 4.a Зависимости R(H) образца YBCO + 30CuO при различных значениях транспортного тока I (2, 4, 7, 10 mA – снизу вверх) и различных величинах максимально приложенного поля Hmax = 1, 2, 3…7 kOe при T = 4.2 K. Стрелки указывают направление изменения внешнего поля H. Зависимости R(H↑) (поле возрастает) показаны закрытыми символами, а зависимости R(H↓) (поле убывает) – открытыми символами. Штриховые линии поясняют определение значения полевой ширины гистерезиса ΔHR=const=H↓- H↑,

2007_3_4b.gif

Рис. 4b Ширина гистерезиса магнитосопротивления ΔHR=const=H↓ - H↑ при R=const (транспортный ток 2-10 mA ) в зависимости от значений H↓ для данных R(H) образца YBCO + 30CuO на рис. 4.a

  1. Балаев Д.А., Гохфельд Д.М., Дубровский А.А., Попков С.И., Шайхутдинов К.А., Петров М.И., Гистерезис магнитосопротивления гранулярных ВТСП как проявление магнитного потока, захваченного сверхпроводящими гранулами, на примере композитов YBCO + CuO, ЖЭТФ, 2007,Т. 132, выпуск 6, с. 1340-1352.
  2. Balaev D.A., Gokhfeld D.M., Popkov S.I., Shaykhutdinov K.A., Petrov M.I. Hysteretic behavior of the magnetoresistance and the critical current of bulk Y3/4Lu1/4Ba2Cu3O7 + CuO composites in a magnetic field // Physica C. – 2007. – V. 460-462. - № 2. – P. 1307-1308.

Лаборатория сильных магнитных полей

Операции с документом

Основные достижения 2006 г.

Электрически перестраиваемый сверхвысокочастотный фазовращатель на основе многозвенного полосно-пропускающего фильтра

 

Разработан электрически перестраиваемый сверхвысокочастотный фазовращатель на основе многозвенного полосно-пропускающего фильтра, в котором последовательно соединенные микрополосковые резонаторы различаются шириной проводников, а «подложкой» для них служит нематический жидкий кристалл (ЖК). Линии передачи подключаются к устройству через емкости связи, что позволяет подавать управляющее напряжение непосредственно на полосковый проводник. Металлические поверхности обрабатываются так, чтобы в отсутствие электрического поля молекулы ЖК ориентировались вдоль проводни-ков, то есть ортогонально поляризации высокочастотного электрического поля, и в этом случае диэлектрическая проницаемость ЖК ε минимальна. При определенном управляющем напряжении молекулы ориентируются параллельно высокочастотному полю, и в этом случае диэлектрическая проницаемость ЖК ε|| максимальна. Увеличение диэлектрической проницаемости подложки от ε до ε || приводит к соответствующему изменению фазы прошедшей волны.

2006_1_1.gif

Показано, что в отличие от традиционных конструкций фазовращателей на отрезках линий передачи, заполненных ЖК, в предлагаемом устройстве управляемый сдвиг фазы Δφ значительно больше, что делает его вполне конкурентоспособным, несмотря на сравнительно малую анизотропию диэлектрической проницаемости Δε= ε|| – ε на высоких частотах. Например, нематический жидкий кристалл 5CB имеет ε|| = 2.8 и ε = 2.6. Особенно перспективно создание жидкокристаллических фазовращателей в миллиметровом диапазоне длин волн, где высока диэлектрическая добротность ЖК соединений. На рисунке приведены амплитудно-частотные характеристики такого устройства L( f ) для двух ориентаций ЖК и зависимость управляемого сдвига фазы Δφ( f ). Видно, что сдвиг фазы регулируется в пределах более 100° и к тому же в достаточно широкой относительной полосе частот Δf /f0 ≈ 30 %, где потери СВЧ мощности почти не изменяются с перестройкой фильтра и составляют величину около –0.5 дБ.

  1. Беляев Б.А., Волошин А.С., Шабанов В.Ф. Исследование микрополосковых моделей полосно-пропускающих фильтров на одномерных фотонных кристаллах. // ДАН, Т.400, № 2, 2005, С. 181-185.
  2. Беляев Б.А., Лексиков А.А., Волошин А.С., Шабанов В.Ф. Управляемый фазовращатель. // Патент РФ № 2257648. БИ № 21, 2005.

Лаборатория Электродинамики и СВЧ Электроники

Сверхпроводимость s-типа в тяжелофермионных соединениях

Известно, что соединения с тяжелыми фермионами (ТФ) обладают сверхпроводящими свойствами, отличными от свойств, предсказываемых теорией БКШ. Так в CeCu2Si2, UBe13, UPt3 реализуется сверхпроводимость с анизотропным параметром порядка (ПП). С другой стороны, недавние экспериментальные исследования тяжелофермионного скуттерудита LaFe4P12 (Y. Nakai, et.al., JPSJ, 74, 3370, 2005) являющегося сверхпроводником при T <T_C=4.1 K, показали, что это соединение в условиях развитых АФМ флуктуаций, обладает изотропным сверхпроводящим ПП, характеризуемым симметрией s-типа.

Для объяснения полученных в указанной работе результатов, был рассмотрен механизм куперовской неустойчивости в ТФ соединениях, который, с одной стороны, учитывает спин-флуктуационное рассеяние, а с другой - приводит к сверхпроводимости s-типа. С этой целью, в рамках периодической модели Андерсона (ПМА), в пределе сильных электронных корреляций (U- бесконечно) в куперовском канале методом диаграммной техники для операторов Хаббарда вычислена амплитуда рассеяния f-электронов (темный квадрат на приведенной ниже диаграмме):

2006_2_1.gif

Для затравочной амплитуды (светлый квадрат) учитывались вклады

2006_2_2.gif

Из условия существования полюса амплитуды рассеяния получено уравнение, определяющее критическую температуру перехода (Tc) в сверхпроводящую фазу с s-симметрией параметра порядка. На основе самосогласованного решения системы уравнений рассчитана фазовая диаграмма (рисунок 1) зависимость Tc от концентрации электронов и параметра гибридизации. Оказалось, что область реализации сверхпроводящей фазы примыкает к области существования ненасыщенного ферромагнитного состояния и не пересекается с ней. Полученные результаты могут быть использованы для описания перехода в сверхпроводящую фазу с s-симметрией параметра порядка в тяжелофермионном скуттерудите LaFe4P12. При этом, для получения значений Tc, близких к экспериментальным, существенным оказался учет процессов рассеяния фермионов на спиновых флуктуациях.

2006_2_3.gif

  1. Вальков В.В., Дзебисашвили Д.М. О сверхпроводимости s-типа в тяжелофермионных соединениях // Письма в ЖЭТФ, 2006, т. 84, №4, стр. 251-255.
  2. Val’kov V.V., Dzebisashvili D.M. Kinematic mechanism of the superconductivity in the periodic Anderson model // International Conference on Magnetism (ICM-2006). Books of Abstracts, Kyoto, Japan. August 20-25, 2006, p.144.
  3. Вальков В.В., Дзебисашвили Д.М. Сверхпроводимость в периодической модели Андерсона // Тезисы докладов второй международной конференции «Фундаментальные проблемы высокотемпературной сверхпроводимости» ФПС’06. Москва-Звенигород, 9-13 октября 2006 г., стр. 46-47.
  4. Вальков В.В., Дзебисашвили Д.М. Сверхпроводимость s-типа в периодической модели Андерсона // Тезисы докл. 34-го совещания по физике низких температур. НТ-34. Ростов-на-дону – п.Лоо, 26-30 сентября 2006 г., стр. 221-222.

Лаборатория теоретической физики

Прогрессивная технология выращивания тригональных монокристаллов редкоземельных ферроборатов

Разработана прогрессивная технология выращивания тригональных монокристаллов редкоземельных ферроборатов, в том числе новых мультиферроиков GdFe3(BO3)4 и NdFe3(BO3)4, с использованием растворов-расплавов на основе тримолибдата висмута.

C помощью магнитных, резонансных и нейтронографических (c использованием изотопа 11В) исследований [1] установлено, что NdFe3(BO3)4 упорядочивается при температуре TN=30,5(5) К в антиферромагнитной легкоплоскостной структуре с магнитными моментами ионов Fe3+ и Nd3+, лежащими в базисной плоскости кристалла (рис. 1). Ниже 20 К на эту структуру накладывается слабая длиннопериодическая несоразмерность с волновым вектором структуры k = [0, 0, 3x = 3/2 + ε].

2006_3_1.gif

Магнитная структура GdFe3(BO3)4 изучена с помощью антиферромагнитного резонанса. Установлено, что подсистема Fe3+ упорядочена антиферромагнитно при температурах ниже TN = 38 К и характеризуется анизотропией типа «легкая плоскость». Подсистема Gd3+ при T>4.2 K частично упорядочена за счет обменного взаимодействия с подсистемой железа, а ее вклад в магнитную анизотропию имеет противоположный знак. Из-за конкуренции вкладов и различия их температурных зависимостей в этом кристалле при низких температурах реализуется антиферромагнитная структура с магнитной анизотропией типа «легкая ось», которая при нагревании переходит при Т=10 К в структуру с легкоплоскостной анизотропией. Построены магнитные фазовые диаграммы GdFe3(BO3)4 в полях, параллельных и перпендикулярных тригональной оси кристалла.

С целью изучения природы магнитной анизотропии GdFe3(BO3)4 и разделения вкладов двух подсистем исследован АФМР в YFe3(BO3)4, содержащем только магнитные ионы Fe3+, а также в кристаллах с диамагнитным разбавлением в обеих подсистемах [2]. При Т=4,2 К вычислены эффективные поля анизотропии подсистем в GdFe3(BO3)4: HFeA =-1,44 кЭ и HGdA= 1,52 кЭ.

  1. P Fischer, V Pomjakushin, D Sheptyakov, L Keller, M Janoschek, B Roessli, J Schefer, G Petrakovskii, L Bez-maternikh, V Temerov and D Velikanov, “Simultaneous antiferromagnetic Fe3+ and Nd3+ ordering in NdFe3(11BO3)4”, J. Phys.: Condens. Matter 18, iss. 34 (2006) 7975–7989.
  2. А.И.Панкрац, Г.А.Петраковский, В.И.Тугаринов, И.С.Хабаров, Л.Н.Безматерных, В.Л.Темеров. Антифер-ромагнитный резонанс, магнитная анизотропия и фазовые переходы в монокристаллах системы (Gd,Y,Ho)Fe3-xGax(BO3)4. Труды 34-го совещания по физике низких температур, п. Лоо, 26-30 сентября 2006 г., с. 120.

Лаборатория резонансных свойств магнитоупорядоченных веществ

Электронная структура высокотемпературных сверхпроводников с учетом сильных электронных корреляций

Электронная структура высокотемпературных сверхпроводников La2-xSrxCuO4 с учетом сильных электронных корреляций

Электронная структура высокотемпературных сверхпроводников La2-xSrxCuO4 рассчитана с учетом сильных электронных корреляций с использованием первопринципного метода LDA+GTB [1]. Эти расчеты позволили получить низкоэнергетический эффективный гамильтониан с параметрами, вычисленными ab initio. В рамках этого гамильтониана проанализирован магнитный механизм куперовского спаривания. Магнитный механизм с первопринципными параметрами гамильтониана в приближении среднего поля дает слишком большие значения критической температуры Tc~200K.

Вывод гамильтониана электрон-фононного взаимодействия при учете сильных электронных корреляций и реальной симметрии смещений ионов [2] позволил развить теорию высокотемпературной сверхпроводимости с одновременным учетом магнитного и фононного механизмов спаривания. Особенность развитого подхода заключается в использовании только одного феноменологического параметра G, определяющего интенсивность электрон-фононного взаимодействия. Электрон-фононное взаимодействие в зависимости от знака G ЭФВ может как подавлять, так и усиливать Tc, обусловленную магнитным механизмом спаривания. В La2-xSrxCuO4 взаимодействие с дыхательной модой фононов доминирует и понижает критическую температуру сверхпроводника d-типа, обусловленную магнитным механизмом сверхпроводимости [3] (рис. 3).

2006_4_1.gif

  1. Korshunov M.M., Gavrichkov V.A., Ovchinnikov S.G., Nekrasov I.A., Pchelkina Z.V., Anisimov V.I., Hybrid LDA and generalized tightbinding method for electronic structure calculations of strongly correlated electron systems // Phys.Rev. B. –2005. –72, 165104.
  2. Овчинников С.Г., Шнейдер Е.И., Эффективный гамильтониан для ВТСП купратов с учетом электрон-фононного взаимодействия в режиме сильных корреляций // ЖЭТФ. –2005. –128, №5, 974–986.
  3. Шнейдер Е.И., Овчинников С.Г., Фононный и магнитный механизм ВТСП в режиме сильных электронных корреляций. // Письма в ЖЭТФ, 83, №9, 462–466 (2006).

Лаборатория физики магнитных явлений

Операции с документом

Операции с документом