Краткий отчёт по Проекту РНФ № 14-22-00279 за 2017 г
"Фундаментальные поисковые исследования в области магнетизма, фазовых превращений, магнитоэлектроники и микросистемной техники"
В отчетном 2017 году все 5 групп лаборатории проводили исследования по плану проекта, получены следующие наиболее важные результаты:
В ходе отчетного года исследовано распространение поверхностных плазмон-поляритонов в мета-трубках, образованных намоткой полосок графена на цилиндрический нанопровод. При неизменной ширине полосок и зазора между ними такая структура характеризуется целым числом, являющимся топологическим индексом структуры. Развертка такой мета-трубки является графеновой мета-поверхностью, которая обладает рядом интересных физических свойств. Показано, что мета-трубка может поддерживать как гиперболические так и эллиптические плазмоны. Гиперболические и эллиптические плазмоны высших азимутальных мод разделены запрещенной зоной, положение которой определяется углом намотки графеновых лент. Наличие спиральной намотки приводит к снятию вырождения мод, бегущих по азимуту в противоположные стороны. Снятие вырождения приводит к эффекту вращения распределения энергии мод высоких порядков. Угол поворота определяется углом намотки графеновых лент и сильно зависит от химического потенциала графена. В определенных частотных диапазонах структура поддерживает азимутальные моды, распространяющиеся только в одном направлении, что может быть использовано для создания плазмонных устройств с однонаправленным распространением. Исследованы резонансы Фабри-Перо в мета-трубках конечной длины. Показано, что при определенном соотношении параметров структуры становится невозможным наблюдение указанных резонансов. Проведено исследование плазмонных резонансов в мета-торах (структурах, получаемых при свертывании мета-трубки в кольцо). Показано, что резонансные плазмонные моды, распространяющиеся по тору в противоположных направлениях имеют сильно разделенные резонансные частоты.
Проведено моделирование распространения поверхностных электромагнитных волн на границах раздела анизотропных сред с неоднородными (зависящими от координат) диэлектрическими проницаемостями. Исследованы оптические характеристики и распределения магнитного поля, вызванного плазмонами в металлическом нанопроводе за счет обратного эффекта Фарадея при наличие внешних напряжений для поперечно-электрических (TE) и поперечно-магнитных (ТМ) волн.
Разработана методика получения новых магнитных функциональных материалов, в частности сплавов Гейслера из классов Fe2MnZ, Mn2NiZ и др. Проведено исследование их структуры, магнитных и транспортных свойств, проведён поиск образцов с полуметаллическими и полупроводниковыми свойствами вблизи ФП. Экспериментально изучен магнитокалорический эффект в образцах новых магнитных функциональных сплавов в адиабатических и изотермических режимах вблизи магнитоструктурных ФП в сильных магнитных полях в температурном диапазоне 4-400 К. Разработаны новые методики для измерения намагниченности и магнитокалорического эффекта в импульсных магнитных полях. Проведён цикл исследования ФП в зависимости от количества циклов переплавки образцов, методов термообработки. Выявлены факторы, влияющие на гистерезис ФП 1-го рода. Проведён поиск режимов термообработки, в частности закалки и отжига, для улучшения надёжности и функциональных свойств образцов сплавов. С помощью новых оригинальных методов изготовлены композитные структуры (с толщиной активного слоя 30-100 нм) с магнитоуправляемой памятью формы.
Разработана принципиально новая технология кристаллизационного отжига тонких и сверхтонких пленок феррит-гранатов с толщинами до 1 нм, получаемых методом магнетронного распыления. В результате проведенных исследований и перехода от нанокристаллических феррит-гранатовых материалов к нанокомпозитным материалам достигнуто двукратное снижение уровня оптического поглощения в пленках висмутсодержащих феррит-гранатов в видимой и ближней инфракрасной области спектра по сравнению с существующими аналогами, что откроет перспективы для применения разрабатываемых материалов в интегральной магнитооптике и плазмонике.
Разработан процесс кристаллизационного отжига сверхтонких пленок висмутсодержащих феррит-гранатов под защитным слоем оксида висмута. Для защиты сверхтонких пленок иттриевых феррит-гранатов, предназначенных для СВЧ техники разработан процесс кристаллизационного отжига с использованием защитных слоев из оксида иттрия. Выполнены исследования процесса кристаллизации нанокомпозитных пленок висмутсодержащего феррит-граната в температурном интервале от 500 до 850 С.
Исследованы возможности применения ферритов-гранатов, полученных методом жидкофазной эпитаксии из безсвинцовых расплавов для сверхчувствительных магнитометров на феррит-гранатовых пленках. Получены данные по магнитной восприимчивости феррит-гранатовых пленок выращенных из литий-молибдатных расплавов в диапазоне температур 4-300 К. Показана необходимость детального изучения структуры переходного слоя подложка-пенка в эпитаксиальных структурах полученных из безсвинцовых расплавов.
Проведен сравнительный анализ пленок полученных разными технологическими медодами, но обладающих схожими интерфейсами подложка-пленка. Показано, что в обоих случаях появляется эффект сдвига частоты ФМР на при низких температурах. Измерена температурная зависимость ФМР для образцов ферритов-гранатов выращенных из безсвинцовых расплавов. Показана возможности применения данных структур в устройствах спинкалоритроники.