Мы используем cookie файлы.
Пользуясь сайтом, вы соглашаетесь с нашей Политикой конфиденциальности.

Номер договора
14.Z50.31.0025
Период реализации проекта
2014-2018
Заведующий лабораторией

По данным на 01.11.2022

25
Количество специалистов
152
научных публикаций
23
Объектов интеллектуальной собственности
Общая информация

В 2019 году были значительно расширены технологические и экспериментальные возможности лаборатории, увеличено число штатных сотрудников и расширена тематика проводимых исследований. В настоящее время помимо исследований в области магноники значительное внимание уделяется также синтезу различных наноструктур, обладающих уникальными свойствами, разработке современных магниточувствительных наноматериалов с эффектами гигантского и туннельного магнитосопротивления, разработке высокочувствительных магнитных сенсоров, изучению магнитной и кристаллической структуры многослойных наноматериалов нейтронными и синхротронными методами, исследованиям в области спинтроники. Одно из активно развиваемых в лаборатории направлений работ связано с теоретическими и экспериментальными исследованиями гальваномагнитных эффектов в проводящих киральных магнетиках и наноструктурах на их основе.

Название проекта: Магнитные устройства нанооптики с управляемыми потерями и шумами, функционирующие на микроволновых частотах

Цели и задачи
Направления исследований:

  • Исследование возбуждения, распространения и взаимодействий спиновых волн в магнитных микро- и наноструктурах;
  • Магнитные наноструктуры: технологии синтеза, физические свойства и приложения в спинтронике;
  • Спиновый транспорт в электропроводящих магнетиках и наногетероструктурах на их основе;
  • Нейтронная и рентгеновская диагностика атомной и магнитной структуры планарных наносистем.

Задачи проекта:

  • Синтез многослойных наноматериалов методами магнетронного напыления и молекулярно-лучевой эпитаксии;
  • Создание латерально-ограниченных микрообъектов произвольной формы методами оптической и электронной литографии;
  • Создание прототипов магнитных сенсоров;
  • Разработка функциональных магниточувствительных материалов и изделий магнитоэлектроники в интересах промышленных предприятий;
  • Исследование высокочастотных и оптических свойств магнитных наноструктур;
  • Разработка прототипов спинтронных устройств для передачи, генерации и детектирования радиочастотных и микроволновых полей и сигналов;
  • Исследование структурных и магнитных свойств многослойных наноструктур на основе редкоземельных и переходных металлов с использованием установок МЕГАСАЙНС в российских и международных научных центрах.
Практическое значение исследования
Научные результаты:

  1. Впервые при комнатной температуре проведено наблюдение второго магнонного звука или волнового переноса энергии и спинового углового момента в квазиравновесном газе магнонов, претерпевающих бозе-эйнштейновскую конденсацию (БЭК) в ферритовой пленке.

  2. Предложен способ возбуждения постоянным током квазилинейных и нелинейных автоколебательных режимов намагниченности в нано-щелевом спиновом нано-осцилляторе Холла, использующий геометрию с расширенным зазором. Показано, что квазилинейный режим является стабильным при низких токах возбуждения, тогда как нелинейный режим дополнительно возбуждается при больших токах и становится все более доминирующим с увеличением тока.

  3. Разработана технология магнетронного напыления многослойных металлических наноструктур с совершенной структурой слоев и интерфейсов и получены обменно-связанные сверхрешетки [Co90Fe10/Cu]n с рекордной величиной магнитосопротивления: 83% при комнатной температуре и свыше 160% – при гелиевых температурах. Полученные значения магнитосопротивления являются рекордными для данного состава сверхрешеток.

  4. Гигантское СВЧ магнитосопротивление в наноструктурах [CoFe/Cu]n исследовано в миллиметровом диапазоне длин волн. Измерения выполнены для сверхрешеток с максимальным магниторезистивным эффектом. Определены полевые зависимости коэффициентов пропускания и отражения. Получены рекордно высокие (до 80%) изменения коэффициента передачи.

  5. Построена квантовая теория электронного спинового транспорта в проводящих магнетиках, описывающая целый круг новых гальваномагнитных явлений, обусловленных действием на спин электронов проводимости сил, создаваемых пространственно-неоднородными внешними магнитными полями и/или внутренними полями квантового обменного происхождения. Дано описание двух новых спин-транспортных эффектов в проводящих киральных гелимагнетиках: «электрического магнитокирального эффекта Штерна-Герлаха» и «кинетического магнитоэлектрического эффекта Штерна-Герлаха». Определены условия экспериментального наблюдения явления резонансного усиления новых эффектов, получившего название «магнитокиральный кинетический резонанс».

Внедрение результатов исследования:

  1. Разработаны магнитные сверхрешетки Ta/NiFeCr/[CoFeNi/CuIn]n/Ta с эффектом гигантского магнитосопротивления (ГМС) и уникальными свойствами: высоким магнитосопротивлением, низким гистерезисом, высокой линейностью характеристики, низкими полями магнитного насыщения, высокой чувствительностью и температурной стабильностью. В данном классе магниточувствительных наноматериалов разработанные ГМС сверхрешетки по своим функциональным характеристикам превосходят зарубежные аналоги. Партии пластин с напыленными ГМС сверхрешетками были изготовлены и в настоящее время изготавливаются сотрудниками лаборатории в интересах предприятия НПК «Технологический центр» (г. Зеленоград). ГМС сверхрешетки предназначены для создания инновационных изделий магнитоэлектроники.

  2. В интересах предприятия НПО автоматики» (г. Екатеринбург) разработаны магнитные сверхрешетки с требуемыми функциональными характеристиками. Полученные магниточувствительные материалы были использованы для разработки интегральных датчиков больших токов в линиях электропередачи.

Образование и переподготовка кадров:

  • Сотрудниками лаборатории были прочитаны курсы лекций в ФГАОУ ВО «УрФУ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина» по темам: «Дополнительные главы физики», «Электродинамика и механика сплошных сред», «Физическая кинетика», «Квантовый транспорт в наноструктурах».

  • Защиты: 1 кандидатская диссертация, 1 докторская диссертация.
  • Разработаны образовательные курсы для российских вузов, в первую очередь для Уральского федерального университета.
  • На базе лаборатории студентами УрФУ подготовлены 4 бакалаврских и 2 магистерских  работы.

Организационные и инфраструктурные преобразования:

  • На базе лаборатории функционирует центр коллективного пользования «Отдел технологий и диагностики наноструктур», входящий в состав общеинститутского ЦКП «Испытательный центр нано-технологий и перспективных материалов». «Отдел технологий и диагностики наноструктур» имеет в распоряжении уникальное напылительное, исследовательское и литографическое оборудование, необходимое для проведения работ в области нанотехнологии.
  • Отдельные единицы оборудования лаборатории входят в состав ЦКП «Физико-технологическом инфраструктурный комплекс» (ФТИК) ИФМ УрО РАН, который выполняет работы для структурных подразделений ИФМ УрО РАН, институтов РАН, других научных и образовательных организаций, промышленных предприятий, индивидуальных предпринимателей и иных лиц, которые проводят научные исследования в области разработки новых материалов и современных технологий.

Другие результаты:

Результаты работы сотрудников Лаборатории квантовой наноспинтроники и исполнителей мегагранта неоднократно были отмечены первой премией на ежегодной сессии докладов лучших достижений Института физики металлов имени М. Н. Михеева УрО РАН.

Сотрудничество:

Совместные исследования, подготовка научных статей и выполнение работ в рамках хозяйственных договоров проводились со следующими организациями:

  • Institute for Applied Physics and Center for Nanotechnology, University of Muenster, Germany;

  • Max-Planck-Institut für Festkörperforschung, Germany;

  • Radboud University, Institute for Molecules and Materials, Netherlands;

  • Department of Physics, Emory University, USA;

  • Институт физики имени Л. В. Киренского СО РАН, Россия;

  • Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт", Россия;

  • Объединенный институт ядерный исследований, Россия;

  • Институт физики микроструктур РАН, Россия;

  • Институт электрофизики УрО РАН, Россия;

  • Институт кристаллографии имени А.В. Шубникова РАН, Россия;

  • Сибирский федеральный университет, Россия;

  • МИРЭА - Российский технологический университет, Россия;

  • Институт химии твердого тела УрО РАН, Россия;

  • Центральный научно-исследовательский технологический институт, Россия.

  • Институт теплофизики УрО РАН, Россия;

  • Научно-производственное объединение автоматики имени академика Н.А. Семихатова, Россия;

  • ФГБУ НПК "Технологический центр", Россия.

Скрыть Показать полностью
S.О. Demokritov, A.B. Rinkevich
Spectral linewidth of spincurrent nano-oscillators driven by nonlocal spin injection. – Applied Physics Letters, 2015, v. 107.
A.V. Telegin, S.О. Demokritov
Excitation of coherent propagating spin waves by pure spin currents. – Nature Communications, 2016, v. 7.
V.E. Demidov, S. Urazhdin, B. Divinskiy, V.D. Bessonov, A.B. Rinkevich, V.V. Ustinov, S.O. Demokritov
Chemical potential of quasiequilibrium magnon gas driven by pure spin current. – Nature Communications, 2017, v. 8.
M. Evelt, C. Safranski, Mohammed Aldosary, V.E. Demidov, I. Barsukov, A.P. Nosov, A.B. Rinkevich, K. Sobotkiewich, Xiaoqin Li, Jing Shi, I.N. Krivorotov, S.O. Demokritov
Spin Hall-induced auto-oscillations in ultrathin YIG grown on Pt. – Scientific Reports (Nature), 2018, v. 8.
M. Evelt, L. Soumah, A.B. Rinkevich, S.O. Demokritov, A. Anane, V. Cros, Jamal Ben Youssef, G. de Loubens, O. Klein, P. Bortolotti, V.E. Demidov
Emission of Coherent Propagating Magnons by Insulator-Based Spin-Orbit-Torque Oscillators. – Physical Review Applied, 2018, v. 10, № 4.
A.B. Rinkevich, C.O. Dimokritov
Excitation of coherent second sound waves in a dense magnon gas. – Scientific Reports, 2019, v. 9.
D.V. Perov, A.B. Rinkevich.
Ferromagnetic Resonance and Antiresonance in Composite Medium with Flakes of Finemet-Like Alloy. – Nanomaterials, 2021, v. 11.
M.A. Milyaev, N.S. Bannikova, L.I. Naumova, V.V. Proglyado, E.I. Patrakov, N.P. Glazunov, V.V. Ustinov.
Effective Co-rich ternary CoFeNi alloys for spintronics application. – Journal of Alloys and Compounds, 2021, v. 854.
M.A. Milyaev, L.I. Naumova, V.V. Proglyado, A.Yu. Pavlova, M.V. Makarova, E.I. Patrakov, N.P. Glazunov, V.V. Ustinov
Advantages of using Cu1-хInх alloys as spacers in GMR multilayers. – Journal of Alloys and Compounds, 2022, v. 917.
A.B. Rinkevich, D.V. Perov, E.A. Tolmacheva, E.A. Kuznetsov, O.V. Nemytova, M.A. Uimin.
Magnetic and Microwave Properties of Nanocomposites Containing Iron Particles Encapsulated in Carbon. – Materials, 2022, v. 15.
Фотоальбомы
Вторник , 03.12.2019
Другие лаборатории и ученые
Лаборатория, принимающая организация
Область наук
Город
Приглашенный ученый
Период реализации проекта
Лаборатория кристаллофотоники

Санкт-Петербургский государственный университет - (СПбГУ)

Физика

Санкт-Петербург

Стомпос Константинос

Греция

2022-2024

Лаборатория детекторов синхротронного излучения

Томский государственный университет (НИУ) - (ТГУ)

Физика

Томск

Шехтман Лев Исаевич

Россия

2022-2024

Лаборатория «Квантовая инженерия света»

Южно-Уральский государственный университет (НИУ) - (ЮУрГУ (НИУ))

Физика

Челябинск

Кулик Сергей Павлович

Россия

2022-2024