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

Приглашенный ученый Оно Теруо Япония
Номер договора
075-15-2021-607
Период реализации проекта
2021-2023
36
Количество специалистов
17
научных публикаций
Общая информация

Развитие технологий обработки больших объемов данных и принятия решений, включая системы искусственного интеллекта, требует высокопроизводительной и энергоэффективной элементной базы. Одним из направлений развития современной электроники является спинтроника и спин-орбитроника, в которой манипулируют не зарядом, а спином электрона. Исследования последних лет показали, что ферримагнетики обладают большим потенциалом для решения этих задач, чем ферромагнетики. Малая величина результирующего магнитного момента дает ряд преимуществ: устойчивость и минимальный размер спиновых текстур, быстродействие, энергоэффективность.

Название проекта:  Ферримагнитная спин-орбитроника


Цели и задачи

Основная цель научного исследования - поиск фундаментальных механизмов управления спиновой текстурой и магнитными параметрами ферримагнетиков с помощью спин-орбитальных эффектов для формирования научно-технологических основ нового поколения интеллектуальной электроники и создания гетероструктур с ферримагнетиками для энергоэффективных устройств хранения информации, спиновой логики и нейроморфных вычислителей, работающих в терагерцовом диапазоне. Найденные решения снизят энергопотребление систем хранения на два порядка (до единиц фДж/бит) и увеличат скорость обработки информации на три порядка, что отвечает требованиям к будущим электронным системам обработки больших данных и искусственного интеллекта.

Практическое значение исследования
Планируемые результаты научного исследования:

  1. Разработана обобщенная теория спин-орбитальных (spin-orbit torque, SOT) эффектов для низкоразмерных ферримагнетиков, описывающая движение топологических текстур, доменных границ в зависимости от температур, величины магнитного поля и плотности пропускаемого тока. Созданы образцы и проведены экспериментальные измерения SOT эффектов, интерфейсного и межслоевого взаимодействия Дзялошинского-Мория, изучены спиновые текстуры для верификации разработанной теории.
  2. Разработаны теоретические модели описывающие генераторы поляризованных спиновых волн на основе ферримагнетиков с экстремально низкими коэффициентами затухания.
  3. Разработаны и получены прототипы наноустройств на основе структуры «тяжелый металл/ферримагнетик» для генерации спиновых волн в суб- и терагерцовом диапазоне с возможностью контроля поляризации и затухания.
  4. Созданы прототипы генераторов скирмионов, а также разработаны волноводы для их перемещения на основе ферримагнитных материалов.
  5. Развита концепция нейроморфных вычислителей на основе ферримагнитных скирмионов, работающих в субтерагерцовой диапазоне, и устройств скирмионной памяти и логики.

научные результаты

Результатом реализации проекта стало создание новой лаборатории мирового уровня на базе ДВФУ по ферримагнитной спин-орбитронике с целью поиска фундаментальных механизмов управления спиновой текстурой и магнитными параметрами ферримагнетиков с помощью спин-орбитальных эффектов для формирования научно-технологических основ нового поколения интеллектуальной электроники и создания гетероструктур с ферримагнетиками для энергоэффективных устройств хранения информации, спиновой логики и нейроморфных вычислителей, работающих в терагерцовом диапазоне. Результатом работы стало получение новых знаний в области спин-орбитроники, которые позволят разработать новые спинтронные устройства на основе ферримагнетиков, обладающих лучшими свойствами и характеристиками, чем устройства на основе ферро- и антиферромагнитиков. В ходе выполнения проекта проведено исследование магнитных и магнитотранспортных свойств перспективной ферримагнитной структуры W/CoTb/Ru и получен ряд важных фундаментальных и прикладных результатов. Показано, что изменением толщины ферримагнитного слоя CoTb можно переходить между состояниями насыщения при фиксированном составе. Установлено, что максимальная эффективность токоиндуцированного воздействия наблюдается в окрестностях состояния компенсации, которое может быть достигнуто изменением состава или толщины. Однако минимальный ток переключения соответствует случаю минимальной толщины ферримагнитного слоя и минимальному содержанию Co в нем, что связанно с эффектом джоулева нагрева. Проведена оценка распределения тока в слоях структуры. Минимальная наблюдаемая плотность тока переключения составила – 2,5·10^10 А/м^2, что является одним из минимальных ранее наблюдаемых значений. Максимальное наблюдаемое значение скорости движения доменной стенки под действием тока составило – 10 мкм/с.

- Образование и переподготовка кадров

В рамках проекта проводятся еженедельные онлайн семинары под руководством Проф. Теруо Оно, на которых обсуждаются полученные результаты, корректируется план исследований, студенты и аспиранты представляют свои результаты, ведущие ученые, в том числе зарубежные, делают обзорные лекции из области спин-орбитроники.

- Инфраструктурные преобразования

За год существования лаборатории было закуплено новое оборудование и комплектующие для развития методов получения и изучения ферримагнитных структур.

сотрудничество

Совместные исследования проводятся с группой доцента Александра Садовникова из Саратовского государственного университета. В частности, исследуется спиновая динамика с использованием Мандельштам-Бриллюэновской спектроскопии.

Совместная работа осуществляется с группой Проф. Теруо Оно (Laboratory of Nano Spintronics, Division of Materials Chemistry, Institute for Chemical Research, Kyoto University). В рамках взаимодействия ведутся совместные исследования, на основе которых готовятся совместные публикации в топовых журналах.


Скрыть Показать полностью
Hideki Narita, Ryo Kawarazaki, Daisuke Kan, Yoichi Shiota, Takahiro Moriyama, Y. Shimakawa, Alexey V. Ognev, Alexander S. Samardak, and Teruo Ono.
Field-free superconducting diode effect in noncentrosymmetric superconductor/ferromagnet multilayers // Nature Nanotechnology, 2022, август (17, 8).
Junho Park, Taehyun Kim, Gyu Won Kim, Vladimir Bessonov, Andrey Telegin, Ilia G. Iliushin, Anastasiia A. Pervishko, Dmitry Yudin, Aleksei Yu. Samardak, Alexey V. Ognev, Alexander S. Samardak, Jiung Cho, Young Keun Kim.
Compositional gradient induced enhancement of Dzyaloshinskii–Moriya interaction in Pt/Co/Ta heterostructures modulated by Pt–Co alloy intralayers // Acta Materialia, 2022, декабрь (241).
Yoichi Shiota, Ryusuke Hisatomi, Takahiro Moriyama, Alexander S Samardak, Teruo Ono
Inhomogeneous magnetic properties characterized by simultaneous electrical and optical detection of spin-torque ferromagnetic resonance // Applied Physics Letters, 2021, ноябрь (119, 19).
W. L. Yang, Z. R. Yan, Y. W. Xing, C. Cheng, C. Y. Guo, X. M. Luo, M. K. Zhao, G. Q. Yu, C. H. Wan, M. E. Stebliy, A. V. Ognev, A. S. Samardak, and X. F. Han,
Role of an in-plane Ferromagnet in a T-type Structure for Field-Free Magnetization Switching // Applied Physics Letters, 2022, март (120, 12).
A.S. Samardak, A.V. Ognev, A.G. Kolesnikov, M.E. Stebliy, V.Yu. Samardak, I.G. Iliushin, A.A. Pervishko, D. Yudin, M. Platunov, T. Ono, F. Wilhelm, Andrey Rogalev
XMCD and ab-initio study of interface-engineered ultrathin Ru/Co/W/Ru films with perpendicular magnetic anisotropy and strong Dzyaloshinskii-Moriya interaction // Physical Chemistry Chemical Physics, 2022, март (24, 14).
Yoichi Shiota, Kaoru Noda, Yuushou Hirata, Kyosuke Kuwano, Shinsaku Funada, Ryusuke Hisatomi, Takahiro Moriyama, Maksim Stebliy, Alexey V. Ognev, Alexander S. Samardak and Teruo Ono
Temperature dependence of domain wall creep motion in ferrimagnetic Tb/CoFeB/MgO microwires // Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2022, июль (553).
Samardak, A.S., Kolesnikov, A.G., Davydenko, A.V. M.E. Stebliy, A.V. Ognev
Topologically Nontrivial Spin Textures in Thin Magnetic Films. Physics of Metals and Metallography, 2022, март, 123, 3.
Samardak A. Yu., Jeon Y. S., Kozlov A. G., Rogachev K. A., Ognev A. V., Jeong E., Kim G. W., Ko M. J., Samardak A. S., Kim Y. K.
Inter-wire and Intra-wire Magnetostatic Interactions in Fe-Au Barcode Nanowires with Alternating Ferromagnetically Strong and Weak Segments. // Small, 2022.
Фотоальбомы
Пятница , 29.10.2021
Понедельник , 01.03.2021
Другие лаборатории и ученые
Лаборатория, принимающая организация
Область наук
Город
Приглашенный ученый
Период реализации проекта
Лаборатория передовой нанофотоники и квантовых материалов

Московский физико-технический институт (НИУ) - (МФТИ)

Электротехника, электронная техника, информационные технологии

Москва

Мартин-Морено Луис

Испания

2021-2023

Лаборатория «Метаматериалы»

Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского - (СГУ)

Электротехника, электронная техника, информационные технологии

Саратов

Никитов Сергей Аполлонович

Россия

2010-2014

Лаборатория сверхпроводниковой наноэлектроники

Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева - (НГТУ им. Р. Е. Алексеева)

Электротехника, электронная техника, информационные технологии

Нижний Новгород

Кузьмин Леонид Сергеевич

Швеция, Россия

Гордеева Анна Валерьевна

Россия

2010-2014