Лаборатория квантовой наноспинтроники

• Реализованы и изучены магнитные наноосцилляторы, питаемые как спин-поляризованным электрическим, так и чисто спиновым током.

• Продемонстрирована возможность эффективного использования наноосцилляторов как источников спиновых волн для широкого спектра магнонных приборов, работающих на основе различных физических явлений (спиновый эффект Холла, эффект Слончевского и нелокальная спиновая аккумуляция) как в металлических, так и в диэлектрических магнетиках.

• Показана возможность создания ультракоротких спин-волновых пакетов, созданных наноосцилляторами и распространяющихся в наноразмерных магнитных волноводах.

• Осуществлена почти полная компенсация затухания распространяющихся спиновых волн за счет спинового эффекта Холла в магнетиках. При этом длина распространения спиновых волн увеличена в 10 и более раз.

• Экспериментально и теоретически изучен магнитоэлектрический эффект Зеебека в пленочных структурах на основе железоиттриевого граната и графена.

• 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 в ферритовой пленке.

• Предложен способ возбуждения постоянным током квазилинейных и нелинейных автоколебательных режимов намагниченности в нанощелевом спиновом наноосцилляторе Холла, использующий геометрию с расширенным зазором.

• Гигантское СВЧ магнитосопротивление в наноструктурах [CoFe/Cu]n исследовано в миллиметровом диапазоне длин волн. Получены рекордно высокие (до 80%) изменения коэффициента передачи.

• 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».

• Спиновый клапан, содержащий слой диспрозия, использован в качестве инструмента для изучения магнитного состояния в нанослое диспрозия при понижении температуры. Обнаружены изменения формы магниторезистивных кривых, указывающих на переход диспрозия в геликоидальное состояние при понижении температуры.

• Установлена корреляция между особенностями микроструктуры и величиной магнитосопротивления в сверхрешетках [Co90Fe10/Cu]n с буферными слоями NiFeCr и Ta/NiFeCr. Получено рекордное для данного состава сверхрешеток значение магнитосопротивления 83% при комнатной температуре.

• Синтезированы спиновые клапаны, содержащие буферный слой Ta/Ni48Fe12Cr40, а также тройной ферромагнитный сплав Co70Fe20Ni10 в качестве свободного слоя. Полученные спиновые клапаны обладают нулевым сдвигом низкополевой петли, высоким магниторезистивным эффектом и магниторезистивной чувствительностью до 18 %/Э в области магнитного поля, соответствующего перемагничиванию свободного слоя. На основе пленок спиновых клапанов изготовлены прототипы магнитных сенсоров.

• Исследованы магниторезистивные характеристики сверхрешеток Fe/Cr и Co90Fe10/Cu, подвергнутых воздействию пучков ускоренных ионов Аr+ с энергией 10 кэВ, значения флюенсов F = 10^13 – 10^16 см-2. Установлено, что при F ≤ 6·10^14 см-2 изученные сверхрешетки сохраняют свои функциональные характеристики.

Внедрение результатов исследования:

• Созданы уникальные образцы многослойных ГМС-наноструктур с оптимизированными свойствами, которые используются для разработки и изготовления на предприятих ФГУП «НПО автоматики имени академика Н. А. Семихатова» и ФГБУ НПК «Технологический центр» высокочувствительных сенсоров электромагнитных полей.

• Выполнены научно-исследовательские, опытно-конструкторские и технологические работы совместно с Уральским федеральным университетом.

• Разработаны наноструктуры [Co90Fe10/Cu]n с рекордной величиной магнитосопротивления 83% при комнатной температуре и свыше 160% – при гелиевых температурах. Развитые подходы позволяют получать пленочные материалы с высоким магниторезистивным эффектом и линейным изменением магнитосопротивления в интервале полей до 6-8 кЭ. Данные магниточувствительные материалы представляют интерес для создания интегральных датчиков, предназначенных для измерения больших токов в линиях электропередачи.

• Регистрация заявки № 2020128123 на выдачу патента РФ на изобретение «Многослойное износо- и коррозионностойкое покрытие на стальной подложке».

• Полезная модель «Наноосциллятор возбуждаемый спиновым током», патент № 189670.

Образование и переподготовка кадров:

• Ежегодное проведение Всероссийской школы-семинара молодых ученых по физике конденсированного состояния.

• Защиты: 3 докторские диссертации, 6 кандидатских диссертаций.

• Разработаны образовательные курсы для российских вузов, в первую очередь для Уральского федерального университета.

• На базе лаборатории в 2021 году студентами УрФУ будут подготовлены 3 бакалаврских дипломных работы.

Организационные и инфраструктурные преобразования:

В 2019 году штат лаборатории был увеличен до 29 сотрудников. Новым заведующим лабораторией назначен главный научный сотрудник, д.ф.-м.н. Миляев Михаил Анатольевич. В лабораторию был передан ряд технологических, аналитических установок и приборов, что значительно расширило ее экспериментальные возможности.

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.

Университет Мюнстера (Германия), Центр ядерных исследований Сакле (Франция), Калифорнийский университет (США), Институт исследований твердого тела им. Макса Планка (Германия), МИРЭА - Российский технологический университет (Россия), Эморийский университет (США), Объединенный институт ядерный исследований (Россия): совместные исследования, научные публикации.