КАРТОЧКА
ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер 22-22-00314
НазваниеДинамика магнитного момента в ферромагнитных тонкопленочных гибридных системах и сверхрешетках
РуководительСкрябина Ольга Викторовна, Кандидат физико-математических наук
Прежний руководитель Головчанский Игорь Анатольевич, дата замены: 13.12.2023
Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)", г Москва
| Период выполнения при поддержке РНФ | 2022 г. - 2023 г. |
Конкурс№64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами».
Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе, 02-207 - Магнитные явления
Ключевые словагибридные системы, тонкие пленки, сверхрешетки, ферромагнетики, тяжелые металлы, сверхпроводники, ферромагнитный резонанс, спиновые волны, коллективная динамика магнитного момента, эффект близости, взаимодействие Дзялошинского-Мория, синглетное/триплетное упорядочение, СВЧ спектроскопия, магнетронное напыление, литография
Код ГРНТИ29.03.37
СтатусУспешно завершен
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Прогресс в науке и технологиях неразрывно связан с разработкой систем с применением новых физических принципов, а также с созданием и исследованием новых материалов и метаматериалов. Примерами новых функциональных материалов, которым посвящен проект, являются гибридные ферромагнитные тонкопленочные системы: ферромагнетик/нормальный металл, ферромагнетик/сверхпроводник, их комбинации и сверхструктуры. С фундаментальной точки зрения такие гибридные системы интересны проявлением квантовых электронных эффектов, таких как взаимодействие Дзялошинского-Мория в системах ферромагнетик/ тяжелый металл, или синглетное/триплетное упорядочение Куперовских пар в условиях сверхпроводящей близости в системах ферромагнетик/сверхпроводник. В целом, понимание принципов возникновения этих взаимодействий и их проявлений в физическом эксперименте актуально для развития физики конденсированного состояния. C точки зрения прикладных исследований, гибридные ферромагнитные тонкопленочные структуры представляют интерес для применений в элементах пост-кремниевой электроники: спинтроники, магноники, скирмионных системах, сверхпроводящей спинтроники и магноники.
Фокус проекта направлен на исследования свойств ферромагнитных гибридных систем на основе известных модельных комбинаций кобальт/платина, пермаллой/ниобий и их аналогов. С оной стороны, хорошая изученность и технологичность этих модельных комбинаций будет способствовать реализации проекта. Однако, нельзя не отметить и новые явления в этих системах, такие как недавнее открытие анизотропии и сверхпроводящей когерентности в системах пермаллой/ниобий в условиях ферромагнитного резонанса, для которых на настоящий момент не существует даже качественного объяснения. Традиционно, при исследовании свойств ферромагнитных гибридных систем упор делается на создание транспортных структур (туннельных, магниторезистивных или сверхпроводящих Джозефсоновских переходов) и измерениях/трактовании транспортных свойств в зависимости от поля или от температуры. В проекте предлагается использование и развитие метода измерения ферромагнитного резонанса для исследования гибридизации. Как литературные источники, так и экспертиза авторов проекта свидетельствуют о широких возможностях резонных методов: любые дополнительные наведенные взаимодействий в гибридных системах приводят к смещению спектральных линий, к изменению их ширины, либо к появлению дополнительных спектральных особенностей. Планируется создание гибридных многослойных систем где взаимодействие между ферромагнитными слоями осуществляется через слои нормального или сверхпроводящего металла. В этом случае коллективный резонансный отклик системы несет непосредственную информацию о гибридных взаимодействиях. Применение теоретических моделей на основе модели Гейзенберга позволяет напрямую конвертировать спектральные особенности коллективного резонанса в энергию наведенного взаимодействия. Возможность подстраивать наведенные взаимодействия и, соответственно, СВЧ спектр гибридных систем представляет прямой интерес с точки зрения потенциальных применений.
В рамках проекта будут изготовлены образцы ферромагнитных гибридных сверхструктур методом магнетронного напыления с толщинами слоев от нескольких до нескольких десятков нанометров, будут экспериментально изучены их свойства с помощью СВЧ спектроскопии при криогенных температурах и других методов (по мере необходимости), будут теоретически рассмотрены наведенные взаимодействия в гибридных сверхструктурах и их вклад в резонансный спектр. Будет продолжено изучение анизотропии и сверхпроводящей когерентности в системах пермаллой/ниобий. Проект внесет заметный вклад в изучение новых гибридных ферромагнитных систем, в разработку новых методов исследований, в понимание природы возникновения гибридных взаимодействий на интерфейсах, откроет перспективы для применений ферромагнитных гибридных структур в спинтронике и магнонике.
Ожидаемые результаты
Проект нацелен на исследования в актуальной области материалов, метаматериалов и систем для пост-кремниевой электроники - спинтроники и магноники. В результате реализации проекта будут изготовлены и исследованы новые гибридные сверхструктурные ферромагнитные системы, будет отработан метод СВЧ спектроскопии сверхструктурных систем, будет доработан теоретический аппарат для описания коллективного динамического отклика сверхструктур. Ожидается что в ходе реализации проекта будут обнаружены новые проявления гибридизации ферромагнетизма с тяжелыми металлами или со сверхпроводящими подсистемами. Проект внесет заметный вклад в изучение новых гибридных ферромагнитных систем, в разработку новых методов исследований, в понимание природы возникновения гибридных взаимодействий на интерфейсах, откроет дополнительные перспективы для применений ферромагнитных гибридных структур в спинтронике и магнонике.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Исследована динамика намагниченности в тонкопленочных структурах сверхпроводник-ферромагнетик-сверхпроводник. Получены результаты спектроскопии широкополосного ферромагнитного резонанса для большого набора образцов с различной толщиной как сверхпроводящих, так и ферромагнитных слоев в широком диапазоне частот, полей и температур. Экспериментально установлено одномерное анизотропное действие сверхпроводящего момента на динамику намагниченности; выявлена ее зависимость от толщины слоев. Показано, что экспериментальные данные подтверждают недавно предложенный механизм формирования сверхпроводящего крутящего момента посредством взаимодействия между сверхпроводящей мнимой проводимостью и прецессией намагниченности на границах раздела сверхпроводник-ферромагнетик. Результаты исследований поданы к публикации и доступны на архиве [https://arxiv.org/abs/2207.06751].
Исследована доменная структура многослойных пленок на основе Co-Pt с нанометровыми и суб-нанометровыми толщинами слоев методом магнито-силовой микроскопии при криогенных температурах в широком диапазоне полей. Показано соответствие между доменной структурой и данными намагниченности. Проведено моделирование доменной структуры и намагниченности, в результате которого получено оценочное значение параметра Дзялошинского-Мории, а также поля насыщения, которые не совпадают с экспериментальными значениями в связи с тонкой структурой доменных стенок, что будет предметом исследований следующего этапа проекта.
Публикации
Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Проведено исследование динамики магнитного момента в тонкопленочных многослойных системах сверхпроводник-ферромагнетик. Теоретический анализ, подтвержденный широкополосной спектроскопией ферромагнитного резонанса, показываает формирование акустических и оптических резонансных мод в при значительно более высоких частотах по сравнению с частотой ферромагнитногорехонанса отдельных магнитных слоев. Эти моды формируются за счет псевдо-антиферромагнитного взаимодействий между магнитными слоями через общие циркулирующие сверхпроводящие токи. Спектральная щель между резонансными модами определяется толщиной слоев и сверхпроводяящей глубиной проникновения. Результаты данного исследования опубликованы в [I.A. Golovchanskiy et al., Phys. Rev. Appl. 20, L021001 (2023)].
Проведено экспериментальное, теоретическое и численное исследование магнитных характеристик образца [Ru-Co-Pt]4-MoSi. Экспериментальные исследования магнитометрии в совокупности с магнитно-силовой микроскопией и СВЧ исследованиями позволили определить основные магнитные параметры. Теоретический анализ доменной структуры в совокупности с микромагнитным моделированием позволил определить минимально-возможное значение обменного взаимодействия, а также продемонстрировал невозможность разделения параметров обменного взаимодействия и DMI. Предложено и продемонстрировано численно разделение этих параметров с помощью спин-волновой спектроскопии за счет невзаимности спектра в присутствии DMI.
Публикации
1. И.А. Головчанский, Н.Н. Абрамов, О.В. Емельянова, И.В. Щетинин, В.В. Рязанов, А.А. Голубов, В.С. Столяров Magnetization Dynamics in Proximity-Coupled Superconductor-Ferromagnet-Superconductor Multilayers. II. Thickness Dependence of the Superconducting Torque PHYSICAL REVIEW APPLIED, 19, 034025 (2023) (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.19.034025
2. И.А.Головчанский, В.В. Рязанов, В.С. Столяров Antiferromagnetic Resonances in Superconductor-Ferromagnet Multilayers PHYSICAL REVIEW APPLIED, 20, L021001 (2023) (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.20.L021001
3. - МАГНЕТИЗМ ВОШЕЛ В РЕЗОНАНС СО СВЕРХПРОВОДИМОСТЬЮ Научная Россия, - (год публикации - )
Возможность практического использования результатов
не указано