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 проекта 19-12-00397
НазваниеФундаментальные исследования спиновой сверхтекучести в магнетиках
Руководитель Буньков Юрий Михайлович, Доктор физико-математических наук
Организация финансирования, регион Общество с ограниченной ответственностью «М-Гранат» , г Москва
Конкурс №35 - Конкурс 2019 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-209 - Низкие температуры и сверхпроводимость
Ключевые слова магноника, когерентные состояния, спиновая сверхтекучесть, эффект Джозефсона, ферромагнитный резонанс, смарт материалы.
Код ГРНТИ29.19.41
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Спиновая сверхтекучесть является магнитным аналогом массовой сверхтекучести гелия и сверхпроводимости в сверхпроводниках. В этом явлении магнитный момент переносится на макроскопические растояния за счёт сверхтекучего тока квазичастиц (магнонов). Спиновый сверхток определяется градиентом фазы когерентного конденсата магнонов, который возникает при достаточно большой их концентрации - магнонного Бозэ-Эйншейновского конденсата (БЭК), возникающего благодаря Бозе статистике магнонов.
В рамках данного проекта мы исследуем магнонный БЭК для магнонов с волновым вектором к=0. Данный конденсат аналогичен атомарному БЭК и выгодно отличается от конденсата с ненулевым волновым числом тем что фаза его волновой функции во первых может быть измерена а во вторых ей можно управлять радиочастотным (РЧ) полем.
Открытие спиновой сверхтекучести имеет Российский приоритет. Она была открыта в Институте Физических проблем в Москве в 1984 году в сверхтекучем антиферромагнитном 3Не. С тех пор спиновая сверхтекучесть в антиферромагнитных состояниях сверхтекучего 3Не изучалась в лабораториях Англии (Ланкастерский университет), Франции (Институт Нееля, Университет Рон-Альп), Японии (Университет Кионо и институт физики твёрдого тела, Кашива, Токио), Корнельский униветситет (США), Университет Шафарика (Кошице, Словакия), Аальто университет, (Хельсинки, Финляндия) и многих других исследовательких центрах, где могли достичь охлаждения 3Не до столь низких температурах, как 0,001К. Однако магнитная сверхтекучесть и связанный с ним магнонный БЭК являются чисто магнитными явлениями и не связаны непосредственно с массовой сверхтекучестью 3Не. Поэтому Ю.М.Буньковым было предложено найти эти явления в твёрдотельных антиферромагнетиках при гелиевых температутах. Спиновая сверхтекучесть и магнонный БЭК были обнаружены в MnCO3 и CsMnF3 на моде связанных ядерно-электронных колебаний и исследовано в рамках проекта РНФ 16-12-10359. После удачного обнаружения БЭК в антиферромагнетиках было предложено провести аналогичные исследования в итриевом феррит-гранате (ЖИГ) при комнатных температурах. Дело в том что для образования устойчивого бозонного конденсата необходимо отталкивание между магнонами, которое образует энергетическую щель. Эта щель, как и в случае сверхтекучести и сверхпроводимости определяет критическую скорость сверхтекучего переноса. Динамика магнонов в 3Не и ЖИГ имеет много общего. Магнитный БЭК при комнатной температуре был тольк что получен. Статья о этом открытии послана в журнал и выставлена в архиве на сайте: arXiv.org > cond-mat > arXiv:1810.08051.
Магноны подчиняются статистике Бозэ и при достаточно высокой плотности или достаточно низкой температуре могут конденсироваться в макроскпическом числе на нижний энергетический уровень и соответственно описываться единой волновой функцией. Градиент этой финкции и приводит к безпотенциальному переносу магнонов – спиновой сверхтекучести. Наряду со сверхтекучестью и сверхпроводимостью это явление является фундаментальным макроскопическим квантовым явлением. Открытие спиновой сверхтекучести при комнатной температуре является первым проявлением такого рода макроскопической квантовой механики при столь высокой температуре (не считая нуклонную сверхтекучесть в нейтронных звёздах).
Открытие спиновой сверхтекучести при комнатной температуре является очень важным для решения задачь магноники и спинтроники. На западе, в университете Кайзерслаутена, с которым у нас сложилось научное партнёрство, сейчас выполняется проект «Супермагноника» (European Research Council (ERC), Project ID: 694709 «SuperMagnonics») с 5 летним бюджетом 2, 44 миллиона евро. В этом проекте изучается разновидность магнонного БЭК в ЖИГ, который достигается при продольном намагничивании плёнки ЖИГ. При этом магноны конденситуются в бегущие спиновые волны с к порядка 10-5 см-1. Эти магноны исследуются методами рассеяния света так как они не взаимодействуют с однородным полем. В подходе, разработанном в наших исследованиях, магнонный БЭК образуется магнонами с к=0 при перпендикулярном намагничивании плёнки. Ситуация во многом аналогична той, что имеет место в антиферромагнитном сверхтекучем 3Не. При этом магнонный БЭК непосредственно взаимодействует с магнитным полем и может использоваться для возбуждения, хранеия и считывания информации. Исследования этого тира БЭК имеют уже богатую историю. На нём были обнаружены перенос намагниченности на большие растояния, критический спиновый сверхток, эффект Джозефсона, квантовые вихри, голдстоуновские моды колебаний (магнитный аналог второго звука в 4Не). Обнаружение этих фундаментальных квантовых явлений в ЖИГ и других магнетиках при комнатной температуре является одной из амбициозных задач данного проекта.
Другой связанной задачей является получение магнонного БЭЕ путём нерезонансного возбуждения, а также за счёт спинового торка, переноса намагниченности из металла за счёт эффекта холла. При решении этой фунламентальной проблемы появится возможность создать гибридные цепи электроника-спинтроника-магноника-супермагноника. Потенциал подобных цепей трудно переоценить. Кроме того, магнонный БЭК на одной из ветвей магнитного резонанса должен взаимодействовать с другими степенями магнитной свободы. В частности, представляет интерес задача о возбуждении сверхбыстрой магнитной динамики в образце с магнонным БЭК фемтосекундными лазерными импульсами. Изучения данной задачи является одним из ключевых направлений данного проекта.
В заключение, проект направлен на изучение макроскопических квантовых явлений магнонов и имеет фундаментальное значение для развития магноники и супермагноники что в дальнейшем отразится на развитие технических приложений этих областей физики и внесут неоценимый вклад в развитие экономики и социальной сферы.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1. Ю.М. Буньков, П. М. Ветошко, А. Н. Кузмичёв, Г. В. Мамин, C. Б. Орлинский, Т.Р. Сафин, В. И. Белотелов, М. С.Тагиров. Долгоживущий сигнал индукции в Железо-Иттриевом гранате Рисьма в ЖЭТФ (год публикации - 2020)
2. Юрий Буньков Spin Superfluid state at room temperature AIP Conference Proseadings (год публикации - 2020)
3. Ю.М. Буньков, A.Фархутдинов, А. Н. Кузмичёв, Т. Р. Сафин, П. М. Ветошко, В. И. Белотелов, М. С.Тагиров, The magnonic superfluid droplet at room temperature Arxiv, arXiv:1911.03708 (год публикации - 2019)
4.
Буньков Ю. М., Константинов Д.
Features of the Coupled Nuclear–Electron Spin Precession in the Bose–Einstein Condensate of Magnons
JETP Letters,, JETP Lett., 112, 95-100 (2020). (год публикации - 2020)
10.1134/S0021364020140076
5.
Буньков Ю.М.
Quantum Magnonics
Journal of Experimental and Theoretical Physics, 131, 18–28, 2020 (год публикации - 2020)
10.1134/S1063776120070018
6. Буньков Ю.М., Газизулин Р.Р. Direct observation of the specific heat of Majorana quasiparticles in superfluid 3He-B Scientific reports, 10, 20120 (2020) (год публикации - 2020)
7.
Буньков Ю.М.
Magnonic superuidity versus Bose condensation
Applied Magnetic Resonanse, Volume 51 Number 12 1711-1721 (год публикации - 2020)
10.1007/s00723-020-01223-z
8. Буньков Ю.М. Magnon Bose condensed state for quantum computing Modern developement of magnetic resonance, Kazan, 2020, стр.75 (год публикации - 2020)
9.
А. Д. Белановский, П. М. Ветошко, Ю. М. Буньков
Micromagnetic modeling of magnon coherent states in a nonuniform magnetic field
J. Phys.: Condens. Matter, 34 035802 (год публикации - 2021)
10.1088/1361-648X/ac2b69
10.
Буньков Ю. М., Кузмичёв А. Н., Сафин Т. Р.,Ветошко, П. М.,Белотелов В. И., Тагиров М. С.
Quantum paradigm of the foldover magnetic resonance
Scientific Reports, 11,7673 (год публикации - 2021)
10.1038/s41598-021-87196-w
11.
Буньков Ю. М., Дуничев К. Ю.,Сафин Т. Р., Тагиров М. С.
Magnon Quantization in the Magnetic Field Gradient
Applied Magnetic Resonance, 52:1749–1756 (2021) (год публикации - 2021)
10.1007/s00723-021-01418-y
12. Кузмичев А., Белотелов В., Буньков Ю., Ветошко П., Попов А., Бержанский В., Шапошников А., Сабденов Ч., Кошелев А., Федоренко А. Identification of a new source of magnon relaxation in interface between epitaxial iron garnet ferrite films and GGG substrate Materials Research Bulletin (год публикации - 2021)
13. Петров П.Е., Князев Г.А. Оптимизация оптического метода анализа Бозе-Эйнштейновского конденсата магнонов в ЖИГ пленках Материалы Международного молодежного научного форума «ЛОМОНОСОВ-2021, М.: МАКС Пресс, 2021. (год публикации - 2021)
Публикации
1. Ю.М. Буньков, П. М. Ветошко, А. Н. Кузмичёв, Г. В. Мамин, C. Б. Орлинский, Т.Р. Сафин, В. И. Белотелов, М. С.Тагиров. Долгоживущий сигнал индукции в Железо-Иттриевом гранате Рисьма в ЖЭТФ (год публикации - 2020)
2. Юрий Буньков Spin Superfluid state at room temperature AIP Conference Proseadings (год публикации - 2020)
3. Ю.М. Буньков, A.Фархутдинов, А. Н. Кузмичёв, Т. Р. Сафин, П. М. Ветошко, В. И. Белотелов, М. С.Тагиров, The magnonic superfluid droplet at room temperature Arxiv, arXiv:1911.03708 (год публикации - 2019)
4.
Буньков Ю. М., Константинов Д.
Features of the Coupled Nuclear–Electron Spin Precession in the Bose–Einstein Condensate of Magnons
JETP Letters,, JETP Lett., 112, 95-100 (2020). (год публикации - 2020)
10.1134/S0021364020140076
5.
Буньков Ю.М.
Quantum Magnonics
Journal of Experimental and Theoretical Physics, 131, 18–28, 2020 (год публикации - 2020)
10.1134/S1063776120070018
6. Буньков Ю.М., Газизулин Р.Р. Direct observation of the specific heat of Majorana quasiparticles in superfluid 3He-B Scientific reports, 10, 20120 (2020) (год публикации - 2020)
7.
Буньков Ю.М.
Magnonic superuidity versus Bose condensation
Applied Magnetic Resonanse, Volume 51 Number 12 1711-1721 (год публикации - 2020)
10.1007/s00723-020-01223-z
8. Буньков Ю.М. Magnon Bose condensed state for quantum computing Modern developement of magnetic resonance, Kazan, 2020, стр.75 (год публикации - 2020)
9.
А. Д. Белановский, П. М. Ветошко, Ю. М. Буньков
Micromagnetic modeling of magnon coherent states in a nonuniform magnetic field
J. Phys.: Condens. Matter, 34 035802 (год публикации - 2021)
10.1088/1361-648X/ac2b69
10.
Буньков Ю. М., Кузмичёв А. Н., Сафин Т. Р.,Ветошко, П. М.,Белотелов В. И., Тагиров М. С.
Quantum paradigm of the foldover magnetic resonance
Scientific Reports, 11,7673 (год публикации - 2021)
10.1038/s41598-021-87196-w
11.
Буньков Ю. М., Дуничев К. Ю.,Сафин Т. Р., Тагиров М. С.
Magnon Quantization in the Magnetic Field Gradient
Applied Magnetic Resonance, 52:1749–1756 (2021) (год публикации - 2021)
10.1007/s00723-021-01418-y
12. Кузмичев А., Белотелов В., Буньков Ю., Ветошко П., Попов А., Бержанский В., Шапошников А., Сабденов Ч., Кошелев А., Федоренко А. Identification of a new source of magnon relaxation in interface between epitaxial iron garnet ferrite films and GGG substrate Materials Research Bulletin (год публикации - 2021)
13. Петров П.Е., Князев Г.А. Оптимизация оптического метода анализа Бозе-Эйнштейновского конденсата магнонов в ЖИГ пленках Материалы Международного молодежного научного форума «ЛОМОНОСОВ-2021, М.: МАКС Пресс, 2021. (год публикации - 2021)
Публикации
1. Ю.М. Буньков, П. М. Ветошко, А. Н. Кузмичёв, Г. В. Мамин, C. Б. Орлинский, Т.Р. Сафин, В. И. Белотелов, М. С.Тагиров. Долгоживущий сигнал индукции в Железо-Иттриевом гранате Рисьма в ЖЭТФ (год публикации - 2020)
2. Юрий Буньков Spin Superfluid state at room temperature AIP Conference Proseadings (год публикации - 2020)
3. Ю.М. Буньков, A.Фархутдинов, А. Н. Кузмичёв, Т. Р. Сафин, П. М. Ветошко, В. И. Белотелов, М. С.Тагиров, The magnonic superfluid droplet at room temperature Arxiv, arXiv:1911.03708 (год публикации - 2019)
4.
Буньков Ю. М., Константинов Д.
Features of the Coupled Nuclear–Electron Spin Precession in the Bose–Einstein Condensate of Magnons
JETP Letters,, JETP Lett., 112, 95-100 (2020). (год публикации - 2020)
10.1134/S0021364020140076
5.
Буньков Ю.М.
Quantum Magnonics
Journal of Experimental and Theoretical Physics, 131, 18–28, 2020 (год публикации - 2020)
10.1134/S1063776120070018
6. Буньков Ю.М., Газизулин Р.Р. Direct observation of the specific heat of Majorana quasiparticles in superfluid 3He-B Scientific reports, 10, 20120 (2020) (год публикации - 2020)
7.
Буньков Ю.М.
Magnonic superuidity versus Bose condensation
Applied Magnetic Resonanse, Volume 51 Number 12 1711-1721 (год публикации - 2020)
10.1007/s00723-020-01223-z
8. Буньков Ю.М. Magnon Bose condensed state for quantum computing Modern developement of magnetic resonance, Kazan, 2020, стр.75 (год публикации - 2020)
9.
А. Д. Белановский, П. М. Ветошко, Ю. М. Буньков
Micromagnetic modeling of magnon coherent states in a nonuniform magnetic field
J. Phys.: Condens. Matter, 34 035802 (год публикации - 2021)
10.1088/1361-648X/ac2b69
10.
Буньков Ю. М., Кузмичёв А. Н., Сафин Т. Р.,Ветошко, П. М.,Белотелов В. И., Тагиров М. С.
Quantum paradigm of the foldover magnetic resonance
Scientific Reports, 11,7673 (год публикации - 2021)
10.1038/s41598-021-87196-w
11.
Буньков Ю. М., Дуничев К. Ю.,Сафин Т. Р., Тагиров М. С.
Magnon Quantization in the Magnetic Field Gradient
Applied Magnetic Resonance, 52:1749–1756 (2021) (год публикации - 2021)
10.1007/s00723-021-01418-y
12. Кузмичев А., Белотелов В., Буньков Ю., Ветошко П., Попов А., Бержанский В., Шапошников А., Сабденов Ч., Кошелев А., Федоренко А. Identification of a new source of magnon relaxation in interface between epitaxial iron garnet ferrite films and GGG substrate Materials Research Bulletin (год публикации - 2021)
13. Петров П.Е., Князев Г.А. Оптимизация оптического метода анализа Бозе-Эйнштейновского конденсата магнонов в ЖИГ пленках Материалы Международного молодежного научного форума «ЛОМОНОСОВ-2021, М.: МАКС Пресс, 2021. (год публикации - 2021)