Аннотация результатов, полученных в 2024 году
1. Методом магнетронного распыления приготовлены металлические многослойные наноструктуры на основе следующих материалов и сплавов: Ta, Cu, Cu96In4, Co90Fe10, Ni80Fe20, Fe50Mn50, Co77Fe17Ni6, [Ni80Fe20]60Cr40 = PyCr. Для каждого из направлений исследований, обозначенных в плане работ на 2024 год, были приготовлены наноструктуры собственных композиций, соответствующих логике проводимых экспериментов. Часть проведенных исследований проведена на микрообъектах, сформированных из полученных многослойных наноструктур методами оптической и лазерной литографии. 2. Изучение особенностей магниторезистивных свойств сверхрешеток с гигантским магниторезистивным (ГМР) эффектом проведено на наноструктурах композиций Ta(5)/PyCr(5)/[Co77Fe17Ni6(t)/NM(tNM)]N/FM(t)/Ta(5). В скобках указана номинальная (расчетная) толщина слоев в нанометрах. В качестве материалов немагнитных слоев использованы Cu и сплав CuIn с содержанием индия 4 ат.%. Толщина немагнитных слоев соответствует 2-му максимуму межслойного обменного взаимодействия. Показано, что в наноструктурах с прослойками Cu96In4 формируются острая аксиальная текстура 〈111〉, совершенные интерфейсы и наблюдается относительно малый гистерезис. Методом атомно-силовой микроскопии оценены шероховатость поверхности и размер кристаллитов. Установлено, что с увеличением числа слоев от N = 1 до N = 11 в наноструктурах на основе сплава Cu96In4 размер кристаллитов изменяется слабо в интервале 18–22 нм, в то время как в образцах на основе меди наблюдается значительное увеличение размеров кристаллитов. Аналогичная тенденция наблюдается в изменении шероховатости в зависимости от числа слоев. Необычным результатом является обнаруженное в сверхрешетках (N = 11) с прослойками меди десятикратное возрастание магнитосопротивления с 2 до 20% при уменьшении толщины ферромагнитных слоев на 0.5 нм с t = 2 нм до t =1.5 нм. Обнаруженный эффект обусловлен изменением исходного при H = 0 магнитного порядка в системе от близкого к ферромагнитному к антиферромагнитному. 3. Исследовано микроволновое магнитосопротивление в сверхрешетках [Ta(3)/PyCr(3)]2/[Co77Fe17Ni6(1.5)/Cu96In4(2.1)]7/Co77Fe17Ni6(1.5)/Ta(5), полученных при осаждении слоев на профилированную поверхность с чередующимися полосками шириной 3 мкм, сформированными в буферном слое тантала толщиной 20 нм. Профиль поверхности представляет собой меандр с периодом около 6 мкм и глубиной канавок 5.5 нм. Микроволновые измерения были выполнены в интервале частот 26–38 ГГц с использованием скалярного анализатора цепей. Установлено, что формы полевых зависимостей коэффициента прохождения микроволн через образец у профилированного и непрофилированного образцов идентичны, но эффекты имеют разную величину. Наибольшая величина эффекта 50% наблюдается у образца с непрофилированной поверхностью, наименьшая величина около 30% – у профилированного образца при направлении микроволнового электрического поля перпендикулярно полоскам. Обнаружено, что максимальное микроволновое магнитосопротивление непрофилированного образца в два раза превышает магнитосопротивление, измеренное на постоянном токе. Разработан метод определения входного импеданса системы сверхрешетка–диэлектрическая подложка и восстановлена частотная зависимость входного импеданса профилированного и непрофилированного образцов. 4. Проведены исследования гальваномагнитных свойств спиновых клапанов PyCr(5)/Ni80Fe20(3)/Fe50Mn50(12)/Сo90Fe10(2)/Cu(4.4)/Сo90Fe10(4.5)/[Ta, PyCr(5)], в которых свободный слой Co90Fe10 соседствует с немагнитными слоями β-Ta или парамагнитного сплава PyCr. Для β аллотропной модификации тантала характерна большая величина спинового угла Холла. Измерения проведены на микрообъектах в виде мостов Холла. Показано, что импульс электрического тока плотностью от 2.8·109 до 8.4·109 А/м2 и продолжительностью 0.75 с приводит к отклонению магнитного момента свободного слоя. Это отклонение сохраняется после импульса тока, что проявляется в необратимом изменении магнитосопротивления. Установлено, что поворот магнитного момента свободного слоя происходит благодаря воздействию двух факторов: нагрева, вызванного импульсом тока, и эффекта передачи спин-орбитального крутящего момента электронов магнитному моменту свободного слоя благодаря спиновой аккумуляции на границах слоев β-Ta и PyCr. 5. Исследованы гальваномагнитные свойства мостов Холла, изготовленных из пленок тантала и трехслойных наноструктур, содержащих металлы с различными типами магнитного упорядочения: Ta(4)/Fe50Mn50(2)/Ta(4), Ta(4)/Co90Fe10(2)/Ta(4) и Ta(4)/Dy(tDy)/Ta(4), где tDy = 2, 10, 30 нм. Измерения проведены в интервале температур 80–293 K и интервале магнитных полей ±20 кЭ. Показано, что сопротивление пленки β-Ta(4), структур Ta(4)/Fe50Mn50(2)/Ta(4) и Ta(4)/Dy(2)/Ta(4) увеличивается при росте величины магнитного поля. Магнитосопротивление, которое демонстрируют указанные структуры, обусловлено подавлением спиновой аккумуляции на границах β-Ta (магнитосопротивление Ханле). Обнаружен различный характер зависимости величины магнитосопротивления от температуры для системы Ta(4)/Dy(2)/Ta(4) и пленок β-Ta и Ta(4)/Fe50Mn50(2)/Ta(4). Это обусловлено формированием при температурах T<90 K в ГЦК фазе диспрозия ферромагнитного упорядочения. В системе Ta(4)/Co90Fe10(2)/Ta(4) в интервале полей ±50 Э обнаружен рост сопротивления на величину ~10-2 %. Данный эффект связан с изменением условий для спиновой аккумуляции в слоях β-Ta, а именно, процессами поглощения/отражения спинового тока на интерфейсах Ta/CoFe при перемагничивании слоя CoFe.

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
1. Для решения запланированных задач магнетронным напылением получены пленки обладающих сильным спин-орбитальным взаимодействием металлов Ta, Pt и W0.75Ta0.25, спиновые клапаны на их основе со слоем антиферромагнетика Fe50Mn50 и с синтетическим антиферромагнетиком Ta/NiFeCr/CoFeNi/Ru/CoFeNi/Cu/CoFeNi/Ru/CoFeNi/FeMn/Ta, ГМР сверхрешетки [Co70Fe20Ni10/Cu]n с различной толщиной ферромагнитных слоев и их числом n = 2-10. Толщина пленок и композиции многослойных наноструктур варьировались в соответствии с логикой запланированных исследований. Методами литографии изготовлены: мосты Холла, микрообъекты в виде моста Уитстона, образцы для микроволновых исследований, состоящих из чередующихся микрополосок шириной 3 мкм, изготовленных из сверхрешеток Co77Fe17Ni6/(Cu, Cu96In4). 2. Исследована микроструктура тонких пленок Pt. Обнаружено, что в поликристаллических пленках Pt формируется ГЦК структура. При увеличении толщины пленок с 5 до 30 нм размер кристаллитов возрастает десятикратно, и формируется аксиальная текстура <111>. На основе сравнительного анализа полученных толщинных и температурных зависимостей положительного и отрицательного магнитосопротивления выделен вклад, обусловленный спиновой аккумуляцией на границах пленки. Анализ толщинной зависимости магнитосопротивления Ханле проведен в рамках теории размерных эффектов в магнитосопротивлении, обусловленных спин-орбитальным взаимодействием. Показано, что если длина спиновой диффузии в платине составляет 6-12 нм, то абсолютное значение спинового угла Холла превышает 3,3 %. 3. Исследованы микроструктура и гальваномагнитные свойств пленок сплава WTa и спиновых клапанов на его основе. Показано, что на начальном этапе роста в слое WTa формируется структура типа А15 (β-фаза), обладающая высоким удельным электросопротивлением и большой величиной спинового угла Холла. Последующее увеличение толщины слоя происходит за счет формирования ОЦК структуры (α-фазы), имеющей на порядок меньшее удельное электросопротивление и меньший спиновый угол Холла. При увеличении толщины пленок обнаружено резкое уменьшение удельного электросопротивления и изменение знака температурного коэффициента сопротивления. В пленках WTa обнаружено магнитосопротивление Ханле, величина которого резко возрастает при уменьшении α- и превалировании β-фазы. В пленках толщиной 2 нм, при температуре 83 К в поле 20 кЭ получено магнитосопротивление Ханле 0.035 %. Данная величина близка к таковой для пленок Pt и значительно превышает полученную ранее для пленок β-Ta. 4. Разработан метод контролируемого изменения однонаправленной анизотропии и обменного смещения в отдельных ветвях моста Уитстона, изготовленного из пленки спинового клапана. Метод опробован на пленках спиновых клапанов с нижним расположением антиферромагнетика (NiFeCr/NiFe/FeMn/CoFe/Cu/CoFe/NiFeCr) и спиновых клапанов с синтетическим антиферромагнетиком (Ta/NiFeCr/CoFeNi/Ru/CoFeNi/Cu/CoFeNi/Ru/ CoFeNi/FeMn/Ta). Найден оригинальный дизайн микрообъекта, реализующего схему моста Уитстона. Особенности топологии микрообъекта позволяют контролируемо изменять однонаправленную анизотропию в отдельных плечах моста. Изготовлены лабораторные модели датчиков магнитного поля на основе моста Уитстона, в котором все магниточувствительные элементы вносят вклад в выходной сигнал. 5. Исследованы магнитные и магниторезистивные свойства сверхрешеток [Co70Fe20Ni10(t)/Cu(2 нм)]n с толщиной ферромагнитных слоев t(CoFeNi)=2-4 нм и n = 2-10. Установлено, что при t(CoFeNi) = 3 нм их оптимальное число, при котором наблюдается максимальное магнитосопротивление, равно трем. В сверхрешетках с n ≥ 5 формируется магнитное состояние, близкое к ферромагнитному, что проявляется в увеличении остаточной намагниченности и наблюдении малого магнитосопротивления. Показано, что магнитное состояние в сверхрешетках с n ≥ 5 может быть вновь изменено на антиферромагнитное путем уменьшения толщины слоев CoFeNi. Это продемонстрировано на примере сверхрешетки с n = 6, у которой уменьшение t(CoFeNi) с 3 до 2 нм привело к повышению магнитосопротивления более чем в 5 раз. При этом магниторезистивная кривая приобрела форму, характерную для антиферромагнитно упорядоченных сверхрешеток. Отмечено, что обсуждаемая в работе корреляция между толщиной ферромагнитных слоев и их оптимальным количеством в сверхрешетках на 2-м антиферромагнитном максимуме носит общий характер. 6. Выполнено исследование прохождения и отражения микроволн с частотами от 26 до 38 ГГц через латерально-структурированные сверхрешетки, состоящие из чередующихся микрополос шириной 3 мкм. Исследования проведены при двух вариантах расположения микрополос по отношению к большей стороне волновода. Установлено, что при расположении полосок поперек большей стороны волновода микроволновой гигантский магниторезистивный эффект почти равен эффекту в исходном планарном образце. Величина данного эффекта в прохождении микроволн в 1.5 раза превышает эффект гигантского магнитсопротивления, измеренный на постоянном токе. В случае расположения микрополос вдоль большей стороны волновода зависимость от магнитного поля практически отсутствует. 7. Построена теория кинетического магнитоэлектрического эффекта в хиральных гелимагнетиках, в которых при протекании электрического тока эффект передачи спинового момента может вызывать вращение спирали намагниченности. Показано, что вращение спирали намагниченности гелимагнетика, обусловленное передачей спинового момента, приводит к уменьшению величины неравновесной намагниченности электронов проводимости в сравнении со случаем неподвижной спирали.