Магнетизм и спинтроника металлических наноструктур

Научная школа  "Магнетизм и спинтроника металлических наноструктур" основана в 1936 году академиком РАН С.В. Вонсовским. Продолжил дело академик  РАН Ю.А. Изюмов. В настоящее время руководителем научной школы является академик РАН В.В. Устинов.

Научные направления деятельности школы:

  • Электронная структура, магнитное упорядочение и физические свойства переходных и редкоземельных металлов, сплавов и соединений на их основе и органических магнитоактивных материалов.
  • Магнитные наноструктуры, спиновый электронный транспорт и физические основы нанотехнологий создания приборов и устройств спинтроники на основе металлических, полупроводниковых, органических  и гибридных гетероструктур.

 

Научные достижения:

  • Построена последовательная квантово-механическая теория граничных условий для спиновой функции распределения и плотности намагниченности электронов проводимости в металлах, дано описание основных поверхностных механизмов рассеяния с переворотом спина.
  • Выращены методом молекулярно-лучевой эпитаксии и всесторонне исследованы высокосовершенные металлические сверхрешетки, состоящие из чередующихся слоев ферромагнитных и немагнитных металлов и обладающие гигантским магнитосопротивлением, в которых реализовано неколлинеарное межслойное магнитное упорядочение.
  • Синтезированы слоисто-кластерные металлические сверхрешетки из слоев самоорганизующихся ферромагнитных кластеров в матрице немагнитного металла, в которых реализовано  различное межслойное и внутрислойное магнитное упорядочение. Синтезированные наноструктуры демонстрируют одновременно гигантское магнитосопротивление и кондо-подобное поведение электросопротивления.
  • Обнаружен микроволновый аналог эффекта гигантского магнитосопротивления в многослойных магнитных наноструктурах. Теоретически и экспериментально показано, что эффект ГМC , имеющий отрицательный знак, вызывает увеличение модуля коэффициента отражения волн и уменьшение модуля коэффициента прохождения, тогда как наблюдаемый одновременно магнитный резонанс обусловлен резонансным увеличением диссипативной мнимой составляющей магнитной проницаемости и сопровождается поэтому потерями электромагнитной энергии в наноструктуре, что выражается в уменьшении коэффициентов как отражения, так и прохождения.

 

Реализация фундаментальных научных достижений на практике (прикладные разработки):

  • Показана принципиальная возможность технологического управления величиной неколлинеарности магнитных слоев, что послужило основой атомного конструирования  металлических мультислоев с заданными магниторезистивными характеристиками. Синтезированные наноструктуры – основа для широкодиапазонных датчиков магнитного поля и прецизионных датчиков угловых смещений широкого назначения.
  • Создан спиновый инжекционный мазер, генерирующий излучение в субмиллиметровом диапазоне длин волн и перестраиваемый по частоте магнитным полем. Идея и конструкция спинового мазера защищены патентом.
  • Разработана методика определения профилей намагниченности в слоистых наногетероструктурах, основанная на использовании поляризационной нейтронной и резонансной рентгеновской магнитной рефлектометрии. Определено распределение намагниченности внутри слоёв сверхрешеток Fe/Gd с атомным разрешением.
  • Разработаны перспективные для спинтроники металлические наноструктуры типа «спиновый клапан» с предельно малым гистерезисом – величиной до десятых долей эрстеда - при значении  ГМР эффекта  около 10 % при комнатной температуре, превосходящие по этим характеристикам зарубежные аналоги. Созданные безгистерезисные спиновые клапаны могут быть использованы для разработки на их основе аналоговых сенсоров магнитного поля, датчиков тока, цифровых спинтронных устройств

 

Признание школы (Гранты Президента):

  • НШ-00-15-96745 «Электронная кинетика и спиновая динамика в металлических слоистых наноструктурах, магнитных металлооксидах и низкоразмерных проводниках» (2000-2002);
  • НШ-1380.2003.2 «Магнетизм и электронно-спиновый тран­спорт в металлических слоистых нано­структурах, магнитных металлооксидах и низкоразмерных проводниках» (2003-2005);
  • НШ-5869.2006.2 «Спиновая динамика и транспорт в магнит­ных металлических наногетероструктурах» (2006-2008);
  • НШ-3257.2008.2 «Спиновая динамика и гигантские анома­лии транспортных свойств в металлических, металлооксидных и органических наногетероструктурах» (2008-2009);
  • НШ-6172.2012.2 “Электронная кинетика и спиновая динамика магнитных наноструктур. Спинтроника и нанотехнологии металлических, металлооксидных и органических материалов и систем” (2012-2013).

 

Правительственные награды за научные достижения и научные премии, полученные в рамках работы по научным направлениям:

  • Орден Почета (2010) - В.В.Устинов;
  • Орден Дружбы (2002) -  В.В. Устинов.
  • Устинов В.В. - Золотая медаль УрО РАН им. академика С.В. Вонсовского (2011), Диплом Европейского Общества исследования материалов (2006), Премия РАН им. А.Ф. Иоффе (2011), Премия имени В.Н.Татищева и Г.В.де Генина в области науки, техники и медицины (2011);
  • Телегин А.А. – премия РАН для молодых ученых (2011)
  • Ринкевич А.Б. - премия УрО РАН имени академика И.М. Цидильковского (2008).
  • Носов А.П. - Премия УрО РАН имени академика И.М. Цидильковского (2012).

 

Проводимые конференции, школы в рамках работы:

В рамках данного научного направления в 2001 г. была инициирована новая серия международных конференций «EastMag», которые проводятся 1 раз в 3 года. Рассматриваются проблемы магнетизма, в том числе, спинтроники. Теоретические аспекты магнетизма представлены также в тематике проводимых институтом с 60-х годов прошлого века 1 раз в 2 года Международных зимних школ «Коуровка». Физика магнитных явлений представлена и в тематике ежегодных Всероссийских молодежных конференциях по физике конденсированного состояния СФКС, а также проводимых в последние годы институтом следующих конференциях:

  • IV Международная  конференция “Высокоспиновые молекулы и молекулярные магнетики” (г. Екатеринбург, 14-19 октября 2008 г)
  • II Российско-японский семинар "Open Shell Compounds and Molecular Spin Devices" (16-17 октября 2008г.)
  • XI Международная конференция “Дислокационная структура и механические свойства металлов и сплавов ДСМСМС-2008” Екатеринбург, 10-14 апреля 2008г.
  • НАНО-2009, ИФМ УрО РАН, Екатеринбург, июнь 2009г.
  • 19 международный симпозиум “Наноструктуры: физика и технология”, ИФМ УрО РАН, Екатеринбург, июнь 2011г.
  • Международная конференция «Научное наследие академика С. В. Вонсовского» (2010)
  • XI Международная конференция "Мессбауэровская спектроскопия" (2009).