Лаборатория магнитных полупроводников

Лаборатория магнитных полупроводников была создана в ИФМ УНЦ РАН 5 октября 1972 года. Её возглавил доктор физико-математических наук, впоследствии лауреат Государственной премии СССР, заслуженный деятель науки РФ Алексей Андреевич Самохвалов. Однако история лаборатории началась существенно раньше, с момента создания Алексеем Андреевичем группы ферритов в 1964 году по инициативе академика АН СССР Сергея Васильевича Вонсовского. С момента образования группы ферритов А.А. Самохвалов проводил оправдавшую себя с годами организацию работы: от технологии получения образцов, исследования комплекса физических свойств различными экспериментальными методиками до выяснения возможностей использования полученных результатов и разработки макетов прикладных устройств. Девизом коллектива группы, а впоследствии и лаборатории, стала крылатая фраза А.А. Самохвалова – «Ни дня без эксперимента!».

Материалы, активно исследовавшиеся за годы существования лаборатории магнитных полупроводников (начиная с работ группы ферритов):

Первый полупроводниковый редкоземельный ферромагнитный оксид с T_C = 70 – 150 K и намагниченностью насыщения 24100 Гс, представляющий собой модельный Гейзенберговский ферромагнетик. Монокристаллы и пленки EuO c повышенной температурой Кюри оказались подходящим материалом для термомагнитной записи и считывания информации на основе эффекта Фарадея. На них совместно с ФИАН СССР была осуществлена побитовая и голографическая запись информации с высокими характеристиками, созданы макеты устройств, использующих гигантский эффект Фарадея и гигантское магнитосопротивление окиси европия. Активно изучалась возможность повышения температуры фазового перехода оксида путем его замещения европия ионами гадолиния в пленках  Eu_1-хGd_xO (максимальная температура – 150 К). Была отработана технология создания горячепрессованных керамик халькогенидов EuS, EuSe оптического качества.

 

♦ Хромовые халькогенидные шпинели CdCr₂Se₄ и HgCr₂Se₄

Оказались следующим объектом для фундаментального изучения взаимодействия электронной и магнитной подсистем и основой для создания магнитных полупроводников рабочей температурой выше температуры кипения жидкого азота (79 К). Отработаны методики твердофазного синтеза замещенных халькогенидных шпинелей разного состава. Обнаружены и исследованы явления сильного электрон-магнонного взаимодействия в магнитных полупроводниках – разогрев магнонов, генерация спиновых волн носителями заряда в сильном электрическом поле, их управляемое электрическим СВЧ полем поглощение и затухание за счет магнитоэлектрического механизма, эффект черенковского усиления спиновых волн дрейфующими носителями заряда. Работы лаборатории по возбуждению магнонов носителями тока в магнитных полупроводниках и по электрон-магнонному взаимодействию были пионерскими, имели важное фундаментальное и прикладное значение, отмечались в списке важнейших достижений АН СССР в 1979 и 1980 гг. и положили начало новому направлению на границе физики полупроводников и магнетизма – магнитоэлектронике, которое в настоящее время именуется «спинтроника» и имеет необычайно широкое распространение в мире.

Другая важная особенность хромхалькогенидных шпинелей состояла в гигантских магнитооптических эффектах при широкой спектральной области, охватывающей ближний и средний ИК диапазон. Гигантские магнитооптические эффекты стали основой целого ряда разработанных оптоэлектронных магнитоуправляемых устройств (модуляторов излучения, полосовых магнитооптических фильтров, анализатора азимута поляризации излучения). Помимо хромовых шпинелей с целью создания магнитных полупроводников с температурой перехода выше комнатной температуры синтезировались и изучались медные шпинели типа Cu_хFe_1-хS₄;

♦ ВТСП на основе оксида меди

Оксид меди, так же как и купратные ВТСП, относится к сильно коррелированным соединениям. В лаборатории впервые в СССР были выращены монокристаллы YBa₂Cu₃O₇ высокого качества c T_C = 93 K, также были синтезированы и исследованы поликристаллы аналогичного состава. Практически одновременно началось комплексное изучение свойств низкоразмерного антиферромагнитного полупроводника CuO – первоосновы сложных сверхпроводящих оксидов. Была изучена анизотропия магнитных свойств, электронной проводимости и оптического поглощения, ЭПР монокристаллов CuO.

 

 

♦ Гетероструктуры магнитный полупроводник/полупроводник

В структуре p-HgCr₂Se₄/n-InSb сотрудниками лаборатории была предсказана и обнаружена эмиссия в миллиметровом и субмиллиметровом диапазоне при инжекции поляризованных носителей тока из ферромагнитного полупроводника. В результате исследований был разработан спиновый инжекционный мазер, который использует для получения активной среды квантовые энергетические уровни электронов проводимости, может генерировать электромагнитное излучение мощностью до 75 мВт/А в диапазоне частот от 30 ГГц до 1500 ГГц и температурном интервале от 10 до 180 К.

♦ Манганиты с эффектом колоссального магнитосопротивления

Впервые показано, что легированные манганиты Re_1-xA_xMnO₃, где Re – редкоземельные элементы La, Pr, Nd и другие, A – щелочноземельные Sr, Ca, Ba характеризуются наличием эффектов колоссального магнитосопротивления, неоднородного магнитного и зарядового состояния, изотопического сдвига и т.д., также обладают гигантскими магнитооптическими эффектами в ИК-диапазоне спектра. В лаборатории проводилось комплексное изучение структурных, магнитных, транспортных, оптических, магнитотранспортных и магнитооптических свойств легированных манганитов, направленное на анализ их электронной структуры и взаимосвязи электронной и магнитной подсистем.

Исследования в этом направлении позволили защитить ряд патентов и создать модулятор ИК-излучения, «магнитную линзу» на основе гетероструктуры манганит-ВТСП и т.д.

Впервые в мире оптическим методом было доказано наличие разделения фаз (сосуществование высокопроводящих «металлических» и диэлектрических областей с орбитальным упорядочением) для электронно- и дырочно-допированных манганитов и низкоразмерных слоистых манганитов типа La_1.2Sr_1.8Mn₂O₇.

♦ Слоистые магнитные оксиды

Изучались особенности магнитных и электрических свойств, связанные с существованием ионов кобальта в разных спиновых состояниях моно-и поликристаллах кобальтитов La_1-xSr_xCoO₃ и ReBaCo₂O_5+d. Работы по изучению влияния валентности и спинового состояния редкоземельного иона, стехиометрии по кобальту и кислороду продолжаются в настоящее время.

♦ Наноструктурированные магнитные полупроводники

В соавторстве с коллегами из других научных подразделений в лаборатории разработаны технологии получения высокоплотных оптических нанокерамик с применением динамических (взрывных) и квазистатических методов сдвиговой деформации магнитных полупроводников на основе двойных и тройных соединений, таких как CuO, Cu₂O, Mn₃O₄, ZrO₂, ZnSe, LaMnO_3+y, FeBO₃, Y₃Fe₅O₁₂ и др. Разработаны оригинальные камеры высокого давления, детально описанные в патентах РФ.

Впервые показано существенное изменение электронной структуры магнитных оксидах при наноструктурировании, которым можно управлять изменением технологических режимов при получении нанокерамики. Продемонстрирована возможность улучшения функциональных свойств магнитных полупроводников путем наноструктурирования: получен нано-CuO с оптическими параметрами, необходимыми для создания селективных поглотителей солнечной энергии, получен нанокомпозит с манганитом с расширенной температурной областью существования эффекта магнитооптических эффектов и т.д. Экспериментально установлено наличие магнитооптического эффекта Фарадея в нанокерамике ЖИГ и его зависимость от размера зерна материала.

 

Бывшие сотрудники лаборатории магнитных полупроводников:

• старший лаборант Автомонова Татьяна Степановна (делопроизводство)
• Афанасьев Александр Яковлевич (синтез поликристаллов и электрические свойства)
• м.н.с., к.ф.-м.н. Бабушкин Василий Степанович (СВЧ свойства)
• м.н.с. Бучкевич Андрей Александрович (оптические и магнитооптические свойства)
• м.н.с. Галахова (Магат) Ольга Львовна (рентгеновские исследования)
• н.с., к.ф.-м.н. Гуничев Александр Феофанович (оптические и магнитооптические свойства)
• с.н.с., к.ф.-м.н. Карпенко Борис Викторович (теория обменных взаимодействий в магнетиках)
• старший лаборант Костромитина Маина Сергеевна (синтез поликристаллов)
• инж. Костромитина (Жеребцова) Наталья Владимировна (синтез кристаллов и рентгеновские исследования)
• с.н.с., к.ф.-м.н. Костылев Виктор Алексеевич (транспортные и магнитотранспортные свойства)
• инж. Кочев Игорь Владимирович (электрические явления)
• г.н.с., д.ф.-м.н. Лошкарева Наталья Николаевна (оптические и магнитооптические свойства)
• инж. Морозов Юрий Николаевич (магнитные свойства)
• инж. Морозова Нелли Александровна (транспортные свойства)
• с.н.с., к.ф.-м.н. Осипов Владимир Васильевич (электрические явления)
• с.н.с. Показаньева Галина Константиновна (горячее прессование, электрические явления)
• инж. с.н.с., к.ф.-м.н. Симонова Маргарита Ивановна (синтез и кристаллическая структура твердых тел)
• с.н.с. Смоляк Игорь Борисович (магнитные явления)
• инж. Стародумов Михаил Иванович (транспортные свойства)
• м.н.с., к.х.н. Телегин Сергей Владимирович (синтез монокристаллов и рентгеновские свойства)
• инж. Трофимов Алексей Игоревич (оптические и магнитооптические свойства)
• инж. Тугушев Станислав Нариманович (оптические и магнитооптические свойства, автоматизация измерений)
• с.н.с., к.ф.-м.н. Фальковская Любовь Давыдовна (теория твердого тела)
• с.н.с., к.ф.-м.н. Чеботаев Николай Михайлович (синтез поли- и монокристаллов)
• инж. Шумилов Игорь Юрьевич (СВЧ-свойства)
• инж. Юсупов Роман Додохонович (оптические и магнитооптические свойства, автоматизация измерений)