Физическая кинетика и спинтроника магнитных наноструктур

Руководитель школы:

• Устинов Владимир Васильевич, академик РАН, доктор физико-математических наук, профессор.

Основатели школы:

• Зырянов Павел Степанович, доктор физико-математических наук, профессор;
• Власов Кирилл Борисович, доктор физико-математических наук, профессор;
• Волкенштейн Нахим Вениаминович, доктор физико-математических наук, профессор;
• Самохвалов Алексей Андреевич, доктор физико-математических наук, профессор. 

Ведущие ученые школы:

• Бебенин Николай Георгиевич, д.ф.-м.н.
• Геращенко Александр Павлович, д.ф.-м.н.
• Кулеев Игорь Гайнитдинович, д.ф.-м.н.
• Ляпилин Игорь Иванович, д.ф.-м.н.
• Кузнецова Татьяна Владимировна, к.ф.-м.н.
• Кравцов Евгений Алексеевич, д.ф.-м.н.
• Марченков Вячеслав Викторович, д.ф.-м.н.
• Миляев Михаил Анатольевич, д.ф.-м.н.
• Михалев Константин Николаевич, д.ф.-м.н.
• Мостовщикова Елена Викторовна, д.ф.-м.н.
• Носов Александр Павлович, д.ф.-м.н.
• Прекул Александр Федосиевич, д.ф.-м.н.
• Ринкевич Анатолий Брониславович, член-корреспондент РАН, д.ф.-м.н.
• Пискунов Юрий Владимирович, д.ф.-м.н.
• Скрипов Александр Владимирович, д.ф.-м.н.
• Солин Николай Иванович, д.ф.-м.н.
• Сухоруков Юрий Петрович, д.ф.-м.н.
• Телегин Андрей Владимирович, к.ф.-м.н.
• Титов Александр Натанович, д.ф.-м.н.
• Якушев Михаил Васильевич, д.ф.-м.н.

Направления исследований школы:

• Спиновый транспорт в электропроводящих магнетиках и наногетероструктурах на их основе
• Магнитные наноструктуры: технологии синтеза, физические свойства и приложения в спинтронике
• Нейтронная и рентгеновская диагностика атомной и магнитной структуры планарных наносистем
• Исследование возбуждения, распространения и взаимодействий спиновых волн в магнитных микро- и наноструктурах
• Исследование высокочастотных и оптических свойств магнитных наноструктур
• Разработка аналоговых устройств для обработки микроволновых сигналов, основанных на спиновых волнах с управляемым затуханием
• Разработка прототипов спинтронных устройств для передачи, генерации и детектирования радиочастотных и микроволновых полей и сигналов
• Резонансная спектроскопия фазовых переходов и критических явлений в сильнокоррелированных системах на основе d- и f – элементов, включая наночастицы и гетероструктуры.
• Исследование атомной диффузии и реориентационного движения в системах металл – водород.
• Механизмы электропереноса в материалах с ионной проводимостью.
• Нелинейные  динамические явления в системах с дальним магнитным порядком: домены, доменные границы, вихревые и низкоразмерные структуры.
• Фокусировка фононов, фононный транспорт и термоэлектрические явления в полупроводниковых нанопленках и нанопроводах.
• Слоистые кобальтиты на основе RBaCo2O5+d (Re – редкоземельный элемент). Изучение влияния локальных искажений, вызванных заменой редкоземельного иона и/или отклонением от стехиометрии по катионным подрешеткам, варьированием содержания кислорода, наноструктурированием на спиновые состояния ионов кобальта, исследование однонаправленной анизотропии магнитосопротивления, механизмов фазового разделения фаз, выявление взаимосвязей магнитной и электронной подсистем.
• Создание и изучение оптических композитов на основе легированных манганитов, обладающих улучшенными магнитооптическими свойствами.
• Разработка технологии и создание гетероструктур для спиновой инжекции в плёночных наногетероструктурах ферромагнетик-полупроводник.
• Распространение спиновых волн с малым затуханием в тонкопленочных магнетиках.
• Стрейн-магнитооптика - магнитооптические эффекты в монокристаллах феррит-шпинели, возникающие за счет магнитоупругих деформаций.
• Фотоиндуцированные эффекты в постоянных и переменных магнитных и электирических полях в магнитных полупроводниках.

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 СПФКС, 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)
• Международные конференции "Мессбауэровская спектроскопия и ее применение" (2009, 2022)
• V Молодёжная конференция «Проект DARIA: Компактные источники нейтронов в России»
• Euro-Asian Symposium "Trends in MAGnetism"