ИСТИНА

Предполагается исследование магнитооптических эффектов Керра и Фарадея, оптических свойств, таких как показатель преломления, коэффициенты прохождения, отражения, и поглощения, транспортных свойств, а также исследования магнитной динамики в гибридных магнитных наноструктурах. Будет изучаться влияние магнитных свойств и магнитной структуры элементов на вышеперечисленные оптические и транспортные свойства. С этой целью будут теоретически и экспериментально исследоваться наноструктуры, состоящие из магнитных и сверхпроводящих слоев, включая неколлинеарные, металлические и диэлектрические магнетики, низкотемпературные сверхпроводники; а также, отдельные магнитные материалы. Эти исследования лежат на стыке таких актуальных областей, как спинтроника и низкоэнергозатратная криогенная электроника, и будут способствовать значительному прогрессу в развитии этих техногенных направлений. Фундаментальный интерес представляют новые физические эффекты и механизмы, которые предполагается предсказать или обнаружить экспериментально в процессе исследования. Тема исследований соответствует направлению «Переход к передовым цифровым, интеллектуальным производственным технологиям, роботизированным системам, новым материалам и способам конструирования, создание систем обработки больших объемов данных, машинного обучения и искусственного интеллекта» Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации.

Magnetooptical Kerr and Faraday effects, optical properties: refraction index, reflection, transmission, and absorption coefficients; transport properties; and magnetodinamics in hybrid magnetic nanostructures will be investigated. The influence of the magnetic properties and magnetic structure on the mentioned above optical and transport properties will be a subject of our research. For this goal, nanostructures, consisted of magnetic and superconducting layers, including low-temperature superconductors, noncollinear, metallic and insulating magnets; as well as separate magnetic materials will be studied theoretically and experimentally. These investigations lie on the crossing of such modern fields, as spintronics and energy-efficient cryogenic nanoelectronics. New physical effects and mechanisms under investigation both theoretical and experimental turn fundamental scientific interest.

1. Исследование нового механизма магнитооптических эффектов Керра и Фарадея в линейном приближении. В рамках квантово-механического подхода будет рассчитан тензор проводимости и вычислены характеристики полярного эффекта Керра и эффекта Фарадея. Оба механизма магнитооптических явлений – традиционный, и тот, который предлагается исследовать одновременно дают вклад в магнитооптические эффекты. Поворот плоскости поляризации который дает новый эффект, по величине сравним с теми величинами, которые дает обычный механизм (см., например [6]). 2. Теоретическое исследование переключаемых джозефсоновских контактов со спиральным магнетиком в качестве слабой связи. При различных условиях генерации дальнодействующих триплетных куперовских пар, джозефсоновский ток в SFS контактах должен зависеть от направления спирального магнитного упорядочения F слоя (направляющий вектор спирали в плоскости пленки или под углом) или однородного его намагничивания. 3. Экспериментальное исследование эффекта близости с ферромагнитным диэлектриком, а именно, влияния намагниченности кристалла иттриевого феррита-граната на критическую температуру и критический ток тонкой сверхпроводящей пленки, лежащей на нем. Изготовление гибридных структур на основе сверхпроводящих слоев, спиральных магнетиков и ферромагнитных диэлектриков, в том числе сверхпроводящих микромостиков с осью вдоль различных направлений намагниченности магнетиков. 4. Исследование магнитной структуры и кинетики перемагничивания используемых в проекте магнетиков. 5. Экспериментальное изучение подавления сверхпроводимости в тонких слоях (Al, Nb и др.) за счет спин-активного отражения на границе раздела сверхпроводник/ ферромагнитный диэлектрик (S/FI).

Авторский коллектив включает ученых, имеющих большой опыт исследования электронного транспорта в гетероструктурах. В частности, ими была разработана квантовая теория гигантского магнитосопротивления и туннельного магнитосопротивления. Ими впервые был теоретически рассмотрен спин-зависящий электронный транспорт в магнитных туннельных сегнетоэлектрических контактах. Ряд работ авторов посвящен исследованию аномального эффекта Холла в туннельных контактах разного типа. Авторами проекта был предсказан новый эффект в магнитных туннельных контактах – возникновение, при определенных условиях «искусственного сегнетоэлектрика», было описано явление, получившее позднее названия «туннельный аномальный эффект Холла. На основе современной микроскопической теории руководителем проекта было представлено аналитическое описание джозефсоновских наногетероструктур с комплексной прослойкой, содержащей слои ферромагнетика, изолятора, и нормального металла, а также разработан алгоритм расчета и изучены характеристики управляемых устройств спинтроники на основе таких наноструктур. Руководителем проекта проводились исследования наногетероструктур сверхпроводник-спиновый вентиль. Теоретически предсказан новый эффект, связанный с влиянием джозефсоновского тока на наведенную намагниченность в таких структурах. Исследования сверхпроводящих спиновых вентилей позволили выяснить и подтвердить природу триплетного спин-вентильного эффекта, обратного влияния сверхпроводящего спаривания на устойчивость ферромагнитного упорядочения.

1. В рамках квантово-механической теории возмущений, с возмущением зависящим от времени, будут рассчитаны тензоры проводимости и поляризуемости. Расчеты будут проведены в первом порядке по спин-орбитальному взаимодействию электронов ферромагнитного кристалла с электрическим полем электромагнитной волны. При расчете этих тензоров будет учтен дополнительный вклад в оператор скорости, обусловленный спин-орбитальным взаимодействием. Будет рассмотрен случай линейной поляризации волны. Будут рассчитаны характеристики магнитооптических эффектов Керра и Фарадея. Модельные расчеты будут приложены к конкретным соединениям с учетом их реальной зонной структуры. Будет исследована возможность экспериментального разделения вкладов обычного механизма магнитооптических явлений, и механизма, которому посвящен настоящий Проект. Одним из способов разделить эти вклады, может быть различие в зависимости численных характеристик эффектов (углов поворота плоскости поляризации для эффекта Фарадея и полярного и меридионального эффектов Керра) от взаимной ориентации намагниченности образца и поляризации падающей волны. 2. Будет проведено теоретическое исследование переключаемых джозефсоновских контактов со спиральным магнетиком в качестве слабой связи. Будет рассчитан джозефсоновский ток в контактах со спиральными магнетиками. При различных условиях генерации дальнодействующих триплетных куперовских пар, он должен зависеть от направления спирального магнитного упорядочения F слоя (направляющий вектор спирали в плоскости пленки или под углом) или однородного его намагничивания. 3. Будет проведено экспериментальное исследование эффекта близости с ферромагнитным диэлектриком, а именно, влияния намагниченности кристалла иттриевого феррита-граната на критическую температуру и критический ток тонкой сверхпроводящей пленки, лежащей на нем. Будут изготовлены гибридные структуры на основе сверхпроводящих слоев, спиральных магнетиков и ферромагнитных диэлектриков, в том числе сверхпроводящих микромостиков с осью вдоль различных направлений намагниченности магнетиков. 4. Будет проведено исследование магнитной структуры и кинетики перемагничивания используемых в проекте магнетиков. 5. Будет проведено экспериментальное изучение подавления сверхпроводимости в тонких слоях (Al, Nb и др.) за счет спин-активного отражения на границе раздела сверхпроводник/ ферромагнитный диэлектрик (S/FI).