Пресс-центр

24.12.2020

Ученый совет утвердил важнейшие результаты 2020 года

1.  Термостимулированный магнитоупругий эффект, позволяющий управлять структурой намагниченности микрочастиц без внешнего магнитного поля

Руководитель: А.А. Бухараев (КФТИ ФИЦ КазНЦ РАН)
Исполнители: Д.А. Бизяев, Н.И. Нургазизов, А.П. Чукланов, С.А.Мигачев (КФТИ ФИЦ КазНЦ РАН)

Одной из проблем стрейнтроники является управление структурой намагниченности в микрочастицах без использования внешнего магнитного поля. В 2020 году нами было впервые показано, что это можно сделать, используя в качестве подложки для планарных магнитных микрочастиц кристалл ниобата лития LiNbO3, обладающий значительной анизотропией термического расширения [1, 2].

Методами магнитно-силовой микроскопии (МСМ) было продемонстрировано, что у частиц CoNi размером 25х25х0.03 мкм3, сформированных и измеренных при 300К (т.е. в состоянии без механических напряжений) наблюдается многодоменная структура(рис.1b). При 350К МСМ изображение демонстрирует переход микрочастиц в однородное намагниченное состояние за счет индуцированной в них магнитоупругой анизотропии, вызванной нелинейным расширением подложки при ее нагреве (рис. 1c). Для сравнения, такое же однородное состояние можно получить при 300К, если вдоль поверхности образца приложить поле 12 mT (рис.1d.). Охлаждение образца от 350 до 300 К восстанавливает в частицах многодоменную структуру за счет снятия напряжений.

Полученные результаты могут быть использованы при разработке методов термоассистируемой магнитной записи информации.

2020-1.jpg
Рис.1. Формирование однородной намагниченности в микрочастице CoNi. (а) - АСМ изображение частицы. MFM-изображения одной и той же частицы при определенных условиях: (b) - без внешнего магнитного поля при 300 K; (c) - без магнитного поля при 350 К; (d) - во внешнем магнитном поле 12 мТл при 300 К (направление поля показано белой стрелкой). Масштабная линейка на изображениях длиной 10 мкм.

Публикации

  1. D.A. Bizyaev, A. A. Bukharaev, N. I. Nurgazizov, A.P. Chuklanov, S. A. Migachev /Thermally induced magnetoelastic effect in planar CoNi microparticles on Lithium Niobate // Physica Status Solidi - Rapid Research Letters, 2020, 2000256 (1-5).
  2. D. A. Bizyaev, A. A. Bukharaev, N. I. Nurgazizov, A. P. Chuklanov, S. A. Migachev /Magnetoelastic Effect in CoNi Particles Caused by Thermal Resizing of Crystal Substrate // Abstracts of the international conference Modern Development of Magnetic Resonance, Kazan, September 28–October 2, 2020, P. 70-71.
Направление: II. Физические науки, направление  8. 
Тема 0217-2019-0002

2. Электромагнитно-индуцированная прозрачность в моноизотопном кристалле 167Er:7LiYF4

Руководитель: А.А. Калачев КФТИ ФИЦ КазНЦ РАН
Исполнители: А.А. Калачев1, О. Морозов1,2, С.Л. Кораблева1,2, Н. Кухарчук3, Д. Шолохов3, П. Бушев3,4 (1КФТИ ФИЦ КазНЦ РАН, 2КФУ, 3Саарский университет (Германия), 4Юлихский исследовательский центр (Германия))

Впервые в моноизотопном кристалле YLiF4 (обогащенном изотопом лития-7), легированном трехвалентными ионами Er-167 (концентрация 0.0025 ат.%), исследован эффект электромагнитно-индуцированной прозрачности. Проведены измерения зависимости спектра поглощения примесных ионов на переходе 4I15/2(0)-4I13/2(0) (длина волны 1530 нм) от магнитного поля и определены параметры эффективного спинового гамильтониана для возбужденного состояния. Показано, как теоретически так и экспериментально, что при определённом значении и направлении внешнего магнитного поля в рассматриваемом кристалле образуется полный часовой переход между сверхтонкими подуровнями основного электронного состояния примесных ионов и симметричная L-схема оптических переходов. В этих условиях при охлаждении образца ниже 400 мК достигается степень просветления резонансной среды 55%. Результаты представляют интерес для разработки твердотельных управляемых оптических линий задержек и устройств оптической квантовой памяти на телекоммуникационных длинах волн.

2020-2.png
  Рис. 1. Зависимость амплитуды (слева) и фазы (справа) пробного поля от частоты в области исследуемого резонансного перехода при различных температурах образца. Черная линия – эксперимент, красная линия – результат теоретического расчета, 
– начало частотной шкалы в области резонанса. Провал в центре линии поглощения, наблюдаемый через измерение амплитуды пробного поля, соответствует окну электромагнитно-индуцированной прозрачности шириной 15 МГц, а участок аномальной дисперсии, наблюдаемый через измерение фазы пробного поля, соответствует уменьшению групповой скорости и задержке импульса на 5 нс.

Публикации:

  1. N. Kukharchyk, D. Sholokhov, O. Morozov, S. L. Korableva, A. A. Kalachev, P. A. Bushev. Electromagnetically induced transparency in a mono-isotopic 167Er:7LiYF4 crystal below 1 Kelvin: microwave photonics approach // Optics Express, 28(20), 29166-29177 (2020)
Направление: II. Физические науки, направление 10


3. Природа несимметричной формы резонансных линий в спектрах ЭПР при наличии спектральной диффузии. Аномальный “резонансный” отклик нерезонансных частиц

Руководитель: К.М. Салихов (КФТИ ФИЦ КазНЦ РАН)

Установлена физическая природа несимметричной формы резонансных линий в стационарных спектрах электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) растворов парамагнитных частиц, вызванная обменным взаимодействием частиц при бимолекулярных столкновениях и диполь-дипольным спин-спиновым взаимодействием. Асимметрия резонансов возникает благодаря взаимному переносу спиновой когерентности между спинами c разными собственными частотами возбуждения спинов.

Происходит аномальный «резонансный» отклик спинов:

  • Амплитуда вынужденной намагниченности спинов под воздействием микроволнового поля с заданной частотой демонстрирует резонансный эффект как для спинов, собственная частота которых совпадает с частотой вынуждающего поля, так и для всех нерезонансных спинов.
  • Фазы вынужденной стационарной намагниченности резонансных и нерезонансных спинов отличаются. Поэтому нерезонансные спины дают в наблюдаемый на опыте спектр поглощения ЭПР дополнительный вклад- дисперсию нерезонансных спинов.

Показано, что полученные результаты можно обобщить на другие системы, в которых реализуется спектральная диффузия. Хорошо известным примером может служить спектральная диффузия для электронных и ядерных спинов, вызванная обратимыми химическими реакциями, так называемый химический обмен.   

2020-3-1.jpg2020-3-2.jpg
Рис.1. Вклад двух взаимодействующих подансамблей спинов с разными резонансными частотами в спектр ЭПР. Расчеты приведены для модельной системы со следующими параметрами: Расстояние между положениями линий в спектре равно 23 Гс; время декогеренции изолированных спинов равна 0.57 mс; скорость переноса спиновой когерентности 7 10
7 1/c.

Публикации:

  1. Salikhov, K.M. New paradigm of spin exchange and its manifestations in EPR spectroscopy. Appl. Magn. Reson. 51, 297-325 (2020).
  2. К.М. Салихов. Проявление переноса когерентности в спектроскопии. Новая парадигма спинового обмена и его проявления в спектрах ЭПР. Известия РАН, серия физическая 84, 659-663 (2020)
  3. K.M. Salikhov. Interpretation of the Nature of the Mixed Form of Resonance Lines of the EPR Spectrum in a New Paradigm of Spin Exchange. Abnormal "Resonance” of Non-Resonant Spins. J. Phys. Chem. B124, 30, 6628-6641 (2020)
Направление: II. Физические науки, направление 8
Тема 0217-2019-0003


Наиболее значимые результаты института, готовые к практическому применению


1. Электропроводящий композиционный материал на основе полимеров и углеродных нанотрубок

Авторы: Хантимеров С. М., Гарипов Р.Р., Сулейманов Н.М. (КФТИ ФИЦ КазНЦ РАН)

Разработка велась в обособленном структурном подразделении КФТИ ФИЦ КазНЦ РАН совместно с ООО "Новые структуры и технологии".

Разработаны физико-химические основы технологии получения функционализированных углеродных нанотрубок и полимерных композиционных материалов на их основе. Разработанная методика позволяет получать композиционные материалы с заданной величиной электропроводности путем варьирования концентрации углеродных нанотрубок в полимерной матрице. В зависимости от концентрации углеродных нанотрубок в полимере могут быть получены электропроводящие, антистатические и экранирующие материалы и покрытия с величиной электропроводности 10-3-10-8 См/м. Данный материал может быть использован в химической промышленности, авиа-, судо-, приборо- и машиностроении.

Разработка готова к практическому применению. Разработанный материал имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными композиционными материалами (легированные углеродной сажей, мелкодисперсным графитом, металлическими частицами) – это меньший расход наполнителя для получения требуемых параметров, и как следствие - большая однородность и массогабаритные характеристики конечного материала. По сравнению с другими известными разработками (WO 169960/2013, US 7999028, RU 2677156, RU 2602798) преимущество выражается в снижении трудозатрат и более высоких технических параметрах конечного материала.

Был проведен патентный поиск в российской и международных базах данных и установлено, что предлагаемое решение патентоспособное.


2020-4-1.png

Рис. 1. Электронные микрофотографии исходных и функционализированных УНТ



2020-4-2.png

Рис. 2. Концентрационная зависимость электропроводности образцов композиционного материала

Публикации:

  1. Garipov R.R. Effect of thermochemical treatment on the state of SWNT and on the electrical conductivity of epoxy-SWNT composites / R.R. Garipov, S.M. Khantimerov, S.G. L`vov, V.A. Shustov, N.V. Kurbatova, N.M. Suleimanov. // Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanostructures. DOI: 10.1080/1536383X.2020.1833191. 2020.
  2. Garipov R.R. Electrically Conductive Composite based on Functionalized Carbon Nanotubes/Epoxy Resin / R.R. Garipov, S.M. Khantimerov, N.M. Suleimanov // International Journal of Innovative Technology and Exploring Engineering. – 2020. – Vol. 9. – P. 1401-1404.
Направление: II. Физические науки, направление 9
Тема 0217-2019-0002


2. Технология формирования слоев нанопористого германия различной морфологии, зависящей от массы имплантированного иона переходного металла

Авторы: А.Л. Степанов, В.И. Нуждин, В.Ф. Валеев (КФТИ ФИЦ КазНЦ РАН)

Разработана технология получения тонких слоев нанопористого Ge (PGe) с различной морфологией при помощи низкоэнергетический высокодозовой ионной имплантации. Методом сканирующей электронной микроскопии высокого разрешения показано как морфология PGe зависит от массы внедряемых ионов переходных металлов (52Cr+55Mn+56Fe+59Ni+63Cu+108Ag+122Sb+). Полученные результаты продемонстрированы на конкретном примере ионной имплантации монокристаллических пластин c-Ge при энергии 30-40 кэВ и дозе 5.0⋅1016 ион/см2. Установлено что морфология слоев PGe с ростом массы облучаемого иона меняет свою структуру от лабиринтовой, дырочной, мембранной, трёхмерной сетчатой до губчатой c нанонитями. Тонкие слои PGe различной морфологии могут найти применение в качестве элементов солнечных батарей в ближней ИК области, электродов ионно-литиевых аккумуляторов, каркасных структур для культивирования бактерий и биопленок в биомедицинских исследованиях, сенсоров с усиленным сигналом комбинационного рассеяния и др.

2020-5.png
Рис.1 Слои нанопористого германия различной морфологии

Публикации:

  1. A.M. Rogov, V.I. Nuzhdin, V.F. Valeev, A.L. Stepanov, Formation of porous germanium layers with various surface morphology in dependence on mass of implanted ions, Composites Comm. 19 (2020) 6 (Scopus - Q1);
  2. V.G. Evtugin, A.M. Rogov, L.R. Valeeva, N.N. Khabipova, V.I. Nuzhdin, V.F. Valeev, A.L. Stepanov, Biological cell scaffolds based on nanoporous germanium layers formed by ion implantation, Vacuum 177 (2020) 109403 (Scopus - Q1);
  3. А.Л. Степанов, А.М. Рогов, В.И. Нуждин, В.Ф. Валеев, Подложка монокристаллического германия с тонким поверхностным слоем пористого германия, Патент РФ на изобретение № 2734458 (2020);
  4. А.Л. Степанов, А.М. Рогов, В.И. Нуждин, В.Ф. Валеев, Способ изготовления подложки монокристаллического германия с тонким поверхностным слоем пористого германия, Патент РФ на изобретение, Заявка № 2019133549, получено положительное решение на выдачу патента в 2020
Направление: II. Физические науки, направление 9

Возврат к списку