Развитие физических принципов квантовых оптических и спиновых технологий, спинтроники сверхпроводящих и магнитных топологических систем

Объект исследования: - однофотонные состояния, квантовые хэш-функции, протоколы квантовой памяти, SiV-центры в алмазе, орбитальный угловой момент, модуляция лазерного излучения; - люминофор Pr3+:LiGdF4, застеклованные плёнки Eu(DK12-14)3phen, апконверсионные наночастицы YNaF4:Yb,Tm, апконверсионные наночастицы YVO4:Yb, Er; - монокристаллы синтетического форстерита, легированные трехвалентными ионами иттербия; - разбавленные кристаллы редкоземельных оксидов SrR2O4, BaR2O4 (R - редкоземельный ион); - типы магнитных центров железа в керамике CaCu3-xTi4-yFex+yO12 (1%, 3%), анизотропия магнитных свойств на электронных переходах в монокристаллах Pb1– xMnxS; - тонкие магнитные пленки ферромагнитного сплава Pd1−xFex (x = 0, 0.038, 0.062, 0.080) и гетероструктура Pd0.92Fe0.08/Ag/Pd0.96Fe0.04 на их основе, непрерывное лазерное излучение, фазовая модуляция, среды с дисперсией групповых скоростей излучения; - кристаллы Cr3+:LiCaAlF6 (Cr:LiCAF); - спины, поляритоны, растворы радикалов, бирадикалы; - меха-ноактивированный глюконат кальция; - монокристаллы с примесными ионами Yb3+, Dy3+ и Er3+, - керамика La0.83Sr0.17Mn0.9Fe0.1−𝑥Zn𝑥O3, - хромофоры с радикалом, донорно-акцепторные диады, биологические системы; - датчики и методики МРТ; - тонкопленочные гетероструктуры Fe/Nb/Fe/CoOx, Fe/Al2O3/Nb/Al2O3/Fe/CoOx; - 3D дираковский полуметалл Cd3As2 с примесью ионов хрома; - сверхпроводник EuFe2As2. Цель работы: - разработка методов квантовой связи с использованием квантового хэширования, разработка схем твердотельной квантовой памяти, исследование возможности создания последовательности импульсов с управляемой скважностью, высоким коэффициентом экстинкции и минимально возможными потерями для передачи информации; - разработка оптических сенсоров, создание и исследование материалов и наночастиц для люминесцентных датчиков; - поиск и изучение материалов, перспективных для создания твердотельный устройств квантовой информатики; - развитие микроскопической теории синглетного магнетизма в геометрически фрустрированных магнетиках с конкурирующими магнитными взаимодействиями между редкоземельными ионами в зигзагообразных цепочках; - определение структуры и магнитных свойств парамагнитных центров, образованных примесными парамагнитными центрами в диэлектрических кристаллах; - создание и исследование сред для магнитной записи информации импульсами магнитного поля или лазерного излучения; - разработка твердотельных лазеров; - развитие методологии ЭПР, решение актуальных задач с помощью методов ЭПР; - создание научных основ спиновых технологий и поиск новых спин-зависимых и магнитных явлений; - разработка нового медицинского диагностического оборудования на основе магнитного резонанса; - выявление особенностей структурных и электронных свойств гетероструктуры BaTiO3/Si с помощью расчетов из первых принципов. Задачи: - Разработка протоколов квантового хэширования на основе многомерных однофотонных состояний, разработка методов увеличения времени квантовой памяти на основе центров окраски в алмазе, развитие принципов создания малогабаритных устройств, способных создавать импульсы оптического излучения со стабильными и легко управляемыми параметрами для средств связи и телекоммуникации. - Разработка оптических сенсоров, синтез и спектроскопическое исследование застеклованных плёнок Eu(DK12-14)3phen, апконверсионных наночастиц YNaF4:Yb,Tm, синтез и исследование люминесцентных свойств апконверсионных наночастиц YVO4:Yb, Er, разработка методов детектирования люминесценции одиночных наночастиц в биологических образцах. - Определение структуры и магнитных свойств парамагнитных центров, образованных примесными ионами иттербия в монокристаллах синтетического форстерита, для оценки перспективности создания на этой основе твердотельных устройств квантовой информатики. - Определение спектральных и магнитных характеристик примесных ионов Но3+ в кристалле SrY2O4, замещающих ионы Y3+ в двух структурно неэквивалентных позициях. - Получение новой и уточнения известной информации о спектроскопических параметрах кристаллов с использованием техники ЭПР на микроволновых частотах; определение структуры и магнитных свойств парамагнитных центров, образованных примесными парамагнитными центрами в керамике и узкозонном полупроводнике. - Синтез и исследования характеристик магнитного переключения в тонких эпитаксиальных пленках ферромагнитного сплава Pd1−xFex (x = 0, 0.038, 0.062, 0.080) и гетероструктурах на их основе. - Разработка твердотельных лазеров ближнего ИК диапазона на основе кристалла Cr:LiCAF для оптоакустической томографии. - Анализ возможности обработки результатов импульсного ДЭЭР с использованием квантового Фурье-преобразования на реальном квантовом компьютере. - Развитие теории нутации взаимодействующих спинов. - Получение экспериментального подтверждения формирования спинового поляритона в разбавленных растворах парамагнитных частиц. - Исследование особенностей двух-импульсного эхо Хана в электронно-ядерной спиновой системе ионов 173Yb3+ в кристалле Y2SiO5. - Изучение переноса энергии, образования долгоживущих состояний с переносом заряда, эффективности формирования метастабильных триплетных состояний в отсутствие атомов тяжелых элементов в новых компактных донорно-акцепторных диадах. - Развитие теории, описывающей влияние некогерентных переходов между двумя возбужденными состояниями молекулы на спин-поляризованные спектры ВРЭПР. - Получение новой информации о спектроскопических параметрах кристаллов с использованием техники ЭПР. - Изучение особенностей магнитных свойств La0.83Sr0.17Mn0.9Fe0.1−𝑥Zn𝑥O3, особенностей проявления спинового обмена в спектрах ЭПР растворов парамагнитных частиц в условиях насыщения. - Изучение интенсивности продукции NO и меди в тканях мозга крыс после моделирования ишемии мозга, молекулярной структуры механоактивированого и облученного глюконата кальция. - Разработка новых импульсных последовательностей для МРТ голосовых тестов, методик исследования контрастных агентов, изучение возможности применения МРТ томографа с полем 0.4 Тл для решения задач диагностики в медицине, в химии и сельском хозяйстве. - Изучение поведения примеси хрома в 3D дираковском полуметалле Cd3As2; исследование транспортных свойств тонкопленочных гетероструктур Fe/Nb/Fe/CoOx и Fe/Al2O3/Nb/Al2O3/Fe/CoOx; получение сведений об особенностях магнитного состояния соединения EuFe2As2; исследование влияния зеемановского взаимодействия на транспортные свойства топологического изолятора, оценка фазы Берри. - Построение модели объемных соединений BTO и Si и апробирование метода на основе теории функционала плотности для расчетов структурных, электронных и сегнетоэлектрических свойств полученных объемных компонентов. - Построение модели гетероструктуры BaTiO3/Si, содержащей различное число слоев сегнетоэлектрика, имеющей различные направление поляризации, а также имеющей примеси (кислородные вакансии). Изучение влияния толщины сегнетоэлектрической пленки на структурные и электронные свойства гетероструктуры BaTiO3/Si, изучение влияния направления сегнетоэлектрической поляризации и положения кислородных вакансий на электронные свойства гетероструктуры BaTiO3/Si; изучить возможных магнитные свойства.