Динамика магнитного момента в ферромагнитных тонкопленочных гибридных системах и сверхрешетках

Прогресс в науке и технологиях неразрывно связан с разработкой систем с применением новых физических принципов, а также с созданием и исследованием новых материалов и метаматериалов. Примерами новых функциональных материалов, которым посвящен проект, являются гибридные ферромагнитные тонкопленочные системы: ферромагнетик/нормальный металл, ферромагнетик/сверхпроводник, их комбинации и сверхструктуры. С фундаментальной точки зрения такие гибридные системы интересны проявлением квантовых электронных эффектов, таких как взаимодействие Дзялошинского-Мория в системах ферромагнетик/ тяжелый металл, или синглетное/триплетное упорядочение Куперовских пар в условиях сверхпроводящей близости в системах ферромагнетик/сверхпроводник. В целом, понимание принципов возникновения этих взаимодействий и их проявлений в физическом эксперименте актуально для развития физики конденсированного состояния. C точки зрения прикладных исследований, гибридные ферромагнитные тонкопленочные структуры представляют интерес для применений в элементах пост-кремниевой электроники: спинтроники, магноники, скирмионных системах, сверхпроводящей спинтроники и магноники. Фокус проекта направлен на исследования свойств ферромагнитных гибридных систем на основе известных модельных комбинаций кобальт/платина, пермаллой/ниобий и их аналогов. С оной стороны, хорошая изученность и технологичность этих модельных комбинаций будет способствовать реализации проекта. Однако, нельзя не отметить и новые явления в этих системах, такие как недавнее открытие анизотропии и сверхпроводящей когерентности в системах пермаллой/ниобий в условиях ферромагнитного резонанса, для которых на настоящий момент не существует даже качественного объяснения. Традиционно, при исследовании свойств ферромагнитных гибридных систем упор делается на создание транспортных структур (туннельных, магниторезистивных или сверхпроводящих Джозефсоновских переходов) и измерениях/трактовании транспортных свойств в зависимости от поля или от температуры. В проекте предлагается использование и развитие метода измерения ферромагнитного резонанса для исследования гибридизации. Как литературные источники, так и экспертиза авторов проекта свидетельствуют о широких возможностях резонных методов: любые дополнительные наведенные взаимодействий в гибридных системах приводят к смещению спектральных линий, к изменению их ширины, либо к появлению дополнительных спектральных особенностей. Планируется создание гибридных многослойных систем где взаимодействие между ферромагнитными слоями осуществляется через слои нормального или сверхпроводящего металла. В этом случае коллективный резонансный отклик системы несет непосредственную информацию о гибридных взаимодействиях. Применение теоретических моделей на основе модели Гейзенберга позволяет напрямую конвертировать спектральные особенности коллективного резонанса в энергию наведенного взаимодействия. Возможность подстраивать наведенные взаимодействия и, соответственно, СВЧ спектр гибридных систем представляет прямой интерес с точки зрения потенциальных применений. В рамках проекта будут изготовлены образцы ферромагнитных гибридных сверхструктур методом магнетронного напыления с толщинами слоев от нескольких до нескольких десятков нанометров, будут экспериментально изучены их свойства с помощью СВЧ спектроскопии при криогенных температурах и других методов (по мере необходимости), будут теоретически рассмотрены наведенные взаимодействия в гибридных сверхструктурах и их вклад в резонансный спектр. Будет продолжено изучение анизотропии и сверхпроводящей когерентности в системах пермаллой/ниобий. Проект внесет заметный вклад в изучение новых гибридных ферромагнитных систем, в разработку новых методов исследований, в понимание природы возникновения гибридных взаимодействий на интерфейсах, откроет перспективы для применений ферромагнитных гибридных структур в спинтронике и магнонике.