Наноразмерные полупроводниковые, мультиферроидные и металлизированные структуры на основе магнонных кристаллов для обработки информационных сигналов

Проект направлен на решение научной проблемы, связанной с созданием новой элементной базы на принципах магноники, заключающихся в использовании спиновых волн или магнонов вместо электронов в качестве носителей информации. Наиболее важные параметры стандартной полупроводниковой электроники, такие как высокая скорость обработки, малый размер элемента, низкое энергопотребление и низкое тепловое излучение имеют фундаментальные физические ограничения. Одна из альтернативных концепций по преодолению данных ограничений лежит в области магноники. Научная значимость обозначенной проблемы заключается в создании новых наноразмерных материалов в микроволновом диапазоне для управления спиновыми волнами. Материалы представляют собой монолитные слоистые структуры с периодическими неоднородностями на основе ферромагнитных слоев и слоев разной физической природы (полупроводниковых, сегнетоэлектрических, металлических). При распространении спиновых волн в таких структурах открываются новые уникальные возможности по обработке информационных сигналов, как с помощью магнитного поля, так и с помощью электрического и спин-поляризованного тока, а также механических деформаций. Актуальность решения данной проблемы продиктована необходимостью минитюаризации устройств магноники и переходом в наноразмерную область с целью разработки управляемых многофункциональных спин-волновых устройств нового поколения. В последние годы исследованию распространения спиновых волн в одиночных однородных волноводах на основе железо-иттриевого граната (ЖИГ) нанометровой толщины уделяется значительное внимание, как в России, так и за рубежом. ЖИГ является одним из наиболее перспективных материалов, в котором возможно распространение спиновых волн, ввиду малого уровня потерь, возможности масштабирования вплоть до нескольких нанометров и малых энергозатрат для возбуждения спиновых волн. Наноплёнки ЖИГ предлагаются в качестве базовых элементов для реализации ряда ряда устройств магноники. В свою очередь исследование гетероструктур на основе периодических плёнок ЖИГ (МК), а также исследования слоистых наноструктур на основе МК и нанослоев другой физической природы до настоящего времени не проводились в работах российский и зарубежных авторов. В то время, как такие исследования откроют дополнительные широкие возможности по управлению спин волновыми сигналами за счёт магнитного и электрического поля, спин-поляризованного тока, а также механических деформаций. Использование таких структур позволяет совместно использовать, как преимущества периодических структур (формирование запрещенных зон, нелинейное переключение), преимущества связанных структур (перекачка мощности между слоями), так и преимущества взаимодействия возбуждений разной физической природы (влияние на спиновую волну деформации в структурах с пьезоэлектриком, электромагнитной волны в структурах с сегнетоэлектриком, электрического тока в структурах с полупроводником, спинового тока в структурах с нормальным металлом). Таким образом, научная новизна предлагаемых исследований состоит в открытии новых потенциальных возможностей по функциональной обработке спин-волновых СВЧ сигналов на основе наноразмерных магнонных кристаллов и слоев разной физической природы (сегнетоэлектрических, полупроводниковых, слоев нормального металла).