Проекты отдела 150

Магнитоэлектрический эффект в ферромагнитных наноструктурах

Руководитель

А. А. Фраерман

Аннотация

Дальнейшее развитие магнитных систем хранения и обработки информации связано с решением проблемы уменьшения потерь энергии на перемагничивание магнитных элементов. Несмотря на значительный прогресс достигнутый в последние годы, критические токи, необходимые для перезаписи ячейки памяти (движения доменной стенки, запуска СВЧ — наногенератора и т. п.), превышают 106 А/см2, что приводит к существенному нагреву всего устройства. Поэтому возможность управления магнитным состоянием ферромагнетика при приложении электрического поля без пропускания электрического тока, основанная на магнитоэлектрическом эффекте, привлекает большое внимание исследователей во всем мире. Линейный магнитоэлектрический эффект может существовать лишь в таких средах, в которых нарушается симметрия по отношению к инверсии пространственных координат и времени. Столь сильные симметрийные запреты существенно сужают круг материалов, которые могут использоваться для перемагничивания под действием электрического поля. Общим недостатком всех известных магнитоэлектрических эффектов является их малая величина. С другой стороны, искусственные ферромагнитные наноструктуры предоставляют широкие возможности для создания распределений намагниченности, чувствительных к электрическому полю.

Целью данного проекта является создание и исследование магнитоэлектрических материалов на основе ферромагнитных наноструктур. В ходе выполнения проекта планируется решить ряд новых задач, а именно:

• теоретически и экспериментально исследовать спиновые токи и возможность электрического возбуждения магнонов в металлических ферромагнитных наноструктурах с неколлинеарным распределением намагниченности.
• теоретически и экспериментально исследовать магнитный эффект близости и магнитоэлектрический эффект в многослойных структурах ферромагнитный диэлектрик/ферромагнитный металл.
• теоретически исследовать влияние электрической поляризации на величину обменной связи ферромагнитных гранул, помещенных в сегнетоэлектрическую матрицу.

Сайт проекта

http://mefmns.ipmras.ru

Магнитно-резонансная силовая микроскопия ферромагнитных наноструктур

Руководитель

В. Л. Миронов

Аннотация

Магнитно-резонансная силовая микроскопия (МРСМ) — одно из новых, быстро развивающихся в мире направлений диагностики магнитных и СВЧ свойств материалов и наноустройств, сочетающее в себе преимущества сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ) и методов резонансной СВЧ диагностики. В последнее десятилетие в этой области достигнуты значительные успехи, связанные, прежде всего, с детектированием резонансов предельно малых объектов — магнитных моментов единичных электронов и атомных ядер. В России методика МРСМ пока не реализована.

Основная задача данного проекта — развитие методов высокоразрешающей диагностики магнитных резонансных свойств наносистем на основе методов магнитно-резонансной силовой микроскопии. В рамках проекта предполагается разработка лабораторного стенда МРСМ и проведение исследований эффектов ферромагнитного резонанса (ФМР), электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и ядерного магнитного резонанса (ЯМР) в твердотельных наноструктурах различной природы.

Основное внимание будет уделено исследованиям ФМР, обусловленного спин-волновыми резонансами, в предельно малых ферромагнитных наносистемах, а также в сложных ферромагнитных наноструктурах с экзотическими распределениями намагниченности. В частности, планируются исследования многовихревых состояний в эллиптических нанодисках; антивихревых состояний в крестообразных частицах; скирмионных состояний в пленках с перпендикулярной анизотропией; доменных стенок в нанопроволоках; геликоидальных состояний в трехслойных нанодисках; искусственно фрустрированных магнитных наноструктур (спиновый лед) на основе однослойных и многослойных однодомных наночастиц, и др.

Исследование динамики спиновых наносистем является актуальной и важной задачей. С практической точки зрения, развитие методов управления спектром и модовым составом спиновых волн в наноструктурах открывает широкие возможности по разработке новых методов СВЧ-ассистированной записи/чтения информации и организации логических вычислений. Кроме того, исследования динамики магнитных моментов на наномасштабах имеют большое значение для разработки планарных элементов СВЧ наноэлектроники (перестраиваемые фильтры, невзаимные элементы и др.).

Особенно перспективно применение МРСМ в биологических и медицинских исследованиях. В настоящее время пространственное разрешение магнитно-резонансной томографии в медицинских томографах составляет порядка 0,1 мм. В лабораторных условиях МРСМ позволяет локализовать градиентное магнитное поле на масштабах порядка 10 нм и тем самым существенно увеличить пространственное разрешение при исследовании образцов. В рамках проекта планируется развитие методов МРСМ на основе ядерного магнитного резонанса и электронного парамагнитного резонанса для диагностики планарных сильно неоднородных систем сложного химического состава и биологических структур.

Таким образом, в целом, реализация данного проекта существенно расширит возможности диагностики СВЧ свойств нанообъектов различной природы. Кроме того, реализация проекта позволит создать лабораторную установку и отработать методики МРСМ для широкого набора образцов. Впоследствии эта разработка будет передана в мелкосерийное производство для оснащения МРСМ стендами физических, химических, биологических и медицинских исследовательских лабораторий в нашей стране.

Сайт проекта

http://mrfm.ipmras.ru