ИСТИНА

Цель работы: поиск новых многофункциональных материалов на основе комплексного экспериментального и теоретического исследования фундаментальных особенностей магнитных, транспортных, оптических, магнитооптических, магнитокалорических и высокочастотных свойств магнитно-неоднородных материалов с неоднородностями нано- и микромасштаба. Объекты исследования: магнитные нанокомпозиты, мультислои, нанокристалические ферро-и ферримагнетики, магнитные полимеры, магнитные эластомеры, разбавленные магнитные полупроводники, многокомпонентные метамагнитные сплавы Гейслера, искусственные мультиферроики, микропровода и др. Для решения поставленных задач будут использованы различные методы магнитометрии (в том числе вибрационной и магнитооптической), измерения магнитотранспортных свойств (сопротивления, магнитосопротивления, эффекта Холла), прямой метод измерения магнитокалорического эффекта, методы магнитооптической спектроскопии и магнитооптической микромагнитометрии и др., в широком диапазоне магнитных полей и температур. Теоретические методы будут базироваться на современной технике функций Грина и численном моделировании. Для численного моделирования будут использованы современные пакеты программ.

Objective: search for new multifunctional materials based on a comprehensive experimental and theoretical research of fundamental features of magnetic, transport, optical, magneto-optical, magnetocaloric and high-frequency properties of magnetically inhomogeneous materials with nano - and micro-scale. Objects of research: magnetic nanocomposites, multilayers, nanocrystalline ferro-and ferrimagnets, magnetic polymers, magnetic elastomers, dilute magnetic semiconductors, multicomponent metamagnetic Geisler alloys, artificial multiferroics, micro-wires, etc. For the solution various methods of magnetometry (including vibrational and magneto-optical), measurement of magnetotransport properties (resistance, magnetoresistance, Hall effect), direct method for measuring the magnetocaloric effect, methods of magneto-optical spectroscopy and magneto-optical micromagnetometry, etc., in a wide range of magnetic fields and temperatures. The theoretical methods will be be based on modern green function techniques and numerical modeling. It is planned, in particular, determination of mechanisms of anomalies in the transport properties of nanocomposites that are promising for memristive materials applications in neuromorphic networks, determining the nature of Hall effect anomalies in Geisler alloys, designed for spintronics and magnetocaloric applications, optimization of microwires as magnetic sensors, including for medical applications, detection of mechanisms of giant mechanical and magnetoelectric phenomena in magnetic elastomers and polymers.

Запланированные исследования соответствуют наиболее актуальным направлениям в области магнетизма неоднородных магнитных материалов с нано – и микромасштабом неоднородностей. Эти направления включают исследование и разработку материалов для спинтроники, магнитных сенсоров, магнитофотоники, магнитной гипертермии, сверхбыстрой записи информации, а также разработку новых методов управления магнитными свойствами и создания магнитотвердых материалов, разработку методов экологического контроля контроля и др. В ходе выполнения работ по теме планируется публикация статей в ведущих международных и российских журналах, подача заявок на патенты и программное обеспечение.

На кафедре магнетизма разработаны и апробированы экспериментальные методики исследования различных типов неоднородных систем. Имеется широкий комплекс исследовательского оборудования и много высококвалифицированных специалистов. Активно ведется подготовка новых кадров. ежегодно сотрудниками кафедры публикуется несколько десятков статей по результатам исследований, в том числе в высокорейтинговых журналах. Полученные результаты широко известны и активно цитируются. Впервые были установлены особенности магнитных свойств и магнитополевого поведения низкоразмерных тонкопленочных систем Fe / полидифениленфталид (PDP) /Fe и Co/Gd/Co систем. Впервые с помощью магнитооптического метода в двухслойной композитной структуре FeSiBNbCu/Pb(Zr,Ti)O3 обнаружен обратный магнитоэлектрический эффект. Методом двукратной высокоскоростной фотографии исследована динамика доменных границ в аморфных сплавах гадолиний-железо-кобальт. Экспериментально показано, что зависимость скорости движения доменной границы в GdFeCo от величины внешнего магнитного поля является возрастающей с начальным линейным участком и последующим насыщением на уровне 1 км/с. Воздействие импульса накачки на динамическую доменную границу не оказывает влияния на ее динамику. Проведен численный расчет импедансных характеристик аморфных микропроводов с параметрами, соответствующими экспериментальным данным. Полученные результаты свидетельствуют о значительном отклонении значения циркулярной магнитной проницаемости от полной магнитной проницаемости, определяемой с помощью магнитометрических измерений. Такое несоответствие подтверждает неоднородность распределения магнитной проницаемости по сечению микропровода.

Основные результаты (кратко): На 2021 год были запланированы экспериментальные и теоретические исследования фундаментальных особенностей магнитных материалов и их структурных элементов с нанометровыми характерными размерами, а также систем на их основе. Исследования проводились в соответствии с планом и были получены следующие результаты: 1. Установлены особенности структурных и магнитополевых зависимостей тонкопленочных магнитных систем на основе Co, а также влияния термического отжига на величину фарадеевского вращения, наблюдаемого в многослойных магнитных структурах на основе Fe, Co и пленок супермаллоя; 2. Разработана методика и проведена экспериментальная апробация анализа распределение магнитной проницаемости по сечению аморфного магнитного микропровода, обнаружена трансформация вида радиальной зависимости магнитной проницаемости при изменении механических напряжений в образцах, установлено, что неоднородные процессы перемагничивания приводят к возникновению осцилляций эффективной магнитной проницаемости в микропроводах. 3. Для исследования динамики доменных границ с высоким пространственным разрешением был разработан новый метод, основанный на анализе дифракции света на лабиринтной доменной структуре феррита-граната. 4. Исследовано образование мезофаз хроматина в магнитном поле. Обнаружено, что магнитное давление, вызываемое диамагнитной компрессией частиц хроматина, создает жидкокристаллические фазовые переходы супрамолекулярных структур. Градиентный магнитный метод показал процесс концентрации нуклеопротеинов, нуклеосом при апоптозе. 5. Разработаны эффективные численные модели динамических магнитодеформационных и магнитоэлектрических эффектов в магнитных эластомерах и композитах на их основе, обладающие предсказательной силой, что позволяет вести целенаправленный поиск новых функциональных композитных материалов.. 6. В ходе проведения экспериментальных работ была отработана методика получения реакционных тиглей из кобальта. Полученные тигли были подвергнуты термическим обработкам в присутствии электрического тока с плотностью 50 А/мм2. Было обнаружено увеличение растворимости кальция в кобальте до 40 ат.% при температуре 800 °С. 7. Исследованы макеты структур искусственного спинового льда, приготовленные методом полимерной 3D-печати с последующим напылением пермаллоя. 8. Методами магнито-оптической спектроскопия выявлены особенности, соответствующие фазовым структурным переходам в магнитных гранулах при переходе от аморфного сплава CoFeZr к нанокристаллическому сплаву CoFeZr на основе гексагональной решетки α-Co и при перестройке нанокристаллов CoFeZr из гексагональной в кубическую объемноцентрированную структуру. 9. Разработана методика расчета дискретных магнонных и плазмонных волноводов и получены теоретические модели плазмон-магнонного взаимодействия. 10. В наноструктурах (ZnO/C)25, состоящих из тонких слоев ZnO, перемежающихся с тонкими слоями углерода обнаружено необычное (немонотонное) поведение магнитосопротивления при изменении температуры. 11. Развита теория туннельного магнитосопротивления нанокомпозитов в сильных магнитных полях для составов вблизи порога перколяции, характеризующихся логарифмическим законом для температурной зависимости сопротивления. Выводы теории подтверждены выполненными измерениями магнитосопротивления нанокомпозитов Co-SiO2, Co-LiNbO3, CoNbTa-SiO2 в в импульсных магнитных полях вплоть до 4 К в полях до 20 Т. 12. Исследованы магнитные, магнитотранспортные и магнитокалорического зависимости в серии образцов на основе бинарных сплавах переходных металлов. 13. В широком температурном интервале, включающем мартенситный переход, исследованы магнитные и магнитотранспортные свойства тонких пленок сплавов Гейслера Ni49.7Fe17.4Co4.2Ga28.7, осажденных на подложках MgO (100).