Лаборатория физики магнитных гетероструктур и спинтроники для энергосберегающих информационных технологий

О лаборатории

основным направлениям

Фундаментальная спинтроника
Новые материалы наномагнетизма и спинтроники
Фундаментальный магнетизм и оптомагнетизм
Прикладная спинтроника. Развитие научных и технологических основ оперативной памяти MRAM, STT-MRAM и микроволновых спинтронных устройств
Робототехника, искусственный интеллект и нейроморфные алгоритмы
Квантовые информационные технологии

Проекты

РНФ 20-42-08002 «Сверхбыстрые и энергоэффективные спинтронные устройства для задач искусственного интеллекта», руководитель Звездин К.А. (2020-2022);
РНФ 17-12-01333 «Спиновый ток и обратный спиновый эффект Холла в магнитных наноструктурах содержащих топологические изоляторы и материалы с гигантским спин-орбитальным взаимодействием», руководитель Звездин А.К. (2017-2019), (2020-2021);
РНФ 16-19-00181 «Разработка спинтронной системы технического зрения для роботизированной платформы автономного вождения», руководитель Попков А.Ф. (2016-2018);
РФФИ 19-32-90242 «Генератор/детектор ТГц излучения с перестраиваемой резонансной частотой на основе антиферромагнетика», руководитель Звездин К.А. (2019-2021);
РФФИ 19-29-06026 «Разработка интеллектуальной системы детектирования объектов дорожной сцены на основе спиновых диодов для всепогодной автономной навигации беспилотных транспортных средств в "умном городе"», руководитель Звездин К.А. (2019-2021);
РФФИ 18-02-01099 «Оптическая спектроскопия протяженных одномерных углеродных наноструктур», руководитель Чернов А.И. (2018-2019);
РФФИ 18-02-00994 А «Магнитные и магнитоупругие свойства ферримагнитных редкоземельных соединений в сверхсильных магнитных полях», руководитель Звездин А.К.;
РФФИ 16-29-14037 «Стрейнтроника эпитаксиальных пленок и гетероструктур на основе оксидных мультиферроиков», руководитель Звездин А.К.;
РФФИ 16-29-14005 офи_м «Стрейн-модификация и оптимизация свойств феррит-грантовых эпитаксиальных пленок и гетероструктур для спинтронных и магнитофотонных приложений», руководитель Попов А.И.;

Контакты

Руководитель: Чернов Александр Игоревич, к.ф.-м.н.

Scopus AuthorID: 35172702900

Индекс Хирша (по Scopus): 19

Научный руководитель: Звездин Анатолий Константинович , проф., д.ф.-м.н.

Scopus AuthorID: 35482314600

Индекс Хирша (по Scopus): 48

Заместитель руководителя: Лещинер Дмитрий Роальдович, к.т.н.

Scopus AuthorID: 57203765338

Заявки и резюме, а также общие вопросы можно отправлять на адрес: spintronics@phystech.edu

Краткое описание результатов деятельности лаборатории в 2020 году

Предложена и исследована модель ячейки памяти (SOT-MRAM), состоящая из слоя графена, интеркалированного золотом, и магнитного туннельного перехода, между которыми помещен ультратонкий слой платины. Благодаря использованию такой структуры можно достичь более высокой скорости работы и лучших показателей энергоэффективности в режиме записи информации за счет уменьшения плотности записывающего тока. Свойства предложенной структуры были экспериментально измерены с помощью фотоэмиссионной спектроскопии с разрешением по спину (SARPES). На основе экспериментальных значений спин-орбитального расщепления были теоретически рассчитаны амплитуды вращающих моментов и проведено микромагнитное моделирование параметров переключения этой ячейки памяти, подтвердившее ожидаемую высокую энергоэффективность.

Проведено экспериментальное исследование и теоретическое описание аномального эффекта Холла в тонких пленках Ta/Tb-Fe-Co в широком диапазоне температур и магнитных полей до 3 Тл. Показано, что вдали от точки компенсации (T_M= 277 K) полевая зависимость имеет хорошо известный вид одиночной петли гистерезиса, в то же время чуть ниже точки компенсации эта зависимость приобретает аномальный вид тройной петли гистерезиса. Для описания этого поведения была экспериментально получена и теоретически проанализирована магнитная фазовая диаграмма (H-T). Обнаружено преобладание решетки Fe-Co, которая сильно взаимодействует со слоем Ta. Показано, что
усиление анизотропии Fe-Co слоем Ta приводит к появлению аномальных петель гистерезиса вблизи точки компенсации и отклонению линии фазового перехода первого рода на фазовой диаграмме в сторону низких температур. Этот эффект может быть полезен для создания сверхбыстрых ферримагнитных устройств с необходимыми параметрами переключения.

Проведены исследования оптических и магнитных свойств гетероструктур из тонких пленок феррит-граната с 2D материалами. Изучены магнитные свойства одномерных наноструктур на основе наночастиц железа и серы внутри одномерных каналов. Построена физическая модель, объясняющая различный тип магнитного упорядочения в зависимости от температуры и параметров синтеза наноструктур.

Изучена кинетика роста полос графена при термическом воздействии лазерного излучения. Лазерно-индуцированный синтез нанополос графена может быть использован для создания электронных схем с помощью структурирования при непосредственном перемещении лазерного луча.

Проведены экспериментальные исследования ферромагнитного резонанса в гетероструктурах типа ферромагнетик/материал с большим спин-орбитальным взаимодействием. Определены значения параметра затухания Гильберта для гетероструктур в диапазоне температур 10 - 295К, обнаружено аномальное увеличение параметра затухания в области 50К.

Краткое описание результатов деятельности лаборатории в 2019 году

Проведены исследования сверхбыстрой динамики намагниченности в редкоземельных ферримагниках с точкой компенсации (ферримагнитные гранаты GdFeCo, TbFeCo, DyFeCo), в условиях возбуждения с помощью ультракоротких электрических и оптических импульсов, роли спин-орбитального взаимодействия при сверхбыстром переключении в гетероструктурах на основе редкоземельных ферримагнетиков с тяжелыми металлами, Н-Т фазовых диаграмм и фазовых переходов в таких структурах. Результаты исследований опубликованы в самых престижных научных журналах, в том числе Nature, Nature Communications, Physical Review Letters.

Исследован случай спиновой накачки от магнитного вихря и влияние синхронизации нескольких наностолбиков на накачку. Данное исследование важно с точки зрения возможности генерации чистых спиновых токов и альтернативных путей генерации напряжения в микроэлектронике.

Проведены исследования материалов с гигантским спин-орбитальным взаимодействием (в частности, тополог. изоляторов), легированных магнитными примесями. Произведен анализ возможности создания намагниченности в подобных материалах внешним излучением. Отдельно рассмотрен случай спонтанного намагничивания при низких температурах. Данное исследование важно с точки зрения поиска новых материалов, которые могли бы в себе сочетать наличие намагниченности и большое спин-орбитальное взаимодействие, необходимое для управления намагниченностью.
Проведены работы по изучению спинового диода (в том числе с вихревым распределением намагниченности) при токах смещения выше порогового значения автогенерации. В данном случае в некоторой области параметров происходила синхронизация автоколебаний к внешнему слабому сигналу, в результате чего было возможно детектирование со сверхвысокими чувствительностями. Данное исследование важно, так как высокая чувствительность в случае сверхнизких входных мощностей и без внешних магнитных полей позволяет говорить о потенциальной полезности спинового диода для создания новых телекоммуникационных устройств, высокочувствительных СВЧ детекторов и высокоскоростных магнитных сенсоров.
Проведены исследования спинтронных нейроморфных систем. В частности, проведено моделирование спинтронного мемристора, основанного на движении ДГ. Также был рассмотрен процесс распознавания с использованием резервуарной схемы вычислений на основе спин-трансферного нано осциллятора, содержащего магнитный вихрь. Данные исследования позволяют продвинуться в разработке мемристоров и нейросетей, реализованных «в железе».