19.11.2017 
  


В связи с обновлением программного обеспечения сайт находится на реконструкции (некоторые страницы и сервисы могут быть недоступны)

Важнейшие научные результаты, полученные в ИФТТ РАН
в 2012 году

 

8. Актуальные проблемы физики конденсированных сред, в том числе квантовой макрофизики, мезоскопики, физики наноструктур, спинтроники, сверхпроводимости

 

1. Джозефсоновская магнитометрия слабых низкотемпературных ферромагнетиков.
Слабые низкотемпературные ферромагнетики активно используются в настоящее время в качестве джозефсоновских барьеров и магнитоактивных слоев в криопереключателях и сверхпроводящих инверторах фазы, имеющих перспективу использования в сверхпроводящей электронике [1]. Для реализации джозефсоновских магнитных переключателей необходим магнитомягкий слабый ферромагнетик (F), обеспечивающий протекание сверхпроводящего тока в джозефсоновских переходах сверхпроводник-ферромагнетик-сверхпроводник (джозефсоновских SFS контактах) [2]. В Лаборатории сверхпроводимости ИФТТ РАН начаты исследования джозефсоновских SFS контактов на основе слабого ферромагнитного сплава Pd0.99Fe0.01 с температурой Кюри всего 15 К [3]. Зависимость критического тока Ic SFS сэндвича Nb-PdFe-Nb от приложенного магнитного поля H представлена на рисунке. Зависимость Ic(Ф) джозефсоновских переходов периодична по магнитному потоку Ф с периодом Ф00-квант магнитного потока), что позволяет построить зависимость потока Ф через SFS переход от магнитного поля (показана на правой вставке). Магнитный поток в плоскости джозефсоновского F-слоя создается как приложенным магнитным полем H, так и намагниченностью ферромагнитного слоя M, и вклад намагниченности легко извлекается вычитанием потока магнитного поля через переход. Полученная гистерезисная петля намагничивания для тонкого (30 нм) слоя слабого ферромагнетика с размерами 10 х 10 мкм2 показана на левой вставке. Легко оценить, что магнитный момент насыщения измеренного F-слоя не превышает 10-15 А м2.
(Лаборатория сверхпроводимости, д.ф.-м.н., проф. В.В.Рязанов)

 

2. Интерферометр Маха-Зендера на краевых каналах нового дизайна

Создан интерферометр Маха-Зендера на краевых каналах нового дизайна, позволяющий наблюдать интерференцию в режиме дробного квантового эффекта Холла. Прибор сочетает достоинства интерферометров Маха-Зендера и Фабри–Перо. Его достоинством является содержание внутри интерференционной петли только квантовой жидкости с дробным фактором заполнения, что сильно упрощает анализ полученных экспериментально результатов.

 
Рис.1. Рис.2.

Принцип работы интерферометра в режиме дробного квантового эффекта Холла показан на рис.1. В верхней части рисунка показана часть реального образца, визуализированная с помощью сканирующего электронного микроскопа. Интерферометр работает при температуре 30 мК в относительно сильных магнитных полях. На рис.2 приведены примеры интерференционных картин, полученных для целочисленных факторов заполнения при сканировании магнитного поля и напряжения на затворе.


Рис.3


Соответствующие интерферограммы для дробного фактора заполнения показаны на рис.3. Как видно из этого рисунка, для фактора заполнения 1/3 интерференционная картина проявляется исключительно ярко. Удалось наблюдать интерференцию и при других дробных факторах заполнения.
(Лаборатория квантового транспорта,  д.ф.-м.н. А.А.Шашкин)

3.   Пикосекундная спиновая конверсия в квазидвумерных экситон-поляритонных системах

Квазидвумерные экситонные поляритоны — композитные бозоны, возникающие за счет сильной экситон-фотонной связи в плоских полупроводниковых микрорезонаторах.  Спин-зависимое поляритон-поляритонное взаимодействие приводит к мультистабильности и возможности быстрых переключений отклика резонатора по достижении критических величин поля в активном слое.  Физическая причина поляритонной мультистабильности — перенормировка спектра со сдвигом эффективной резонансной частоты, значительно превосходящей спектральную ширину резонанса. Такие условия, выполняющиеся, как правило, только в режиме сильной экситон-фотонной связи, делают эффект поляритонной мультистабильности качественно отличным от изученных ранее явлений оптической мультистабильности лазеров и других нелинейных сред. Одно из ключевых отличий — сильная чувствительность системы к исходному положению резонанса — приводит к новым сценариям неравновесных переходов в анизотропных или хиральных поляритонных системах с расщепленными собственными модами, например, за счет эффекта Зеемана в магнитном поле.
Нами был теоретически предсказан и обнаружен экспериментально (рис. 1) эффект пороговой спин-анизотропной перенормировки спектра хиральных экситон-поляритонных систем в зависимости от числа заполнения конденсатной моды, который в условиях резонансной оптической накачки с плавно меняющейся интенсивностью и постоянной поляризацией приводит к инверсии спина возбуждаемой моды на масштабе нескольких времен жизни поляритона (десятков пикосекунд). Этот эффект может послужить созданию нового типа компактных и быстродействующих оптических переключателей и логических элементов на основе микрорезонаторов с сильной экситон-фотонной связью.

Рис.1 В верхней части представлены диаграмма стационарного отклика системы в зависимости от мощности оптической накач-ки со степенью циркулярной поляризации rс=0.5 (степень циркулярной поляризации сигнала пропускания показана цветом) и схема ожидаемых переходов между различными ветвями устойчивости (поляризация показана эллипсами).
В нижней части рисунка представлены измеренные и рассчитанные временные зависимости интенсивностей право- и лево-циркулярно поляризованных компонент оп-тического поля в резонаторе при импульсной накачке длительностью 70 пс в магнитном поле B=6 Тл для W=2W0 (обратимый поляризационный переход 1-2_-1) и W=4W0 (необратимый поляризационный переход с инверсией спина); величина W0 - пороговая мощность развития неустойчивости.
(Лаборатория неравновесных электронных процессов,  член-корр. РАН В.Д.Кулаковский)

4. Обнаружение акустических краевых магнитоплазмонов       

Основным типом возбуждений, возникающих на краю двумерной электронной системы (ДЭС) в перпендикулярном магнитном поле является краевой магнитоплазмон (КМП) – волна зарядовой плотности, распространяющаяся вдоль края системы. Помимо краевых магнитоплазмонов КМП на краю ДЭС могут возбуждаться также дополнительные бесщелевые моды, называемые акустическими краевыми магнитоплазмонами (АКМП). В этих модах зарядовая плотность в образце осциллирует не только вдоль, но и поперек края ДЭС, а номер моды определяется числом узлов вариации электронной плотности в направлении поперек края системы. Масштаб пространственного разделения зарядов в АКМП определяется размером области краевого обеднения ДЭС.

Показано, что для обнаружения акустической краевой магнетоплазменной моды необходимо использовать образцы, приготовленные с помощью неглубокого травления, не доходящего до квантовой ямы. Это позволяет существенно увеличить размер области краевого обеднения двумерной электронной системы и, соответственно, масштаб пространственного разделения заряда в АКМП. Благодаря этому удалось исследовать магнитодисперсию и амплитуду АКМП в широком диапазоне магнитных полей.

Обнаружены и исследованы свойства акустического краевого магнитоплазмона в системе двумерных электронов. Показано, что в режиме целочисленного квантового эффекта Холла край двумерной электронной системы имеет вид системы чередующихся сжимаемых и несжимаемых полосок. В этом случае краевой магнитоплазмон соответствует синфазным колебаниям электронной плотности в системе краевых каналов, а акустический краевой магнитоплазмон – противофазным колебаниям в соседних каналах. Показано, что количество акустических мод напрямую зависит от фактора заполнения и определяется количеством несжимаемых полосок на краю системы.

Впервые экспериментально наблюдено взаимодействие переменного теплового объемного  потока (волны второго звука) со свободной поверхностью сверхтекучего гелия-4 в прямоугольном контейнере.
(Лаборатория неравновесных электронных процессов,  член-корр. РАН И.В.Кукушкин)

9. Физическое материаловедение: новые материалы и структуры, в том числе фуллерены, нанотрубки, графены, другие наноматериалы, а также метаматериалы

Разработана технологическая методика получения методом вертикальной зонной плавки под высоким давлением инертного газа монокристаллов теллурида галлия (II) гексагональной модификации для применения в нелинейной оптике, а именно, для изготовления оптических преобразователей частоты инфракрасного и ТГц диапазонов. Впервые получены объемные (до 30 см3) кристаллы гексагонального GaTe. Структура кристаллов исследована рентгеновским анализом по методам Косселя и Лауэ.

 

Монокристалл GaTe

Косселеграмма скола (0001) GaTe

Свойства кристаллов GaTe также изучены: а) локальным микрорентгеноспектральным анализом, b) оптической спектроскопией в видимом и инфракрасном диапазонах, с) селективным химическим травлением с последующей оптической микроскопией высокого разрешения.

Выполненные исследования показали, что полученные монокристаллы GaTe, помимо гексагональной структуры, имеют стехиометрический состав и однородное  светопропускание в диапазонах длин волн 0,76-0,9 мкм и 2,5-13 мкм, что позволяет рассматривать этот материал как перспективный для использования в нелинейных оптических генераторах инфракрасного и ТГц излучения. Определена ширина запрещенной зоны гексагонального GaTe (1,65 эВ). Одновременно установлено, что основными механизмами роста монокристаллов являются послойный и дендритный. Подобные механизмы ранее отмечались нами при изучении гексагонального моноселенида галлия (II). Смена механизма роста GaTe с послойного на дендритный сопровождается двойникованием полисинтетического типа. Такого явления не наблюдалось в GaSe,  близком по основным свойствам к монотеллуриду галлия (II).

Скол (0001) GaTe (послойный рост)

Двойники на (0001) GaTe (дендритный рост)

Дендрит на (0001) GaTe

Проведенные исследования позволили установить условия смены режимов роста кристаллов гексагонального GaTe и определить оптимальные технологические параметры процесса получения высококачественных монокристаллов

(Лаборатория физико-химических основ кристаллизации,  к.т.н. Н.Н.Колесников)

 

12. Современные проблемы радиофизики и акустики, в том числе фундаментальные основы радиофизических и акустических методов связи, локации и диагностики, изучение нелинейных волновых явлений

На рис.1 представлена схема экспериментальной методики. Жидкость конденсировалась в прямоугольный контейнер. На противоположных стенках контейнера располагались пленочные нагреватель и сверхпроводящий болометр для возбуждения и регистрации волн второго звука соответственно. Колебания поверхности жидкости регистрировались оптической методикой путем измерения мощности отраженного лазерного луча.

Рис.1 Схема экспериментальной методики (вид сбоку)

При пропускании через нагреватель переменного электрического тока, в объеме He-II возникает температурная волна, представляющая собой переменный противоток нормальной и сверхтекучей компонент жидкости. При малых мощностях, выделяемых на нагревателе, на поверхности возникает поверхностная волна на частоте волны второго звука (рис.2). При повышении амплитуды накачки на поверхности возбуждается дополнительная волна на половинной частоте (рис. 3).

 

Рис.2 Спектр поверхностных волн при наличии температурной волны умеренной амплитуды с частотой 130 Гц в объеме  жидкости

Рис.3 Спектр поверхностных волн при наличии температурной волны высокой амплитуды с частотой 130 Гц  в объеме жидкости

Движение нормальной и сверхтекучей компонент под поверхностью жидкости создает переменное гидростатическое давление, которое возбуждает поверхностные колебания.
(Лаборатория квантовых кристаллов, академик И.М. Халатников, д.ф.-м.н. А.А.Левченко)

Контакты

Телефон:
8(496) 52 219-82
+7 906 095 4402

Факс:
+7(496) 522 8160
8(496) 522 8160

Почтовый адрес:
ИФТТ РАН, Черноголовка, Московская обл., ул.Академика Осипьяна д.2, 142432, Россия

E-mail:
Вебмастер
Ученый секретарь

WWW:
www.issp.ac.ru