КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

НазваниеУсиление взаимодействия Дзялошинского-Мория в сверхтонких смешанных слоях ферромагнетик/тяжелый металл

РуководительДорохин Михаил Владимирович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регионфедеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского", Нижегородская обл

КонкурсКонкурс 2021 года по мероприятию «Проведение исследований на базе существующей научной инфраструктуры мирового уровня» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Аннотация
Проект направлен на исследование природы возникновения неколлинеарного обменного взаимодействия Дзялошинского-Мория (ВДМ) в многослойных тонкоплёночных структурах с отсутствием четких границ между слоями ферромагнетика и тяжелого металла (в поликристаллических пленках), и развитие технологии создания подобных пленок с возможностью управления их структурными и магнитными свойствами. Будут исследованы структуры ферромагнетик/тяжелый металл (Ф/ТМ, где Ф = Co, ТМ = Pt, Pd). В настоящее время Ф/ТМ пленки рассматриваются как перспективный материал для создания элементной базы спинтроники, а также устройств хранения и обработки информации. В основе используемых функций этих материалов лежат их уникальные магнитные свойства, такие как наличие перпендикулярной магнитной анизотропии, сильное спин-орбитальное взаимодействие. Кроме того, считается, что магнитные свойства пленок во многом определяются поверхностным взаимодействием Дзялошинского-Мория (ВДМ), возникающим на границе слоев. Именно наличием ВДМ объясняется существование нетривиальных магнитных структур – скирмионов, обладающих (с точки зрения теории) свойством топологической устойчивости, что делает их (с практической точки зрения) интересными для создания элементов энергонезависимой памяти. Возникновение взаимодействия Дзялошинского-Мория в таких структурах теория объясняет нарушением симметрии на границе ферромагнетик/тяжелый металл. Поэтому наиболее распространенным способом создания Ф/ТМ плёнок является напыление несимметричной многослойной структуры чередующихся слоев магнитного и тяжелого металла. Однако на практике скирмионы и другие эффекты, связанные с наличием ВДМ, часто наблюдаются в многослойных структурах, которые при четном количестве границ представляются симметричными. Вопрос о природе возникновения неколлинеарного обменного взаимодействия в подобных структурах сейчас активно исследуется, поскольку для практического использования пленок требуется умение управлять энергией взаимодействия Дзялошинского-Мория. Предлагаемый проект направлен на изучение возможностей управления энергией ВДМ в структурах Ф/ТМ с отсутствием четких границ между слоями ферромагнетика и тяжелого металла. Особенностью проекта является формирование плёнок методом электронно-лучевого испарения в отличие от большинства исследований, где используется метод магнетронного распыления. Преимуществом электронно-лучевого испарения является более низкая, чем при магнетронном распылении, энергия осаждаемых частиц. Это позволяет использовать метод электронно-лучевого испарения для формирования ферромагнитных пленок непосредственно на поверхности полупроводниковых наноструктур, минимизируя количество вносимых дефектов в приповерхностные области полупроводника. При этом используется крайне малая (меньше параметра решетки) номинальная толщина магнитных слоев Co (1-3 Å), в несколько раз меньше типичных значений, используемых при магнетронном распылении. Поэтому в пленке возможно образование поликристаллических сплавов, представляющих собой комбинацию нескольких кристаллических фаз. Подобные образцы соответствуют классу многослойных структур с нечёткими границами. Для их описания необходимо построение новых моделей обменного взаимодействия, поскольку модель чередующихся слоев Co и Pt с интерфейсом между ними и связанное с ней теоретическое описание поверхностного характера взаимодействия Дзялошинского-Мория в этом случае уже не применимы. Разработка новых моделей требует подробного экспериментального исследования свойств пленок в зависимости от технологических условий их формирования методом электронно-лучевого испарения. Поэтому представляется актуальным изучение взаимосвязи фазово-химического состава и структурного строения тонкоплёночных многослойных структур и сплавов Ф/ТМ с одной стороны и магнитного строения этих плёнок с другой. При реализации проекта будут решаться следующие задачи: 1. Совершенствование технологии получения плёночных магнитных наноструктур вида ферромагнетик/тяжёлый металл в области разработки методов управления магнитными и микромагнитными характеристиками плёнок для создания новых магнитных материалов с требуемыми параметрами. 2. Исследование фазово-химического состава многофазных магнитных наноструктур, формируемых с применением технологии электронно-лучевого испарения. Исследование магнитных свойств, микромагнитной структуры, кристаллической структуры многофазных магнитных наноразмерных плёнок. 3. Развитие теории усиления взаимодействия Дзялошинского-Мория в структурах с отсутствием четких границ между слоями ферромагнетика и тяжелого металла (в поликристаллических пленках) с использованием предложенной ранее авторами проекта теории усиления спин-орбитальных угловых моментов за счет рассеяния на примесях. 4. Исследование механизма зарождения скирмионов в структурах (Ф/ТМ, где Ф = Co, ТМ = Pt, Pd) с помощью локального магнитного поля зонда атомно-силового микроскопа, а также манипуляции ими. Исследование поведения скирмионов во внешних магнитных полях и под действием импульсов электрического тока. Изучение транспортных свойств таких структур. 5. На заключительных стадиях проекта будет рассмотрена возможность использования плёночных магнитных наноструктур вида ферромагнетик/тяжёлый металл в качестве функциональных слоёв, в частности, в приборах на спин-зависимых эффектах, а также в магнитно-силовой микроскопии. Для решения задач будет использовано технологическое и исследовательское оборудование, находящегося в распоряжении заявителей проекта (технологические ростовые установки, оборудование для рентгено-дифракционных исследований и рентгенофазового анализа, для химического анализа - рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия, для исследования микромагнитной структуры - магнитно-силовая микроскопия, для изучения интегральных магнитных характеристик: намагниченности, магнитооптических и магнитотранспортных характеристик), и принадлежащее Центру коллективного пользования «Физика и технология микро- и наноструктур» Института физики микроструктур РАН (просвечивающая электронная микроскопия, сканирующая электронная микроскопия, вторично-ионная масс-спектрометрия). В результате выполнения проекта будет развита теория взаимодействия Дзялошинского-Мория в пленках Ф/ТМ в отсутствие непосредственной границы между слоями ферромагнетика и тяжелого металла, исследованы процессы зарождения скирмионов и возможности управления ими, изучено влияние киральных магнитных структур на транспортные свойства пленок. Также будет изучено влияние фазово-химического состава на магнитные свойства плёнок Ф/ТМ, где Ф = Co, ТМ = Pt, Pd), определены технологические режимы, позволяющие управлять важнейшими магнитными характеристиками плёнок, влияющими на энергию взаимодействия Дзялошинского-Мория. Предполагается, что на завершающей стадии проекта разработанные технологии будут апробированы при создании лабораторного образца полупроводникового прибора спинтроники – спинового светоизлучающего диода. Кроме того, на основе таких пленок будут созданы зонды для исследования наноразмерных магнитных объектов методами магнитно-силовой микроскопии.

Ожидаемые результаты
1. Лабораторная технология формирования однофазных и многофазных плёнок на основе CoPt(x), CoPd(x), включающие возможности управления магнитными свойствами и фазовым составом с применением методов электронно-лучевого испарения, после ростовых обработок, ионного облучения. 2. Лабораторная технология получения объёмных магнитных сплавов Co-Pt, Co-Pd методом электроимпульсного плазменного спекания порошков. 3. Взаимосвязь магнитных свойств, кристаллической структуры, фазового состава, микромагнитной структуры, доменной структуры сформированных плёнок Ф/ТМ и технологических условий получения. 4. Параметры лабораторной технологии получения плёнок Ф/ТМ, обеспечивающие управление магнитными свойствами, а также микромагнитной структурой. 5. Базы рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии по фазам CoPt(x), CoPd(x). 6. Модель валентной зоны интерметаллидов Ф/ТМ. Взаимосвязь магнитных и фазово-химических свойств со структурой валентной зоны. 7. Математическая модель магнитной микроструктуры экспериментальных плёнок Ф/Pt(Pd) в присутствии взаимодействия Дзялошинского-Мория. Модель будет основана на результатах экспериментальных исследований и выполненных в рамках первого этапа оценок энергии взаимодействия Дзялошинского-Мория и механизмов формирования микромагнитной конфигурации. Модель также будет включать конфигурацию магнитных полей на небольшом удалении от магнитного домена. 8. Лабораторные образцы, в которых могут быть сформированы магнитные скирмионы и 360-градусные доменные границы. Образцы будут получены на основании анализа фазового состава и технологических параметров. 9. Способы формирования топологически устойчивых магнитных структур. 10. Авторская методика квазидинамической МСМ регистрации изменения магнитного состояния, позволяющая визуализировать процессы формирования и движения скирмионов. На основе такой методики изучено влияние пространственно-локализованного магнитного поля и импульсов тока на киральные магнитные структуры. 12. Лабораторные образцы спиновых светоизлучающих диодов с контактными слоями, разработанными в рамках выполнения предыдущих этапов работ по проекту. 12. Зависимости параметров циркулярно-поляризованной электролюминесценции сформированных спиновыхсветоизлучающих диодов от магнитных свойств ферромагнитных контактов, их кристаллической структуры и фазового состава. 13. Лабораторная технология покрытий на основе пленок Co/ТМ для МСМ зондов, имеющее ряд преимуществ по сравнению с существующими кантилеверами: возможность исследования магнитно-мягких материалов, высокое пространственное разрешение, устойчивость к коррозии. На технологию предполагается оформление РИД (ноу-хау или патента); 14. Технологические рекомендации по формированию приборных структур и управлению их свойствами за счёт варьирования свойств функциональных покрытий. 15. Статьи в рецензируемых научных журналах (не менее 13), в том числе статьи в журналах 1-го, или 2-го квартилей. Научная значимость ожидаемые результатов связывается с набором уникальных свойств, которыми обладают плёнки вида ферромагнетик/тяжёлый металл. Важнейшими такими свойствами являются связанные между собой взаимодействие Дзялошинского-Мория и перпендикулярная магнитная анизотропия, то есть расположение оси лёгкого намагничивания в направлении перпендикулярном плоскости плёнки. Все функциональные свойства плёнок вида ферромагнетик/тяжёлый металл свойства связаны с формированием сложной многофазной магнитной структуры, в которой Co и Pt(Pd) могут находиться в различных состояниях (слабо перемешанные или не перемешанные слои с нечёткой границей между собой, различные химические соединения, твёрдые растворы), а также в различной структурной форме (аморфной, в форме крупнозернистого или мелкозернистого поликристалла). Именно структура и распределение фаз влияют на формирование той или иной уникальной магнитной характеристики. Выполнение запланированного исследования позволит установить взаимосвязь между технологией получения плёнок Ф/ТМ (Ф=Co, ТМ=Pt, Pd), их фазово-химическим составом и структурой, магнитными и микромагнитными свойствами, константами магнитных взаимодействий, а также построить соответствующие теоретические модели. Полученные при выполнении проекта результаты позволят контролируемо формировать плёнки с требуемыми свойствами, которые могут найти множественные применения в наноэлектронике, оптоэлектронике, спинтронике и др. Возможные практические применения обусловливают актуальность решения поставленной проблемы.

Аннотация результатов, полученных в 2021 году
Научной проблемой проекта является установление природы возникновения неколлинеарного обменного взаимодействия Дзялошинского-Мория в структурах ферромагнетик/тяжелый металл (Co/Pt и Co/Pd) с отсутствием четких границ между слоями ферромагнетика и тяжелого металла. Выбор материалов для осаждения связан с широкими потенциальными возможностями для модуляции их магнитных свойств. Из литературных источников известно, что комбинация CoPt может формировать фазы Co, CoPt, Co3Pt, CoPt3 и Pt. При этом структура таких фаз может существенно отличаться: фаза может обладать различной сингонией или вообще быть полиморфной. Основными задачами первого этапа проекта являлись отработка технологического процесса формирования многослойных магнитных плёнок и, параллельно, формирование эталонных структур с близким к однофазному составом для калибровки аналитических методик. Также ставились цели исследования микромагнитной структуры сформированных плёнок как первого этапа для решения задачи нахождения взаимосвязи между составом плёнок, их электронной и атомной структурой с магнитными и микромагнитными свойствами. 1. Методом электронно-лучевого испарения в вакууме была сформирована серия образцов плёночных структур, включающая плёнки Co, Pt, Pd, а также многослойные структуры Ф/Pt (Pd), осаждённые на поверхность Si, GaAs, сапфира. Образцы формировались при пониженной температуре (200 С), на части структур был выполнен послеростовый отжиг перемешивания слоёв и формирования необходимых фаз. Варьировались следующие параметры: - состав, который соответствовал известным фазам на фазовой диаграмме (Co3Pt, CoPt3, CoPt), а также представлял собой смесь фаз; - толщина бислоёв Co/Pt варьировалась в пределах от 2,4/4 до 3,3/5,5 А, соотношение толщин при этом оставалось одинаковым для сохранения состава; - температура после ростового отжига варьировалась в пределах 300-600 С, Длительность составляла 20 сек. 2. Получены экспериментальные данные относительно фазового состава и кристаллической структуры, профилей распределения элементов и особенностей фотоэлектронных линий однофазных материалов с составом, соответствующим известным соединениям Co и Pt. В результате выполнена калибровка методов исследования по материалам с преимущественным содержанием одной фазы. Для получения указанного результата были сформированы лабораторные образцы с составом, соответствующим известным соединениям кобальта и платины, а также плёнки чистых Co, Pt, Pd. Соединения формировались путём поочерёдного нанесения слоёв Co и Pt, а состав контролировался путём задания относительной толщины слоёв. Для системы Co-Pt, согласно фазовой диаграмме, известно три соединения с составами: Co3Pt, CoPt3 и CoPt. Методами просвечивающей электронной микроскопии, рентегенофазового анализа, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии и анализа сдвига фотоэлектронных линий было показано, что электронная структура и форма фотоэлектронных линий Co зависят от степени перемешивания слоёв и формирования отдельных фаз. Показано, что даже в несмешанных слоях Co/Pt формируется своя электронная структура, не являющаяся простой суперпозицией структур Co и Pt. Получены экспериментальные данные по форме фотоэлектронной линии и спектре плотности состояний в валентной зоне для однофазных материалов: Co, Pt, Pd, Co3Pt, CoPt3, CoPt. Начато формирование соответствующей базы данных, которая будет использована в дальнейшем для анализа фазового состава плёнок с устойчивыми скирмионными состояниями. 3. Получены лабораторные образцы экспериментальных структур, представляющих собой плёнки Co/Pt с соотношением толщин слоёв, не соответствующим однофазному материалу. Особенностью формирования слоёв при низкой температуре является слабое перемешивание между ними. Взаимодействие между слоями обеспечивает изменение магнитных свойств, управление параметрами слоёв даёт инструменты для управления магнитными свойствами и микромагнитной структурой. Для данных структур варьировались толщины слоёв ферромагнетика и тяжёлого металла (состав при этом всегда поддерживался постоянным). Показано, что электронная структура материалов существенно зависит от толщины слоёв Co и Pt, что объясняется взаимодействием электронных оболочек атомов Co и Pt, а также взаимодействием между слоями Co. Исследованы магнитные свойства и микромагнитная структура лабораторных образцов Co/Pt и Co/Pd, сформированных с варьированием толщины бислоёв. Показано, что магнитные характеристики (параметры петли гистерезиса магнитополевой зависимости намагниченности) также существенно зависят от толщины бислоёв, что связывается с влиянием этого параметра на электронную структуру плёнок. С применением методики предварительного подмагничивания показана возможность формирования в плёнках наноразмерных цилиндрических магнитных доменов с ненулевым топологическим зарядом. Совместные исследования методами магнитосиловой микроскопии и лоренцевской просвечивающей электронной микроскопии позволяют интерпретировать указанные домены как скирмионы. Плотность магнитных доменов и их размер зависят от толщины бислоёв. Таким образом, продемонстрировано, что толщина бислоёв металла является технологическим параметром, варьирование которого позволяет управлять магнитными свойствами, в том числе, варьировать плотность наноразмерных магнитных доменов в плёнке Co/Pt. 4. Получены лабораторные образцы экспериментальных структур, представляющих собой плёнки Co/Pd со слабо смешанными между собой слоями. Методом Лоренцевской просвечивающей электронной микроскопии обнаружены особенности микромагнитной структуры многослойных плёнок Co/Pd, помещённых во внешнее «подмагничивающее» поле. Указанные особенности интерпретируются как «скирмиониумы», т.е. цилиндрические магнитные домены с двойными доменными стенками и нулевым топологическим зарядом. Отметим, что, согласно краткому литературному обзору, прямых наблюдений скирмиониумов в тонких плёнках кобальта ранее не наблюдалось. Таким образом, в результате исследования, выполненного в рамках первого этапа, были получены лабораторные образцы плёнок Co/Pt и Co/Pd, в которых могут быть сформированы магнитные скирмионы и 360-градусные доменные границы. Образцы получены на основании анализа фазового состава и технологических параметров. Разработанная лабораторная технология получения плёночных структур, описанная в п.4.4.4 Формы 1.3 Отчёта, включает способы формирования топологически устойчивых магнитных структур. 5. Сформированы лабораторные образцы спиновых светоизлучающих диодов на основе квантово-размерных гетероструктур InGaAs/GaAs, содержащих контактные слои вида CoPt/Al2O3/GaAs. Исследовано влияние неоднородной намагниченности контакта на циркулярно-поляризованную электролюминесценцию. Публикация по результатам исследований направлена в журнал «Журнал технической физики», текст публикации приведён в Приложении 3 к настоящему отчёту.

Публикации

1. Ведь М.В., Дорохин М.В., Демина П.Б., Котомина В.Е., Кудрин А.В., Кузнецов Ю.М., Здоровейщев А.В., Здоровейщев Д.А. Switching of magnetoresistive light-emitting diode by external magnetic field Book of Abstracts «The 4th International Baltic Conference on Magnetism» IBCM-2021, August 29 - September 2 2021, Svetlogorsk, Russia, С.43 (год публикации - 2021).

2. Данилов Ю.А., Демина П.Б., Дорохин М.В., Кудрин А.В., Лесников В.П., Ведь М.В., Вихрова О.В., Здоровейщев А.В., Звонков Б.Н. Circularly polarized luminescence of GaAs/InGaAs spin light-emitting diodes with CoPt/Al2O3/C injector Book of Abstracts «The 4th International Baltic Conference on Magnetism» IBCM-2021, August 29 - September 2 2021, Svetlogorsk, Russia, С.112 (год публикации - 2021).

3. Дорохин М.В., Дёмина П.Б., Здоровейщев А.В., Зайцев С.В., Кудрин А.В. Особенности циркулярной поляризации диодов с CoPt инжектором в сильных и слабых магнитных полях Сборник тезисов II Международной конференции «Физика конденсированных состояний» ФКС-2021, 31 мая – 4 июня 2021 года, Черноголовка., С.187 (год публикации - 2021).

4. Дорохин М.В., Здоровейщев А.В., Кузнецов Ю.М., Кудрин А.В., Демина П.Б., Вихрова О.В. Thin magnetic films based on CoPt alloys: properties and applications Abstract Book International Conference on Advanced Nano Materials «ANM 2021», 22-24 July 2021, University of Aveiro, Portugal, C.325 (год публикации - 2021).

5. Занг Х., Хи Дж, Третьяков О.А., Диип Х, Зао Г., Янг Дж., Зоу Я., Изава М., Ли Х. Dynamic transformation between a skyrmion string and a bimeron string in a layered frustrated system PHYSICAL REVIEW B, - (год публикации - 2021).

6. Здоровейщев А.В., Ведь М.В., Данилов Ю.А., Демина П.Б., Дорохин М.В., Дудин Ю.А., Здоровейщев Д.А., Кудрин А.В., Котомина В.Е., Кузнецов Ю.М. Применение ионной имплантации для создания магнитоуправляемого светоизлучающего диода Труды XXV Международной конференции «Взаимодействие ионов с поверхностью» ВИП-2021, 23 - 27 августа 2021 г. Москва, Россия, Т.2, С.165-167 (год публикации - 2021).

7. Калентьева И.Л., Демина П.Б., Дорохин М.В. Влияние ионного облучения на характеристики спиновых светоизлучающих диодов InGaAs/GaAs/Al2O3/CoP Тезисы докладов Всероссийской научной молодежной конференции «Физика полупроводников и наноструктур, полупроводниковая опто- и наноэлектроника», 22–26 ноября 2021 г., Санкт-Петербург, С.94 (год публикации - 2021).

8. Кузнецов Ю.М., Дорохин М.В., Здоровейщев А.В., Кудрин А.В., Дёмина П.Б., Здоровейщев Д.А. Гальваномагнитные и термомагнитные явления в тонких металлических плёнках CoPt Успехи физических наук, - (год публикации - 2022).

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Научной проблемой проекта является установление природы возникновения неколлинеарного обменного взаимодействия Дзялошинского-Мория в структурах ферромагнетик/тяжелый металл (Co/Pt и Co/Pd) с отсутствием четких границ между слоями ферромагнетика и тяжелого металла. Выбор материалов для осаждения связан с широкими потенциальными возможностями для модуляции их магнитных свойств. Из литературных источников видно, что комбинация CoPt может формировать фазы Co, CoPt, Co3Pt, CoPt3 и Pt. Основные усилия в рамках выполнения второго этапа проекта были сосредоточены на формировании систем с составом, не соответствующим какой-либо из фаз, но обеспечивающим эффективное взаимодействие Дзялошинского-Мория и формирование наноразмерных магнитных доменов (скирмионов) с высокой плотностью. С этой целью был выполнен широкий спектр ростовых экспериментов (Таблица 1.1 Приложения 1) по формированию многофазных плёнок на основе [Co/Pt]n и [Co/Pd]10, включающая управление технологическими параметрами, обеспечивающими контролируемое изменение фазового состава. Структуры осаждались на поверхность кремния, GaAs, сапфира. Было выполнено варьирование технологических параметров, обеспечивающее глубокую модуляцию фазового состава: - толщина слоя Co в многослойной структуре при фиксированной толщине платины; толщина слоя Pt в многослойной структуре при фиксированной толщине Co; - количество слоёв (1-15); - температура роста и температура постростового отжига в вакуумной установке; - для плёнок [Co/Pd]10 выполнено варьирование толщины бислоёв, т.е. одновременное варьирование толщин Co и Pd (в этом случае состав плёнок не изменяется); Выполнена структурная характеризация сформированных тонкоплёночных материалов. Исследована кристаллическая структура сформированных слоёв CoPt(x) и CoPd(y) с применением метода просвечивающей электронной микроскопии. Исследованы профили распределения элементов и состав сформированных плёнок методом вторичной ионном масс-спектрометрии. Аналогично образцам, исследованным на предыдущем этапе, было получено, что сформированные слои представляют собой поликристаллическую плёнку с мелким размером зерна. Установлена взаимосвязь между кристаллической структурой и фазовым составом сформированных плёнок [Co/Pt]*n, их магнитными характеристиками и микромагнитной структурой, а также технологическими параметрами получения плёнок (толщинами отдельных слоёв Co и Pt, количеством слоёв). Показано, что существенную роль в многослойных магнитных плёнках [Co/Pt]10, получаемых методом электронно-лучевого испарения, играет диффузия атомов Co и Pt. В зависимости от толщины слоёв Co и Pt могут быть сформированы различные виды структур: - однофазные слои Co и Pt с сильно размытой гетерограницей; - твёрдые растворы Co-Pt с периодически изменяющимся составом, в том числе разделённые прослойками чистой платины; Показано, что глубина модуляции периодически изменяющегося состава, толщина прослоек нерастворённой платины и общая толщина слоёв оказывают существенное влияние как на регистрируемые магнитные характеристики, так и на плотность скирмионов в структурах в условии отсутствия внешнего магнитного поля (при предварительном подмагничивании плёнок). Таким образом, показано, что технологический параметр «толщина слоёв в многослойной структуре» является мощнейшим элементом для эффективного управления магнитными наночастицами в плёнках Co/Pt. Для разрабатываемой системы [Co/Pt], полученной методом электронно-лучевого испарения, выявлены условия для получения одномерных наноразмерных магнитных неоднородностей, которые интерпретируются как 1D скирмионы. Условиями формирования 1D скирмионов являются большая длительность синтеза, либо высокая температура роста. Анализ факторов, обусловливающих формирование 1D скирмионной системы и влияющих на её плотность, предполагается выполнить в рамках третьего этапа проекта. Получена зависимость магнитных свойств и микромагнитной структуры тонких плёнок [Co/Pt]10 от температуры роста. Установлено, что повышение температуры роста не приводит к существенному повышению плотности скирмионов, или обусловливает её уменьшение за счёт повышения однородности состава по глубине плёнки. Исключение составляет образец с наибольшими толщинами слоёв [d(Co)=4 A/d(Pt)=6 A]10. Для указанного образца была выявлена существенная модификация микромагнитной структуры с повышение температуры роста, заключающаяся в формировании 1D скирмионов. Разработана математическая модель магнитной микроструктуры экспериментальных плёнок Ф/Pt в присутствии взаимодействия Дзялошинского-Мория. Модель основана на результатах экспериментальных исследований и выполненных в рамках первого этапа оценок энергии взаимодействия Дзялошинского-Мория и механизмов формирования микромагнитных конфигураций. Исследована зависимость микромагнитной структуры слоёв Co/Pd от условий получения. Установлены технологические параметры получения плёнок Co/Pd, обеспечивающие формирование в плёнках цилиндрических магнитных доменов с двойными доменными стенками и нулевым топологическим зарядом. Полученные результаты интерпретированы с точки зрения отнесения наблюдаемой микромагнитной картины к системе скирмиониумов.

Публикации

1. Демина П.Б., Калентьева И.Л., Здоровейщев А.В., Дорохин М.В., Данилов Ю.А., Дудин Ю.А. Ионное облучение как метод управления характеристиками спиновых светоизлучающих диодов InGaAs/GaAs/Al2O3/CoPt Материалы XXVI Международного симпозиума «Нанофизика и наноэлектроника», 14-17 марта 2022 г., Нижний Новгород: Изд-во Нижегородского госуниверситета., Т. 1, с. 224-225. (год публикации - 2022).

2. Дорохин М.В., Демина П.Б., Ведь М.В., Хомицкий Д.В., Кабаев К.С., Balanta М.А.G., Iikawa F., Звонков Б.Н. Эффект спиновой памяти в наноструктурах InGaAs/GaAs, дельта-легированных Mn Тезисы докладов XV Российской конференции по физике полупроводников, 3-7 октября 2022 г., Нижний Новгород., С. 201. (год публикации - 2022).

3. Дорохин М.В., Дёмина П.Б., Здоровейщев А.В., Зайцев С.В., Кудрин А.В. Циркулярно-поляризованная электролюминесценция спиновых светоизлучающих диодов InGaAs/GaAs/CoPt, помещённых в сильное и слабое магнитное поле Журнал технической физики, Т. 92, вып. 5, с. 724-730. (год публикации - 2022).

4. Дорохин М.В., Здоровейщев А.В., Темирязева М.П., Темирязев А.Г., Демина П.Б., Вихрова О.В., Кудрин А.В., Калентьева И.Л., Ведь М.В., Орлова А.Н., Трушин В.Н., Садовников А.В., Татарский Д.А. Manipulation of micromagnetic structure of thin Co/Pt multilayer films by precise variation of Co and Pt thicknesses Journal of Alloys and Compounds, V.926, P.166956 (год публикации - 2022).

5. Здоровейщев А.В., Демина П.Б., Дикарева Н.В., Дорохин М.В., Ершов А.В., Звонков Б.Н., Темирязева М.П., Темирязев А.Г. Торцевые лазеры GaAs/ InGaAsP/InGaAs с циркулярно-поляризованным излучением Программа и Тезисы докладов XXIV Уральской международной зимней школы по физике полупроводников, 14-19 февраля 2022 г., Екатеринбург, Институт физики металлов им. М.Н. Михеева УрО РАН, 2022, с. 209-210 (год публикации - 2022).

6. Здоровейщев А.В., Демина П.Б., Дорохин М.В., Данилов Ю.А., Дудин Ю.А., Калентьева И.Л. Управление характеристиками спиновых светоизлучающих диодов InGaAs/GaAs/Al2O3/CoPt ионным облучением Тезисы докладов XV Российской конференции по физике полупроводников, 3-7 октября 2022 г., Нижний Новгород, ИПФ РАН., С. 203. (год публикации - 2022).

7. Здоровейщев А.В., Дёмина П.Б., Дорохин М.В., Здоровейщев Д.А., Кузнецов Ю.М., Татарский Д.А.,Темирязева М.П., Темирязев А.Г. Структура и магнитные свойства пленок CoPt, выращенных с варьированием толщины бислоев Материалы XXVI Международного симпозиума «Нанофизика и наноэлектроника», 14-17 марта 2022 г., Нижний Новгород: Изд-во Нижегородского госуниверситета., Т. 1, с. 248-249. (год публикации - 2022).

8. Калентьева И.Л., Вихрова О.В., Данилов Ю.А., Дудин Ю.А.,Здоровейщев А.В., Здоровейщев Д.А.,Темирязева М.П., Темирязев А.Г., Садовников А.В. Образование скирмионных состояний в ионно-имплантированных тонких пленках CoPt и CoPd Материалы XXVI Международного симпозиума «Нанофизика и наноэлектроника», 14-17 марта 2022 г., Нижний Новгород: Изд-во Нижегородского госуниверситета., Т. 1, с. 252-253. (год публикации - 2022).

9. Калентьева И.Л., Вихрова О.В., Данилов Ю.А., Здоровейщев А.В., Здоровейщев Д.А., Дорохин М.В., Дудин Ю.А., Темирязева М.П., Темирязев А.Г., Садовников А.В., Юнин П.А. Формирование скирмионных состояний в ионно-облученных тонких пленках CoPt Физика твердого тела, Т. 64, в. 9, c.1304-1310 (год публикации - 2022).

10. Калентьева И.Л., Вихрова О.В., Здоровейщев А.В., Дудин Ю.А., Данилов Ю.А., Здоровейщев Д.А., Темирязева М.П., Темирязев А.Г., Садовников А.В. Влияние ионного облучения на магнитные свойства и доменную структуру тонких пленок CoPd Тезисы докладов международной конференции «ФизикА.СПб», 17–21 октября 2022 года, Санкт-Петербург. — СПб.: ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, 2022, С. 121-122. (год публикации - 2022).

11. Калентьева И.Л., Вихрова О.В., Здоровейщев А.В., Дудин Ю.А., Данилов Ю.А., Темирязева М.П., Темирязев А.Г., Садовников А.В. Formation of the skyrmions in CoPt and CoPd thin films after ion irradiation Book of abstracts: VIII Euro-Asian Symposium «Trends in MAGnetism» «EASTMAG-2022», August 22–26, 2022, Kazan, Russia. Zavoisky Physical-Technical Institute FRC Kazan SC RAS., V. 1, p. 378-380. (год публикации - 2022).

12. Калентьева И.Л., Вихрова О.В., Здоровейщев А.В., Дудин Ю.А., Данилов Ю.А., Темирязева М.П., Темирязев А.Г., Садовников А.В. Ионное облучение тонких ферромагнитных пленок CoPd Тезисы докладов VIII Всероссийской конференции и школы молодых ученых и специалистов «Физические и физико-химические основы ионной имплантации», 11-14 ноября 2022 г., Казань., С. 80. (год публикации - 2022).

13. Калентьева И.Л., Демина П.Б., Дорохин М.В., Вихрова О.В.,Здоровейщев А.В., Дудин Ю.А. Effect of ion radiation on the characteristics of InGaAs/GaAs/Al2O3/CoPt spin light-emitting diodes Book of abstracts. 9th International School and Conference on Optoelectronics, Photonics, Engineering and Nanostructures, 24-27 May 2022, Saint-Petersburg, Russia, P. 196-197. (год публикации - 2022).

14. Степушкин М.В., Здоровейщев А.В., Миргородская Е.Н., Темирязева М.П., Темирязев А.Г. Исследование эффекта Холла и доменной структуры в тонких пленках CoPt Материалы XXVI Международного симпозиума «Нанофизика и наноэлектроника», 14-17 марта 2022 г., Нижний Новгород: Изд-во Нижегородского госуниверситета, Т. 1, с. 364-365. (год публикации - 2022).

15. Темирязева М.П., Темирязев А.Г., Степушкин М.В., Здоровейщев А.В., Здоровейщев Д.А., Кудрин А.В., Татарский Д.А., Садовников А.В., Никитов С.А. Magnetic force microscopy of skyrmion formation in thin CoPt-films Book of abstracts: VIII Euro-Asian Symposium «Trends in MAGnetism» «EASTMAG-2022», August 22–26, 2022, Kazan, Russia. Zavoisky Physical-Technical Institute FRC Kazan SC RAS., V. 1, p. 376-377. (год публикации - 2022).