Сверхбыстрая оптически-реконфигурируемая магноника на основе многослойных металлических наноструктур

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
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.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 20-12-00309

НазваниеСверхбыстрая оптически-реконфигурируемая магноника на основе многослойных металлических наноструктур

Руководитель Калашникова Александра Михайловна, кандидат наук (признаваемый в РФ PhD)

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук , г Санкт-Петербург

Конкурс №45 - Конкурс 2020 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-207 - Магнитные явления

Ключевые слова Реконфигурируемая магноника, лазерно-индуцированная спиновая динамика, спиновые волны, спиновые затворы, синтетические антиферромагнетики, РККИ-взаимодействие, перпендикулярная магнитная анизотропия, мандельштам-бриллюэновское рассеяние света, спинтроника

Код ГРНТИ29.19.39

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на решение актуальной научной проблемы реализации динамически реконфигурируемых структур магноники – направления в современной спинтронике, начавшего формироваться в последние несколько лет. В магнонике перенос спина осуществляется без переноса заряда за счет распространения спиновых волн, или когерентных магнонов, в магнитоупорядоченных структурах. Магноника имеет целый ряд преимуществ перед традиционной электроникой и даже спинтроникой, основаной на спин-поляризованных токах. Среди этих преимуществ - возможность минимизировать тепловые потери, а также появление дополнительных степеней свободы в управлении переносом информации, связанных с со свойствами когерентных магнонов. На современном этапе развития этой области ведутся активные исследования физических основ быстрого и эффективного управления спин-волновыми свойствами элементов магноники, т.е. реконфигурируемых магнонных структур. В основе подходов к управлению лежит чувствительность магнитных параметров материалов, прежде всего ориентации намагниченности и магнитной анизотропии, к внешнему магнитному и электрическому полям, температуре, механическим напряжениям и тд. Используя одно или комбинацию этих воздействий можно изменять дисперсионные характеристики структур и управлять таким образом групповыми и фазовыми скоростями спиновых волн, направлением их распространения и другими параметрами. Одной из основных проблем при создании реконфигурируемых магнонных структур является обеспечение их быстродействия (до ТГц частот), высокой степени локализации воздействия, используемого для перестройки той или иной характеристики магнитного материала. Перспективным подходом к решению этой проблемы является применение фемтомагнитных явлений, т.е. субнаносекундных динамических процессов, инициируемых в магнитоупорядоченных средах за счет воздействия фемтосекундных лазерных импульсов оптического, инфракрасного и терагерцового диапазонов. Глобальной и амбициозной целью проекта является создание фундаментальной базы сверхбыстрой оптически-перестраиваемой магноники на основе фемтомагнитных явлений. Такой подход станет своевременным шагом в развитии бурно развивающегося направления оптически-реконфигурируемой магноники, основанной на применении квазистатической оптической засветки. Использование уникальных особенностей суб-пикосекундного когерентного лазерного воздействия приведет к появлению принципиально нового функционала магнонных сред. Конкретной задачей Проекта является динамическое управление распространением спиновых волн, в частности магнитостатических (МСВ), путем воздействия на магнитные наноструктуры лазерными импульсами. Для этого мы предлагаем совместить несколько комплементарных подходов, позволяющих управлять двумя важнейшими характеристиками спиновых волн в магнитной среде - дисперсией и затуханием. Физическая идея, лежащая в основе Проекта, состоит в том, что многослойные металлические наноструктуры типа спиновых затворов и синтетических антиферромагнетиков предоставляют очень широкие возможности для управления их спин-волновыми характеристиками за счет фемтосекундного лазерного воздействия. Однако эти возможности изучены на настоящий момент лишь частично, и необходимо более полное раскрытие потенциала таких структур. Кроме того, все металлические материалы и структуры, рассматриваемые в Проекте, являются технологичными с точки зрения создания прототипов магнонных структур, и Проект предполагает в том числе поиск оптимальных параметров таких структур для решения глобальной задачи развития оптически-реконфигурируемой магноники. Для решения задач Проекта будут использованы два комплиментарных экспериментальных подхода - мандельштам-бриллюэновская спектроскопия рассеянного света и оптическая методика накачки-зондирования, а также ряд дополнительных методик для подробной характеризации изучаемых структур. Важной особенностью проекта, является то, что предлагаемые подходы к управлению магнитными свойствами металлических структур базируются на фундаментальных механизмах взаимодействия коротких лазерных импульсов и спиновых возбуждений, в магнитных металлах, которые могут работать в ряде случаев также в полупроводниках и диэлектриках.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Шелухин Л. А., Перцев Н. А.., Щербаков А. В., Каценвадель Д. Л., Кириленко Д А., Хамалайнен С. Й., ван Дайкен С., Калашникова А. М. Laser-Induced Magnetization Precession in Individual Magnetoelastic Domains of a Multiferroic Co40Fe40B20/BaTiO3 Composite Physical Review Applied, 14, 034061 (год публикации - 2020)
10.1103/PhysRevApplied.14.034061

2. Геревенков П.И., Кунту Д.В., Филатов Я. А., Шелухин Л.А., Ван М., Рашфорт А.В., Калашникова А.М., Хохлов Н.Е. Effect of magnetic anisotropy evolution on laser-induced magnetization precession in thin galfenol films Physical Review Materials, 5 (9), 094407 (год публикации - 2021)
10.1103/PhysRevMaterials.5.094407

3. Шелухин Л. А., Гареев Р. Р., Збарский В., Валовски Я., Мюнценберг М, Перцев Н. А., Калашникова А. М. Spin reorientation transition in CoFeB/MgO/CoFeB tunnel junction enabled by ultrafast laser-induced suppression of perpendicular magnetic anisotropy Nanoscale, 14, 8153-8162 (год публикации - 2022)
10.1039/D2NR00637E

4. Я. А. Филатов, П. И. Геревенков, М. Ванг, А. В. Рушфорт, А. М. Калашникова, Н. Е. Хохлов Spectrum evolution and chirping of laser-induced spin wave packets in thin iron films Applied Physics Letters, 120, 112404 (год публикации - 2022)
10.1063/5.0077195

5. Геревенков П. И., Бессонов В. Д., Теплов В. С., Телегин А. В., Калашникова А. М., Хохлов Н. Е. Nonreciprocal collective magnetostatic wave modes in geometrically asymmetric bilayer structure with nonmagnetic spacer Nanoscale, 15, 6785 (год публикации - 2023)
10.1039/D2NR06003E

Публикации