Магнитоэлектрические эффекты в пленках мультиферроиков со структурой перовскита

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 23-22-00225

НазваниеМагнитоэлектрические эффекты в пленках мультиферроиков со структурой перовскита

Руководитель Гареева Зухра Владимировна, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Уфимский федеральный исследовательский центр Российской академии наук , Республика Башкортостан

Конкурс №78 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

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

Ключевые слова спинтроника, мультиферроики, магнитоэлектрический эффект, спин - орбитальное взаимодействие, энергонезависимая память, логические устройства

Код ГРНТИ29.19.43

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на разработку и исследование тонкопленочных, наноструктурированных и гибридных мультиферроидных структур на основе мультиферроиков со структурой перовскита, изучение механизмов магнитоэлектрических эффектов (МЭЭ) в перовскитных мультиферроиках, разработку эффективных способов управления магнитоэлектрическими свойствами этих материалов. Для решения поставленных задач будут исследованы две группы мультиферроиков: 1) однофазные мультиферроики - RFeO3 (редкоземельные ортоферриты) и BiFeO3 (феррит висмута), 2) гибридные мультиферроики, в том числе синтетические структуры Раддлесдена – Поппера, перспективные для реализации высокотемпературного МЭЭ. Выбор данных объектов исследования обусловлен следующими причинами. Мультиферроики RFeO3 (редкоземельные ортоферриты) и BiFeO3 (феррит висмута) являются типичными представителями мультиферроиков со структурой перовскита, по ним имеется обширный экспериментальный материал, который позволит провести тщательный анализ магнитоэлектрических свойств и механизмов МЭЭ с учетом дисторсионных искажений прафазы перовскита. Разработанные подходы будут апробированы на более сложных структурах - гибридных мультиферроиках, структурах Раддлесдена – Поппера. Активный интерес к изучению этих структур связан с возможностью реализации в них высокотемпературных магнитоэлектрических эффектов. Проект предполагает исследование магнитоэлектрических свойств перовскитных мультиферроиков, акцентируя внимание на кристаллографических дисторсиях и сопутствующих стрейн – эффектах, численное моделирование микромагнитных распределений и работы спинтронных устройств наноэлектроники на их основе.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. З.В. Гареева, Н.В. Шульга, Р.А. Дорошенко, А.К. Звездин Electric field control of magnetic states in ferromagnetic–multiferroic nanostructures PCCP: PHYSICAL CHEMISTRY CHEMICAL PHYSICS, т. 25, с. 22380-22387 (год публикации - 2023)
10.1039/d3cp02913a

2. З.В. Гареева, А.М. Трочина, Ш.Т. Гареев МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ И НОВЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА СПИНТРОНИКИ Известия Уфимского научного центра РАН, т.1, с. 67 - 70 (год публикации - 2023)
10.31040/2222-8349-2023-0-1-65-70

3. З.В. Гареева, И.Ф. Шарафуллин, А.К.Звездин 2D-Perovskite Multiferroics: Interface-Induced Magnetoelectric Effect in Perovskite-Based Multiferroic Superlattices Crystals mdpi, v.13, 1404 (pp.12) (год публикации - 2023)
10.3390/cryst13091404

4. Н.В. Шульга, Р.А. Дорошенко МИКРОМАГНИТНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФЕРРОМАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА В НАНОРАЗМЕРНОЙ ДВУХСЛОЙНОЙ ОБМЕННО-СВЯЗАННОЙ ФЕРРОМАГНИТНОЙ ПЛЁНКЕ КВАДРАТНОЙ ФОРМЫ Физика металлов и металловедение, т.125, №1 (год публикации - 2024)

5. З.В. Гареева, Н.В. Шульга, Р.А. Дорошенко, К.А. Звездин, А.К.Звездин Multiferroics in MESO-like devices в книге: Book of abstracts of Samarkand International Symposium on Magnetism, SISM-2023, Samarkand, Uzbekistan 2023, в книге: Samarkand International Symposium on Magnetism 2023. Book of Abstracts. Samarkand, 2023. P.229 (год публикации - 2023)

6. З.В.Гареева, К.Ю.Гуслиенко Nutation excitations in the gyrotropic vortex dynamics in a circular magnetic nanodot «Фазовые переходы, критические и нелинейные явления в конденсированных средах» сборник трудов международной конференции, посвященной 300-летию Российской академии наук, «Фазовые переходы, критические и нелинейные явления в конденсированных средах» сборник трудов международной конференции, посвященной 300-летию Российской академии наук, 10-15 сентября 2023 г., Махачкала, с.146-147 (год публикации - 2023)

7. З.В. Гареева, Н.В. Шульга, К.А. Звездин, А.К. Звездин Novel multiferroics for Magneto Electric- Spin – Orbit – like devices Abstract book. International Conference Materials Science and Nanotechnologies, Ekaterinburg, Russia, 27-30 August 2023, Abstract book. International Conference Materials Science and Nanotechnologies, Ekaterinburg, Russia, 27-30 August 2023, p.24 (год публикации - 2023)

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В 2024 году проведены исследования магнитоэлектрических свойств гетероструктур на основе оксидных мультиферроиков, сфокусированные на нескольких ключевых направлениях: 1) исследовании механизмов магнитоэлектрических эффектов и влияния размерных факторов на магнитоэлектрические свойства пленок вида ферромагнетик–мультиферроик, 2) исследовании магнитных топологических структур и связанных с ними магнитоэлектрических эффектов в многослойных ферромагнитных пленках с магнитной анизотропией «легкая ось», «легкая плоскость», изучении магнитоэлектрических свойств топологических дефектов типа точек Блоха и 3) разработке методов магнитоэлектрического управления магнитными состояниями в синтетических мультиферроидных структурах. По результатам исследований 2024 года достигнуты хорошие результаты. Результаты опубликованы в 3 статьях, в том числе Q1, и представлены на 3х международных конференциях в формате приглашенных, устных и стендовых докладов. Основные результаты, полученные в 2024 году: 1. Разработана методика моделирования магнитных состояний в двухслойных пленках с эффектом обменного смещения, адаптированная для анализа мультиферроидных систем, на примере пленок CoFe–BiFeO₃. Проведены расчёты равновесных магнитных состояний ферромагнитного слоя, формирующихся под действием электрического поля. Показано, что размерные факторы, включая толщину слоёв и размеры образцов, существенно влияют на магнитные состояния. Проведен сравнительный анализ механизмов магнитоэлектрических взаимодействий, в том числе, обусловленных механическими напряжениями и стрикционными эффектами. Выявлены условия формирования вихревых топологических структур, перспективных для применения в спинтронных устройствах. Полученные результаты опубликованы в статьях [З.В. Гареева, В.В. Филиппова, А.К. Звездин, Мультиферроидные материалы для устройств спинтроники, Физика твердого тела 66 (8) 1251 (2024), DOI: 10.61011/FTT.2024.08.58584.22HH, Z.V. Gareeva, A.M. Trochina, T. Gareev, A.K. Zvezdin, Magnetoelectric Effects in Synthetic Multiferroic Structures for Spintronic Applications, Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, 2024, Vol. 88, Suppl. 1, pp. S36–S41. DOI: 10.1134/S1062873824708754]. 2. Обнаружены новые топологические дефекты в виде точек Блоха, формирующиеся в процессе намагничивания и перемагничивания ферромагнитных гетероструктур с различным характером магнитной анизотропии. Показано, что в четырехслойной обменно – связанной ферромагнитной пленке, в которой внешние слои обладают магнитной анизотропией типа "легкая плоскость", а внутренние — магнитной анизотропией типа "легкая ось" и различаются величиной констант магнитной анизотропии в магнитном поле, приложенном по направлению нормали к поверхности, реализуются микромагнитные состояния типа точек Блоха. 3. Определены основные магнитные состояния в многослойной ферромагнитной системе, рассчитаны условия фазовых переходов, построены фазовые диаграммы. Исследовано влияние изменения констант магнитной анизотропии слоев на условия существования точек Блоха. Показано, что за счет изменения магнитной анизотропии внешних слоев рассмотренных ферромагнитных гетероструктур возможно регулировать величину магнитного поля, необходимого для возникновения точек Блоха. 4. Изучены особенности электрической поляризации, возникающей в окрестности магнитных неоднородностей в четырехслойных обменно – связанных ферромагнитных пленках. Установлено, что точки Блоха существенно влияют на магнитные и электрические свойства систем, включая гистерезисные характеристики. Исследованы электрические свойства точек Блоха: обнаружено, что электрическая поляризация и заряд зависят от топологических параметров. Полученные результаты опубликованы в статье Gareeva, Z., Filippova, V., Shulga, N., & Doroshenko, R. (2024). Magnetoelectric effects in magnetic films with alternating magnetic anisotropy: the emergence and stability of Bloch points. Physical Chemistry Chemical Physics, 26(33), 22164-22172. https://doi.org/10.1039/D4CP02562H

Публикации

1. Гареева З.В., Филиппова В.В., Звездин А.К. Мультиферроидные материалы для устройств спинтроники Физика твердого тела, том 66, вып. 8, с. 1251 - 1257 (год публикации - 2024)
10.61011/FTT.2024.08.58584.22HH

2. Гареева З.В. , Филиппова В.В. , Скирдков П.Н. , Звездин К.А. Мультиферроидные материалы для устройств спинтроники НАНОФИЗИКА И НАНОЭЛЕКТРОНИКА. Труды XXVIII Международного симпозиума (Нижний Новгород, 11–15 марта 2024 г.) в 2 томах. Том 1-й. — Нижний Новгород: ИПФ РАН, 2024. — 560 с., Труды XXVIII Международного симпозиума "Нанофизика и наноэлектроника" (Нижний Новгород, 11–15 марта 2024 г.) в 2 томах. Том 1-й. — Нижний Новгород: ИПФ РАН, 2024. — 560 с. (год публикации - 2024)

3. Гареева З.В., Трочина А.М., Гареев Т., Звездин А.К. Magnetoelectric Effects in Synthetic Multiferroic Structures for Spintronic Applications Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, Vol. 88, Suppl. 1, pp. S36–S41. (год публикации - 2024)
10.1134/S1062873824708754

4. Гареева З.В., Звездин А.К. Антиферромагнитные материалы для спинтроники Новое в магнетизме и магнитных материалах. Сборник трудов XXV Международной конференции 1 – 5 июля 2024 г. – Москва (год публикации - 2024)

5. Филиппова В.В., Шульга Н.В., Дорошенко Р.А., Гареева З.В. Топологические объекты в наноразмерных пленках при приложении внешнего магнитного поля Сборник трудов XXV Международной конференции 1 – 5 июля 2024 г. – Москва – 2024 – 1000 с. , Сборник трудов XXV Международной конференции 1 – 5 июля 2024 г. – Москва – 2024 – 1000 с. ISBN 978-5-4465-1869-2, с. 9-28 – 9-31 (год публикации - 2024)

6. З.В. Гареева, В.В. Филиппова, Н.В Шульга, А.К. Звездин Магнитоэлектрические гетероструктуры для спинтроники Коуровка. XL международная зимняя школа физиков-теоретиков , 2 – 9 февраля, 2024, Тезисы докладов, Екатеринбург, 2024, XL международная зимняя школа физиков-теоретиков Коуровка, 2 – 9 февраля, 2024, Тезисы докладов, Екатеринбург, 2024, с. 25 (год публикации - 2024)

7. Гареева З.В. ,Филиппова В.В. , Шульга Н.В., Дорошенко Р.А. Magnetoelectric effects in magnetic films with alternating magnetic anisotropy: the emergence and stability of Bloch points Physical Chemistry Chemical Physics, 26, 22164-22172 (год публикации - 2024)
10.1039/D4CP02562H