Результаты 2021 года

Важнейшие результаты законченных исследований

Подавление оже-рекомбинации дираковских фермионов и стимулированное излучение на длине волны λ ~ 31 мкм в квантовых ямах HgCdTe

В гетероструктурах с квантовыми ямами HgCdTe, выращенных на подложке GaAs, при оптической накачке получено стимулированное излучение на рекордно большой длине волны излучения 31 мкм, недоступной для существующих квантовых каскадных лазеров на основе полупроводников A3B5. Дизайн структуры обеспечивает подавление безызлучательной оже-рекомбинации вследствие симметрии законов дисперсии электронов и дырок и препятствует вытеканию волноводной моды в подложку из-за падения показателя преломления вблизи области остаточных лучей в GaAs., что представляет интерес для кремниевой нанофотоники.

Нормированные спектры стимулированного излучения для шести исследуемых структур. Стрелками показано направление сдвига спектров стимулированного излучения при повышении температуры. Для структуры S3 также приведен спектр фотолюминесценции.

Авторы:

С.В. Морозов, В.В. Румянцев, М. С. Жолудев, А. А. Дубинов. В. Я. Алешкин, В. В. Уточкин, М. А. Фадеев, К. Е. Кудрявцев, В. И. Гавриленко — ИФМ РАН

Н.Н. Михайлов. С. А. Дворецкий — ИФП СО РАН

F. Teppe — LaboratoireCharlesCoulomb, CNRS&Université Montpellier, France

Публикации:

ACS Photonics (accepted) https://doi.org/10.1021/acsphotonics.1c01111

---

Коррекция низкочастотных шероховатостей высокоточных оптических деталей малоразмерным ионным пучком

Разработана и реализована методика коррекции локальных ошибок формы поверхности оптических элементов мягкого рентгеновского и экстремального ультрафиолетового диапазонов малоразмерным пучком ионов с энергией 200−1500 эВ. Фокусировка ионного пучка за счет ионно-оптической системы из двух сеток сферической формы в созданном специализированном источнике ионов позволила уменьшить размер пучка до 1,5 мм, увеличить скорость травления до 0,5 мкм/мин и расширить диапазон доступных для обработки пространственных частот до 1.3×10−3 мкм−1, что перекрывает весь диапазон низкочастотных шероховатостей. Управление пучком источника ионов по разработанному на основе матричного представления обрабатываемой поверхности алгоритму позволило в разы сократить полное время коррекции и расширить диапазон пространственных частот, поддающихся коррекции при заданном размере ионного пучка.

Фото и схема источника КЛАН-12М. 1 — источник; 2 — нейтрализатор; 3 -фокусирующая ИОС; 4 — охлаждаемый кожух; 5 — молибденовый экран.

Карта волновых аберраций объектива до и после ионно-пучковой коррекции формы и схема процедуры ионно-пучковой коррекции локальных ошибок формы малоразмерным ионным пучком

Авторы:

М.С. Михайленко, А.Е. Пестов, И. Г. Забродин, А. К. Чернышев, Н. И. Чхало — ИФМ РАН

Л.А. Гончаров — НТК «Платар»

Публикации:

1. М. С. Михайленко и др. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. — 2019. — № 3. — С.19−24.

2. А. К. Чернышев и др. ЖТФ 89 (11), 1650 (2019).

---

Обратный эффект Фарадея в сверхпроводниках

Предложен механизм обратного эффекта Фарадея в сверхпроводниках, связанный с взаимодействием фазовых и амплитудных колебаний волновой функции куперовских пар. Показано, что электромагнитное излучение круговой поляризации индуцирует в сверхпроводнике магнитный момент на нулевой частоте. Полученные результаты являются важным шагом к пониманию фундаментальных явлений на стыке оптики, магнетизма и сверхпроводимости и могут позволить реализовать принципиально новые сверхбыстрые механизмы оптического управления магнитными состояниями в устройствах сверхпроводящей электроники и спинтроники.

Обратный эффект Фарадея в сверхпроводящем конденсате.

Авторы:

С.В. Миронов, А.С. Мельников, И. Д. Токман, В. Л. Вадимов — ИФМ РАН

B. Lounis, A.I. Buzdin — Université Bordeaux, France

Публикации:

S.V. Mironov, A.S. Mel’nikov, I.D. Tokman, V. Vadimov, B. Lounis, A.I. Buzdin, Inverse Faraday Effect for Superconducting Condensates. Phys. Rev. Lett. 126, 137002 (2021).

---

Прямое наблюдение топологического эффекта Холла в наноструктурированных пленках Co/Pt

Обнаружен и исследован топологический эффект Холла (ТЭХ) возникающий в плотных искусственных решетках магнитных скирмионов. Решетки скирмионов формируются в процессе перемагничивания наноструктурированных многослойных пленок Co/Pt с перпендикулярной магнитной анизотропией. Для непосредственного наблюдения ТЭХ разработан метод одновременного измерения в образцах эффекта Холла и магнитооптического эффекта Керра (МОЭК). Метод основан на идее разной величины топологических эффектов на нулевой и оптической частотах, которая обоснована сделанными аналитическими оценками величины топологических магнитооптических эффектов.

(а) Изображение решетки блоховских скирмионов в наноструктурированной пленке Co/Pt полученное методами лоренцевой просвечивающей микроскопии. (b) Петли гистерезиса MOЭK (красная линия) и эффекта Холла (черная линия), построенные в одном масштабе. Минорные петли проведены более тонкими линиями. (c) Подробный вид ступеньки на кривой Холла, связанной с формированием скирмионов в системе. (d) Кривая гистерезиса топологического эффекта Холла. Пунктирная линия — минорная петля гистерезиса.

Авторы:

М.В. Сапожников, Н.С. Гусев, С. А. Гусев, Д. А. Татарский, А. А. Фраерман — ИФМ РАН

Ю.В. Петров (СПбГУ), А. Г. Темирязев — ИРЭ РАН, Фрязинский филиал

Публикации:

Direct observation of topological Hall effect in Co/Pt nanostructured films. Phys. Rev. B 103, 054429 (2021).

---

Масс-спектрометрия аллотропных форм углерода

Установлено, что состояние гибридизации атомов углерода sp1, sp2, sp3 влияет на спектры кластерных вторичных ионов, измеренных методом вторично-ионной масс-спектрометрии (ВИМС). Выявлен набор кластеров, анализ выхода которых позволяет количественно определять степень гибридизации углеродных структур. Предложенный метод анализа химического состава, в отличие от других, позволяет проводить послойный анализ степени гибридизации с высоким разрешением по глубине.

Возможность количественной оценки состояний гибридизации углерода методом ToF SIMS.

Авторы:

М.Н. Дроздов, Ю.Н. Дроздов, А. И. Охапкин, П. А. Юнин, С. А. Краев — ИФМ РАН

М.А. Лобаев — ИПФ РАН

О.А. Стрелецкий, А.Е. Иешкин — МГУ

А.Б. Толстогузов — UniversidadeNovadeLisboa, Portugal, РГРТУ

Публикации:

1. M.N. Drozdov et al., TOF-SIMS for carbon hybridization state analysis, Carbon 186, 83 (2022) (Q1, IF 9.5)

2. М. Н. Дроздов и др., Анализ углеродсодержащих материалов методом вторично-ионной масс-спектрометрии: содержание атомов углерода в sp2 и sp3 гибридных состояниях, Письма в ЖТФ 46 (6), 38 (2020).

3. М. Н. Дроздов и др., Новый подход к анализу фазового состава углеродсодержащих материалов методом времяпролетной вторично-ионной масс-спектрометрии, Письма в ЖТФ 45 (2), 50 (2019).