Результаты 2022 года

Результаты фундаментальных научных исследований:

 

Динамика взаимодействующих вихрей вблизи краевого дефекта в сверхпроводнике.

Впервые теоретически и экспериментально рассмотрена динамика счетного числа вихрей вблизи одиночного краевого дефекта (разреза) в узкой сверхпроводящей пленке. Обнаружено образование упорядоченного веера вихрей и поперечного (‘холловского’) напряжения, обусловленных взаимным отталкиванием вихрей. При приложении поперечного магнитного поля преимущественное зарождение вихрей на разрезе приводит к невзаимному, диодному, эффекту протекания тока в сверхпроводящей пленке. Полученные оценки скорости движения вихрей свыше 1 км/с позволяют использовать этот эффект для реализации сверхпроводящего диода гигагерцового диапазона частот.

 

 

Рис. 1 Вихревой веер.

Рис. 2 Диодный эффект.

Авторы: С.С.Уставщиков, М.Ю.Левичев, И.Ю.Пашенькин, Н.С.Гусев, С.А.Гусев, Д.Ю.Водолазов (ИФМ РАН);

A.I.Bezuglyj, V.A.Shklovskij (Institute for Theoretical Physics; Physics Department, V. Karazin Kharkiv National University, Kharkiv, Ukraine);

M.Yu.Mikhailov (B.Verkin Institute for Low Temperature Physics and Engineering of NAS of Ukraine, Kharkiv, Ukraine);

B.Budinská, B.Aichner, V.M.Bevz, W.Lang, O.V.Dobrovolskiy (University of Vienna, Faculty of Physics, Vienna, Austria).

Публикации:

1.   Phys. Rev. B 105, 214507 (2022) (Editor’s Suggestion, Featured in Physics).

2.   Письма в ЖЭТФ, т.115, вып.10, с.658-665 (2022) (Editor’s Suggestion).

3.   ЖЭТФ, т.162, н.2, стр.262 (2022).

4.   Phys. Rev. Applied 17, 034072 (2022).

---

Прецизионная ионно-пучковая обработка поверхности оптических элементов на основе монокристаллического кремния.

Для мощных источников синхротронного излучения и лазеров на свободных электронах разработана методика ионно-пучковой обработки поверхности монокристаллического кремния, применяемого в кристалл-монохроматорах и элементах асферической оптики. Методика основана на использовании ионов с энергией, достаточной для аморфизации поверхностного слоя кремния, что значительно снижает зависимость скорости травления от угла падения ионов и подавляет развитие шероховатости поверхности при ионном распылении. Эффективность методики продемонстрирована на примере Si(110) кристалл-монохроматора, ошибка формы и шероховатость поверхности которого были уменьшены более чем на порядок по сравнению с ранее достигнутыми значениями.

Рис.1. Ионно-пучковая обработка монокристаллического кремния. а) Спектр комбинационного рассеяния (l=325 нм); б) АСМ кадр (травление при Eион=300 эВ); в) АСМ кадр (травление при Eион=800 эВ); г) Карта поверхности кристалла-монохроматора до коррекции; д) Карта поверхности кристалла-монохроматора после коррекции.

Авторы: М.С.Михайленко, А.Е.Пестов, М.В.Зорина, Н.Кумар, И.В.Малышев, Н.Н.Салащенко, А.К.Чернышев, Н.И.Чхало (ИФМ РАН).

Публикации:

1.ЖТФ 92(8), 1219-1223 (2022). DOI: 10.21883/JTF.2022.08.52787.70-22.

2.Applied Optics 61(10), 2825-2833 (2022). DOI: 10.1364/AO.455096

3.Applied Optics 61(33), 9879-9887 (2022), doi.org/10.1364/AO.472504

4.Nuclear Instruments And Methods In Physics Research Section B (подана в печать)

---

Проект рентгенооптической схемы безмасочного рентгеновского литографа с лазерно-плазменным источником излучения.

Разработан проект рентгенооптической системы безмасочного литографа на основе точечного лазерно-плазменного источника излучения на 13,5 нм и микроэлектромеханической системы микрозеркал в качестве динамической маски. Созданный проекционный трехзеркальный объектив с 400-кратным уменьшением при размере пикселя маски 8х8 мкм обеспечивает расчетную производительность литографа более 1 пластины Æ200 мм в час с разрешением до 20 нм. Макетирование оптических элементов подтвердило основные принципы, заложенные в конструкцию рентгеновского безмасочного литографа, что позволяет приступить к этапу опытно-конструкторских работ по его созданию.

Рис.1. Рентгенооптическая схема безмасочного нанолитографа с трехзеркальным объективом (зеркала M1, M2, M3) с уменьшением 400 крат и матрицей МЭМС микрозеркал, работающей на отражение.  Увеличено показан отдельный элемент МЭМС (СЭМ снимок).

Авторы: Н.И.Чхало, Н.Н.Салащенко, И.В.Малышев, А.Е.Пестов, В.Н.Полковников, М.Н.Торопов (ИФМ РАН);

ООО «Маппер», ИС РАН, МИЭТ.

Публикации:

1.Proc. of SPIE.  V. 10224 102241O-1-O8 (2016).

2.Journal of Vacuum Science & Technology B, 35, 062002 (2017); doi: 10.1116/1.4995369

3.Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2018, № 10, с. 10–20.

---

Применение терагерцовой спектроскопии для медико-биологической диагностики на основе анализа многокомпонентного состава продуктов термического разложения биологических сред.

Применен метод терагерцовой газовой спектроскопии высокого разрешения для анализа многокомпонентного состава продуктов термического разложения биологических жидкостей (урины) у онкобольных для выявления на ранних стадиях нефропатических осложнений после курса химиотерапии. Данный подход в метаболомике открывает новые возможности диагностики и лечении различных заболеваний на основе анализа конечных и промежуточных продуктов обмена веществ. Разработано и передано в производство специализированное спектральное оборудование, обладающее для этих целей высокой селективностью и чувствительностью в терагерцовом частотном диапазоне.

Рис.1. Запись участка спектра вблизи частоты fc= 145.9481 ГГц с линией изобутиронитрила  (i-C3H7CN), измеренной в образце пациента после химиотерапии (синяя кривая), в сравнении с его образцом перед химиотерапией (красная кривая) и образцом условно здорового человека (зеленая кривая).	Рис.2. Запись участка спектра вблизи частоты fc2 = 145.6864 ГГц с линией поглощения глицина (конформер II)(H2NCH2COOH) в образце пациента после химиотерапии (синяя кривая), в сравнении с его образцом перед химиотерапией (красная кривая) и образцом условно здорового человека (зеленая кривая).

Авторы: В.Л.Вакс, В.А.Анфертьев, Е.Г.Домрачева, С.И.Приползин, М.Б.Черняева, А.А.Яблоков (ИФМ РАН);

А.В.Масленникова, А.В.Железняк (ПИМУ).

Публикации: 

1. V.L. Vaks et al., Scientific Reports  12:18117 (2022)

В.Л. Вакс и др., Оптический журнал 89, 80 (2022)

---

Длинноволновое стимулированное излучение в гетероструктурах с квантовыми ямами HgCdTe.

Учет роста отражения подложек GaAs в области остаточных лучей и оптимизация толщины диэлектрического CdTe волновода позволили получить в гетероструктурах с квантовыми ямами HgCdTe стимулированное излучение в области 18-31 мкм. Теоретически анализ показывает, что при уменьшении доли Cd в квантовых ямах диапазон генерации стимулированного излучения может быть расширен до 40 мкм. Продемонстрирована непрерывная перестройка длины волны стимулированного изучения от 27 до 18 мкм изменением температуры от 8 до 70К.

Рис.1. Перестраиваемое стимулированное излучение в диапазоне 18-27 мкм.

Рис.1. Увеличение длины волны стимулированного излучения до 40 мкм при снижении доли Cd в HeCdTe квантовой яме.

Авторы: В.В.Румянцев, А.А.Дубинов, В.В.Уточкин, М.А.Фадеев, В.Я.Алешкин, А.А.Разова, В.И.Гавриленко, С.В.Морозов (ИФМ РАН);

Н.Н.Михайлов, С.А.Дворецкий (ИФП СО РАН).

Публикации:

1.S.V.Morozov, et al. ACS Photonics 8, 3526 (2021).

V.V.Rumyantsev et al. Appl. Phys. Lett. 121, 182103 (2022) - Editor's Pick.

---

Обратный эффект Фарадея как механизм генерации вихревых состояний в сверхпроводниках.

Теоретически предсказана возможность генерации вихрей Абрикосова в сверхпроводнике второго рода и вихревых состояний в сверхпроводящих кольцах под действием циркулярно поляризованной электромагнитной волны

Эти результаты представляют собой важный шаг к реализации новых устройств, сочетающих в себе преимущества высокоскоростной фотоники и сверхпроводниковой электроники с малыми потерями.

Рис.1. Схематическое изображение генерации постоянного электрического тока в тонком сверхпроводящем кольце под действием циркулярно поляризованного лазерного луча.

Авторы: С.В.Миронов, А.С.Мельников, И.Д.Токман (ИФМ РАН);

B.Lounis (LP2N, University of Bordeaux, France);

А.И.Буздин (LOMA, University of Bordeaux, France).

Публикации:

1.V.D.Plastovets, I.D.Tokman, B.Lounis, A.S.Melnikov, A.I.Buzdin, Phys Rev B 2022.

2.M. D. Croitoru, S. V. Mironov, B. Lounis, A. I. Buzdin, Adv. Quantum Technol. 5, 2200054 (2022).

---

Внешний аномальный эффект Холла в туннельных контактах.

Теоретически рассчитан и экспериментально измерен эффект Холла, связанный со спин-орбитальным взаимодействием электронов с сильным электрическим полем E ~ 10⁹ В/м в туннельном  контакте СоFeB/MgO/Pt. Отличительной особенностью выявленного эффекта Холла является квадратичная зависимость холловского напряжения от величины электрического поля в контакте.

 

Авторы: И.Ю.Пашенькин, М.В.Сапожников, Н.С.Гусев, Е.А.Караштин, А.А.Фраерман (ИФМ РАН).

Публикации:

1.Е.А.Караштин, и др. ЖЭТФ 163(1), 1-9 (2023).

2.I.Yu. Pashenkin, et al. Phys. Rev. B (направлена в печать).

---