ИСТИНА

Спинтроника это новая тенденция развития микроэлектроники, предполагающая использование спина электронов для записи, хранения и передачи информации. Важным направлением равития спинтроники являются хиральные магнитные системы состоящие из нанослоев, в которых магнитные моменты вращаются с периодом несоразмерным периоду кристаллической решетки. причиной является то, что хиральность - это экстра параметр, который позволяет влиять на физические свойства системы. примером таких систем является Dy, магнитные моменты атомов которого упорядочиваются геликоидально вдоль 90001) ГПУ направления. В сверхрешетках, включающих слои Dy, также возможно хиральное упорядочение. Нейтронографические данные показывают в Dy/Gd сверхрешетках наличие дальнего порядка в магнитном упорядочении, иногда моно-хирального, при некоторых значениях толщин слоев/ температур/ магнитных полей. Однако, такие системы остаются слабо изученными. Систематического исследвования таких систем проведено не было, и очень немного известно о деталях хиральности, интер- и интра-Dy слоевого магнитного упорядочения. 161 Dy является мессбауэровским изотопом, поэтому Dy/Gd сверхрешетки могут быть эффективно протестированы методом ядерно-резонансного рассеяния (NRS). NRS является эффективным методом для исследования особенностей структуры, которые до сих пор не были исследованы. Этим методом мы будем исследовать зеркальное отражения и брэгговскую дифракцию ядерного отражения, чтобы определить детали интер- и интра-слоевого упорядочения слоев Dy в Dy/Gd сверхрешетках для разных толщин слоев и в функции температуры и приложенного магнитного поля и чтобы найти способы манипулирования магнитной хиральностью в этих структурах.

Spintronics is a novel tendency in modern microelectronics implying to use electron spin to write, store and transfer information. One of hot directions in the field of spintronics is chiral-ordered magnetic systems composed of nanoscale layers inside which magnetic moments are rotated with a period incommensurate with the lattice periodicity. The reason is the chirality is an extra order parameter which allows one affect physical properties of the system. An example of such systems is Dy where there is helicoidally ordered magnetic moments along (0001)hcp direction. In Dy-based superlattices, helicoidal magnetic structures in neighbouring Dy layers may be also chirally ordered throughout the superlattice. Based on neutron diffraction data, Dy/Gd superlattices were reported to show peculiar long-range magnetic ordering, sometimes mono-chiral one, at some layer thickness/temperature/magnetic field values but actually the system still remains rarely investigated. Systematical study of the system is not done yet and very little is known on details of chirality, interlayer and intralayer Dy magnetic ordering there as well. 161Dy is a Moessbauer isotope, so Dy magnetic structure in Dy/Gd superlattices may be efficiently probed with nuclear resonance scattering (NRS). NRS is a powerful technique able to resolve the above issues that has yet not been applied to this system. With this technique we are to measure nuclear reflectometry and nuclear Bragg diffraction from Dy/Gd superlattices in order to determine details of intra- and interlayer Dy magnetic ordering in as a function of layer thickness, temperature and magnetic field and find ways to manipulate magnetic chirality in these systems.

Планируемые исследования кирально-упорядоченных редкоземельных сверхрешеток Dy/Gd позволят определить толщинные профили намагниченности сверхрешеток в зависимости от толщины слоев, температуры и магнитного поля и установить корреляцию между микроскопической магнитной структурой и макроскопическим поведением сверхрешеток, будут установлены способы управления киральностью сверхрешеток Dy/Gd. Будет разработана и экспериментально апробирована методика исследования магнитных сверхрешеток на основе 161Dy методами ядерной резонансной рефлектометрии и дифракции.

Группа-исполнитель обладает комплексом современных высоковакуумных установок для синтеза металлических планарных наногетероструктур с контролем толщин слоев и степени совершенства межслойных границ на атомном уровне. Группа обладает двумя лабораторными дифрактометрами, предназначенными для исследования наногетероструктур методами рентгеновской дифрактометрии и рефлектометрии высокого разрешения. Для проведения измерений по дифрактометрии и рефлектометрии при аномальных условиях группа имеет возможность использования синхротронных установок Центра коллективного пользования НИЦ «Курчатовский институт». Магнитометрические измерения будут проводиться на SQUID-магнитометре фирмы Quantum Design, позволяющей работать в полях до 50 кЭ и в диапазоне температур от 4.2 до 300 K. На станции ID18 ESRF имеются все возможности для проведения уникальных экспериментов по ядерному резонансному рассеянию и спектроскопии в широком интервале температур и магнитных полей. Группа-исполнитель обладает самостоятельно разработанными пакетом прикладных программ, предназначенных для анализа/фитирования спектров ядерной резонансной рефлектометрии, рентгеновских рефлектометрических спектров.

Задачи проекта полностью выполнены. Методом высоковакуумного магнетронного распыления синтезированы высококачественные сверхтонкие пленки Dy и сверхрешетки Dy/Gd. Рентгеноструктурные исследования, проведенные с использованием методов рентгеновской рефлектометрии и дифрактометрии высокого разрешения, подтвердили высокое качество полученных образцов: строго выдержанная периодичность слоистой структуры, резкие межслойные границы, эпитаксиальная внутрикристаллическая структура. Магнитометрические исследования, проведенные с помощью сквид-магнитометрии и рефлектометрии поляризованных нейтронов, обнаружили особенности магнитного поведения, которые могут быть связаны с киральным магнитным упорядочением в слоях Dy. Проведенное нами теоретическое моделирование показало, что особенности магнито-кирального упорядочения могут быть эффективно исследованы с помощью ядерного резонансного рассеяния на резонансной энергии 25.61 keV, соответствующей резонансу 161Dy. В ходе эксперимента на эталонной пленке Dy, проведенного на станции ID18 Европейского центра синхротронного излучения, были впервые детектированы спектры ядерно-резонансной рефлектометрии от тонкой пленки, содержащей 161Dy. Анализ полученных результатов по ядерной резонансной рефлектометрии и дифракции совместно со структурными, магнитными и др. данными позволит определить толщинные зависимости профилей намагниченности в исследуемых сверхрешетках Dy/Gd. Полученные результаты будут способствовать созданию новых материалов спинтроники на основе кирально-упорядоченных магнитных сверхрешеток. Выполненные работы и полученные в ходе их выполнения результаты полностью соответствуют Техническому заданию (Приложение № 1 к Соглашению о предоставлении субсидии от 06 мая 2016 г. № 14.616.21.0067).