| 1 |
3 июня 2013 г.-31 декабря 2013 г. |
Развитие комбинированных методов диагностики локальных электрофизических и магнитных свойств сверхпроводящих и ферромагнитных структур методами сканирующей зондовой микроскопии |
| Результаты этапа: В 2013 году на базе измерительного комплекса Omicron Nanotechnology LT UHV SPM / Multiprobe S/XA в Институте физики микроструктур РАН (ИФМ РАН, Нижний Новгород) проведены первые успешные зондовые измерения с использованием различных комбинированных методик. В частности, для тестовой поверхности реконструированного кремния Si(111)7x7 получено атомарное разрешение в стандартном и модуляционном STM-режимах, а также в комбинированном STM-NC-AFM режиме (STM – сканирующая туннельная микроскопия, STS – сканирующая туннельная спектроскопия, NC-AFM – бесконтактная атомно-силовая микроскопия).
- Методами STM/STS исследованы электрофизические свойства сверхпроводящих монокристаллов BiSrCaCuO, проведены спектроскопические исследования в нормальном и сверхпроводящем состоянии. Было обнаружено, что на поверхности свежесколотого кристалла BiSrCaCuO формируется периодическая сверхструктура с периодом 2.2 нм.
- Теоретически предсказана возможность обнаружения локализованной (прикраевой) сверхпроводимости в сверхпроводящих мезоскопических структурах в сильном магнитном поле методом низкотемпературной сканирующей лазерной микроскопии (LTSLM). С помощью комбинации магнитотранспортных измерений и LTSLM-техники исследовано формирование неоднородных сверхпроводящих состояний в ниобиевых микромостиках. Были исследованы переходы между прикраевой сверхпроводимостью, объемной сверхпроводимостью и нормальным состоянием.
- Разработана методика создания зондов для магнитно-силовой микроскопии (МFМ) высокого разрешения, в которой используются фокусированные ионные и электронные пучки для ионной заточки исходных кремниевых зондов и формирования маски для последующего контролируемого создания ферромагнитной наночастицы.
- Теоретически исследована токонесущая способность тонкопленочной гибридной структуры «сверхпроводник-ферромагнетик» в режиме доменной сверхпроводимости. Было показано, что для такой системы с нарушенной пространственной симметрией реализуется диодный эффект, т.е. зависимость величины критического тока от направления тока.
- Выполнен расчет локальной электронной плотности на поверхности Ge(111)2x1 c имплантированным атомом Со методами DFT (density functional theory) и молекулярной динамики и показана возможность имплантации одиночных атомов кобальта (Co) в подповерхностный слой Ge(111)2x1 с формированием приповерхностого слоя Co-Ge.
- Разработан программный комплекс для моделирования взаимодействия сверхпроводящей пленки и магнитного диполя, помещенного над ней. Основные модули комплекса были адаптированы для использования на многоядерных вычислительных системах, что позволило существенно повысить эффективность расчетов.
- В рамках теории Узаделя исследованы условия зарождения сверхпроводящего состояния в планарных магнитосвязанных структурах «сверхпроводник–ферромагнетик» в грязном пределе (dirty limit). |
| 2 |
31 декабря 2013 г.-31 декабря 2014 г. |
Развитие комбинированных методов диагностики локальных электрофизических и магнитных свойств сверхпроводящих и ферромагнитных структур методами сканирующей зондовой микроскопии |
| Результаты этапа: 2013 год: Для поверхности Si(111)7x7 получено атомарное разрешение в стандартном и модуляционном STM-режимах, а также в комбинированном STM-NC-AFM режиме (STM – сканирующая туннельная микроскопия, STS – сканирующая туннельная спектроскопия, NC-AFM – бесконтактная атомно-силовая микроскопия). Методами STM/STS исследованы электрофизические свойства сверхпроводящих монокристаллов BiSrCaCuO. Было обнаружено, что на поверхности свежесколотого кристалла BiSrCaCuO формируется периодическая сверхструктура с периодом 2.6 нм. Теоретически и экспериментально исследовано формирование локализованной (прикраевой) сверхпроводимости в сверхпроводящих мезоскопических структурах в сильном магнитном поле методом низкотемпературной сканирующей лазерной микроскопии (LTSLM). Разработана методика создания зондов для магнитно-силовой микроскопии (MFM) высокого разрешения, в которой используются фокусированные ионные и электронные пучки для ионной заточки исходных кремниевых зондов и формирования маски для последующего контролируемого создания ферромагнитной наночастицы на острие зонда. Теоретически исследована токонесущая способность тонкопленочной гибридной структуры «сверхпроводник-ферромагнетик» в режиме доменной сверхпроводимости. Разработан программный комплекс для моделирования взаимодействия сверхпроводящей пленки и магнитного диполя, помещенного над ней с использованием алгоритмов параллельного программирования.
2014 год: Исследована начальная стадия процесса роста островковых наноструктур в ходе термического напыления Nb на поверхность Si(111)7x7 в условиях сверхвысокого вакуума. Было показано, что при напылении Nb на нагретую подложку формируются квазиодномерные и квазидвумерные структуры (с типичными латеральными размерами до 200 нм), а также трехмерные пирамидальные островки. Выполнено ab-initio моделирование процессов имплантирования единичных атомов Co в подповерхностные слои Ge(111)2x1 на суперкомпьютерном комплексе СКИФ МГУ «Чебышев». Экспериментально и теоретически исследована модификация типов формируемых Co структур при измерении температуры подложки, исследованы электронные свойства кластеров Co различной размерности методами STM/STS. В рамках модели Боголюбова – де Жена исследованы транспортные свойства сверхпроводящего джозефсоновского триода. Методом MFM исследована доменная структура гибридных систем «многослойная структура [Co/Pt]–нормальный металл (Pt)–пленка Со» с перпендикулярной магнитной анизотропией. Было показано, что ферромагнитные домены образуют типичную для таких пленок лабиринтную структуру при условии, если толщина верхнего слоя кобальта менее 3 нм. Методом MFM исследовано распределение намагниченности в системе «многослойная структура [Co/Pt]–нормальный металл (Pt)–частицы Со» в присутствие внешнего магнитного поля. Было показано, что в процессе перемагничивания таких систем в многослойной пленке [Co/Pt] формируются скирмионные распределения намагниченности, что было подтверждено результатами численного решения системы уравнений Ландау-Лифшица-Гильберта. С помощью атомно-силовой микроскопии (AFM) были определены количественные характеристики сформированных GeSi островков на поверхности sSOI (напряженный Si на изоляторе). Рассчитана кривая фазового перехода в сверхпроводящее состояние тонкопленочной планарной структуры «сверхпроводник–ферромагнетик» во внешнем магнитном поле в «грязном» пределе с использованием уравнения Узаделя. На основе численного решения нестационарных уравнений Гинзбурга-Ландау рассчитана зависимость тока перехода сверхпроводящего мостика в резистивное состояние от внешнего однородного магнитного поля в присутствии магнитомягкого диполя. Разработана методика изготовления двумерных фононных кристаллов на основе кремния методами прямой лазерной литографии. Проведена существенная модернизация установки Omicron LT UHV SPM Multiprobe S/XA в ИФМ РАН. |
