Физики научились измерять невидимые магнитные свойства
Коллектив российских ученых из МФТИ, Российского квантового центра и Крымского федерального университета представил новый метод анализа магнитной анизотропии тонких гранатовых пленок при низких температурах, основанный на измерениях ферромагнитного резонанса (FMR). Этот метод позволяет быстро и точно определять температурную зависимость констант магнитной анизотропии, что можно назвать важным шагом в развитии магноники — перспективного направления в спинтронике.
Работа опубликована в Journal of Applied Physics. Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда.
Железо-иттриевые гранаты давно используются в науке и технике благодаря их уникальным магнитным и оптическим свойствам. Эти материалы находят применение в магнонике, спинтронных устройствах, оптических изоляторах и датчиках магнитного поля. Однако большинство исследований таких гранатов проводилось при комнатной температуре, а измерения при низких температурах сталкивались с рядом сложностей. В частности, традиционные методы измерения магнитной анизотропии требуют прямого определения намагниченности, что становится затруднительным при использовании парамагнитных подложек, таких как гадолиний-галлиевый гранат. Это накладывает ограничения на исследование магноники при низких температурах, необходимых для приложений в квантовых вычислениях и сверхпроводниковых системах.
Магнитная анизотропия — это свойство магнитных материалов, при котором энергия системы зависит от направления намагниченности. Различают кубическую анизотропию, связанную с кристаллической структурой, и одноосную анизотропию, возникающую вследствие внутренних напряжений или особенностей роста пленки. Ферромагнитный резонанс — метод, позволяющий исследовать магнитные свойства материалов, измеряя зависимость резонансной частоты от внешнего магнитного поля. Этот метод широко применяется для определения магнитных параметров, включая константы анизотропии.
В своей работе ученые представили новый универсальный и быстрый метод расчета констант магнитной анизотропии гранатовых пленок при изменении температуры с использованием измерений ферромагнитного резонанса. Исследование проводилось на пленке, легированной висмутом, выращенной на диамагнитной подложке из иттриево-скандиево-галлиевого граната. Этот выбор подложки позволил избежать парамагнитного вклада при низких температурах, свойственного гадолиний-галлиевому гранату.
Основной задачей исследования было определение констант магнитной анизотропии при изменении температуры от 5 до 300 K. В ходе эксперимента ученые выявили, что одноосная анизотропия изменяет знак при 120 K, переходя от отрицательных значений к положительным.
Для измерений использовался векторный анализатор цепей, подключенный к гелиевому криостату замкнутого цикла. Пленка помещалась на копланарный волновод, и анализировался передаваемый сигнал.
Новый метод расчета требует широкополосных измерений ферромагнитного резонанса, в отличие от одночастотных измерений в других подходах. Он основан на том, что при перпендикулярном внешнем поле к образцу резонансная частота линейно увеличивается с увеличением поля. Тогда требуемые параметры можно оценить, используя наклон полученного графика.
Важной особенностью метода, предложенного авторами, является то, что он не требует измерения полярной или азимутальной угловой зависимости отклика ферромагнитного резонанса. Дополнительным преимуществом нового подхода является его способность проводить быстрые оценки параметров в зависимости от температуры. Его можно применять к пленкам, демонстрирующим любую частотную зависимость от внешнего магнитного поля, независимо от наличия или отсутствия «мягкой моды».
Михаил Панин, инженер лаборатории физики магнитных гетероструктур и спинтроники для энергосберегающих информационных технологий МФТИ, отметил: «Наш метод отлично подходит для проведения температурных измерений констант магнитной анизотропии в пленках ЖИГ. Он позволяет довольно быстро определять параметры магнитной анизотропии и может быть использован на установках без возможности точного контроля направления внешнего магнитного поля, так же он подходит для широкого спектра пленок. В исследуемой пленке с довольно сложным составом нам удалось обнаружить и объяснить нетипичное поведение магнитной анизотропии».
Александр Чернов, заведующий лабораторией физики магнитных гетероструктур и спинтроники для энергосберегающих информационных технологий МФТИ, отметил: «Дальнейшие исследования группы направлены на повышение чувствительности методики ферромагнитного резонанса для изучения двумерных магнитных материалов, таких как CrCl3 и CrSBr. Разработанный в данной работе метод будет полезен для исследования тонких магнитных пленок и двумерных магнитных материалов, а также позволит ускорить разработку функциональных устройств на их основе».
В будущем новый подход будет применен к исследованию ультратонких гранатовых пленок с перпендикулярной магнитной анизотропией. Также методика может быть адаптирована для изучения новых материалов, предназначенных для квантовых вычислений и спинтронных устройств. Дальнейшие исследования будут направлены на анализ взаимодействий анизотропии с другими магнитными эффектами и изучение тонких пленок с различными ориентациями кристаллической решетки.
Telegram 
Дзен 
VK После сокращения длины очередей и роста доступности бензина в первую неделю августа ситуация снова ухудшилась. Если с 20 июня по начало августа кризис носил в основном психологический характер, то сейчас ситуация принципиально иная: августовские атаки на НПЗ показали, что меры по усилению их противовоздушной обороны не были достаточно полными. Значит, прогноз автора Naked Science от 19 июля о том, что острая фаза кризиса закончится до конца лета, был частично неверным.
Множество переломов костей у средневекового скелета, захороненного в замке Стерлинг, позволили предположить, что мужчина погиб в результате прямого попадания снаряда, выпущенного из осадного орудия. Не исключено, что это был гигантский требушет «Боевой Волк», построенный по приказу короля Англии Эдуарда I.
Воспоминания не исчезают бесследно: иногда пережитый опыт перестает влиять на поведение, хотя его след продолжает сохраняться в мозге. Ученые решили проверить, можно ли вернуть такую «забытую» память и что произойдет, если напомнить о произошедшем не совсем точно.
В черепах участников битв эпохи Средневековья часто находят отверстия квадратной формы, о происхождении которых спорят специалисты. Авторы нового исследования пришли к выводу, что такое повреждение — следствие смертельного удара по голове палицей.
Анализ почти 69 тысяч видов насекомых помог опровергнуть главенствующую теорию эволюции, которая полвека объясняла устройство колоний пчел, муравьев и ос. Исследователи выяснили, что общепринятый генетический фактор сам по себе не приводит к разделению труда, а настоящий секрет их коллективного выживания кроется в совсем других биологических чертах.
После сокращения длины очередей и роста доступности бензина в первую неделю августа ситуация снова ухудшилась. Если с 20 июня по начало августа кризис носил в основном психологический характер, то сейчас ситуация принципиально иная: августовские атаки на НПЗ показали, что меры по усилению их противовоздушной обороны не были достаточно полными. Значит, прогноз автора Naked Science от 19 июля о том, что острая фаза кризиса закончится до конца лета, был частично неверным.
Долгое время считалось, что до прихода европейцев тропические леса Амазонии были заселены сравнительно плохо. Однако выяснилось, что плотная растительность скрывает большинство следов древних обществ. С помощью воздушного лазерного сканирования ученые обнаружили сотни неизвестных земляных сооружений и предположили, что около двух тысяч лет назад население юго-западной части Амазонии могло достигать трех миллионов человек.
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
Остров Пекан недалеко от Мексиканского залива в Луизиане вскоре перейдет в собственность компании Илона Маска. Здесь будет новый космодром для Starship, почти в 20 раз больше, чем в Бока-Чике, где уже стоят две стартовых площадки. Уникальное местоположение позволит компании попытаться реализовать амбициозную цель о запуске миллиона низкоорбитальных спутников на орбиты, где сегодня находится подавляющее меньшинство спутников Земли.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно