Руководитель Никитов Сергей Аполлонович директор ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН, д.ф.-м.н., академик РАН, профессор эл. почта: [email protected] тел.: +7 (495) 629-33-31

Сотрудники лаборатории на заседании семинара

• Магнитооптические микро- и наноструктуры для оптики-на-кристалле

  Руководитель направления Логунов Михаил Владимирович д.ф.-м.н., профессор эл. почта: [email protected] тел.: +7 (495) 629-34-65

  
  

  Задачей проекта является разработка, изготовление и исследование магнитооптических пленок и пленочных наноструктур для невзаимных устройств оптики-на-кристалле – оптических изоляторов, циркуляторов, интерферометров Маха-Цандера. В оптике такие невзаимные устройства, как изоляторы, являются аналогами диода – они пропускают световой сигнал только в одном направлении. Это необходимо, например, для защиты источников сигнала от обратного отражения и для выполнения ряда других функций в оптических цепях.
  

• Исследование возможности создания новой элементной базы нейроморфных процессоров на основе сетей спинтронных осцилляторов и магнитных волноведущих структур

  Руководитель направления Сафин Ансар Ризаевич к.т.н. эл. почта: [email protected] тел.: +7 (495) 629-34-65

  
  

  Цель проекта «Исследование возможности создания новой элементной базы нейроморфных процессоров на основе сетей спинтронных осцилляторов и магнитных волноведущих структур» заключается в разработке теории искусственных нейроморфных процессоров, выполненных на основе сетей взаимосвязанных спинтронных осцилляторов гигагерцового и терагерцового диапазонов частот, а также магнитных волноведущих структур. В частности, в работе предполагается исследовать физические принципы работы искусственных нейронов и синапсов, выполненных на основе спинтронных осцилляторов, различные механизмы внешней и взаимной синхронизации таких осцилляторов, а также динамические свойства ансамблей нейроморфных осцилляторов различной топологии применительно к решению различных задач.

  

• Магнитный резонанс и спиновая релаксация в твердых телах

  Руководитель направления Ацаркин Вадим Александрович д.ф.-м.н., профессор эл. почта: [email protected] тел.: +7 (495) 629-34-40

  
  

  Круг научных интересов: спиновая динамика и релаксация в твердых телах, изучение внутренних полей, структуры, магнитных свойств, электронных состояний и фазовых переходов в конденсированных средах, включая парамагнитные диэлектрики, высокотемпературные сверхпроводники, фуллериды, мультиферроики, системы с развитой поверхностью, а также суперпарамагнитные наночастицы в различных матрицах. Прикладные аспекты: исследование микропористых и наноразмерных материалов, перспективных для применений в оксиметрии живых тканей и медицинской гипертермии на основе РЧ нагрева магнитных частиц.

  

  д.ф.-м.н., профессор В.А.Ацаркин и д.ф.-м.н. В.В. Демидов в лаборатории

• Магнитоупругие взаимодействия и генерация спиновых токов в магнонных гетероструктурах

  Руководитель направления Ползикова Наталья Ивановна д.ф.-м.н. эл. почта: [email protected] тел.: +7 (495) 629-34-12

  
  

  В настоящее время наблюдается значительный всплеск интереса к процессам взаимодействия акустических и спиновых волн (АВ и СВ) и их квантов, фононов и магнонов, между собой, а также с электронами, другими квазичастицами и квантовыми объектами (например, квантовыми кубитами) в различных микро и наноструктурах.
  Исследования нашей группы направлены на теоретическое и экспериментальное изучение линейных и параметрических ADSW и спиновых токов в основном в гибридных магнон-фононных HBAR, но и структуры на поверхностных АВ также находятся в зоне наших интересов.

  

  Рис. 1. Схема гибридного HBAR для генерации ADSW и акустической спиновой накачки (напряжения U_ISHE) (b); экспериментальная частотная зависимость |S₁₁(f)| в нулевом магнитном поле (a), (c); изменение положения резонансных частот от магнитного поля, эксперимент (синии точки), теория (красные) линии (d).

• Обработка биомедицинских изображений методами мультиразрешающего анализа, реализуемого нейро морфными и ретинэкс - подобными алгоритмами

  Руководитель направления Анциперов Вячеслав Евгеньевич к.ф.-м.н. эл. почта: [email protected] тел.: +7 (495) 629-73-82

  
  

  Тема связанна с разработкой проблемно-ориентированных методов анализа биомедицинских изображений, основанных на реалистичных статистических моделях и современных методах машинного обучения. Основным направлением планируется разработка эффективных алгоритмов и компьютерных процедур обработки и анализа изображений для решения задач идентификации и распознавания на биомедицинских изображениях диагностических маркеров и характерных для разных случаев особенностей. В частности, большое внимание уделяется базовым операциям выравнивания освещенности и подчеркивания контраста для сегментации положений и границ маркеров и особенностей. Наряду с разработкой адаптивных методов подавления шума, устранения артефактов и подчеркивания границ и текстур отдельных областей, предлагаемые исследования предполагают поиск адекватных мер / метрик оценивания качества изображений, используемых в качестве критериев оптимальности разрабатываемых процедур. В качестве одного из кандидатов на подобные критерии предлагается использование меры взаимной информации обработанного / исходного изображений, предложенного ранее исполнителями. Помимо несомненного интереса для сообщества, работающего в области обработки биомедицинских изображений, разработанные процедуры будут представлять интерес и для более широкой аудитории, работающей в области машинного обучения, искусственного интеллекта и пр.

• Фононная спектроскопия твердофазных диэлектриков

  Руководитель направления Хазанов Ефим Наумович д.ф.-м.н., профессор эл. почта: [email protected] тел.: +7 (495) 629-34-12

  
  

  Интерес к нанокристаллическому состоянию диэлектрических материалов с неупорядоченной структурой продолжает оставаться одним из актуальных направлений физики твердого тела. Усилия в данной области стимулировали совершенствование технологии синтеза, широкое развитие методов исследования данных материалов. Примером является создание поликристаллических керамик на основе кубических оксидов с теми же или лучшими, чем у монокристаллов функциональными характеристиками - высокой оптической и акустической прозрачностью, улучшенными механическими свойствами, возможностью менять состав материала без ухудшения его оптической однородности

• Одним из основных результатов является исследование характеристик ферримагнетика вблизи точек магнитной и спиновой компенсаций. Главной особенностью этой работы является то, что удалось синтезировать материал, в котором спиновая и магнитная компенсации проявляются при разных температурах, что позволяет исследовать их независимо друг от друга.
  Таким образом было показано, что в точке магнитной компенсации, скорость доменной границы, равновесная ширина доменов, коэрцитивная сила, а также эффект Фарадея имеют максимальные значения, а в точке спиновой компенсации своего пика достигает гиромагнитное отношение ( Рис.1.).
  

  

  Рис.1. Зависимость от температуры: а) петель гистерезиса, б) вида доменной структуры, с) основных параметров пленки.

  Публикации:
  
  • M. V. Logunov, S. S. Safonov, A. S. Fedorov, A. A. Danilova, N. V. Moiseev, A. R. Safin, S. A. Nikitov, and A. Kirilyuk. Domain wall motion across magnetic and spin compensation points in magnetic garnets, Phys. Rev. Appl. 15, 064024 (2021)

• Предложена и обоснована методика расчета, способы оптимизации параметров и перестройки спинтронных осцилляторов, детекторов, эмиттеров и устройств ГГц и ТГц частотных диапазонов на их основе. Полученные результаты могут быть использованы при разработке функциональных устройств формирования, приема и обработки сигналов диапазона ГГц и ТГц.

  

  Продемонстрирована возможность разработки нового класса процессоров для задач нейросетевой обработки информации на основе массивов перестраиваемых по частоте спин-поляризованным током антиферромагнитных наноосцилляторов.

  

  Исследованы различные нелинейные явления в спинтронных осцилляторах, в частности, гистерезисный эффект при возникновении автоколебаний и бистабильность при переходе осцилляторов из режима синхронизации в асинхронный режим, наличие которых является паразитным эффектом для задачи возбуждения стабильных колебаний.

  

  Проведенные исследования позволили сформулировать критерии уменьшения паразитных эффектов путем уменьшения эффективной анизотропии магнетика внешним воздействием: магнитострикцией, постоянным магнитным полем, температурой.

  Публикации:
  
  • Safin A.R., Nikitov S.A., Kirilyuk A.I., Tyberkevych V.S., Slavin A.N. Theory of Antiferromagnet-Based Detector of Terahertz Frequency Signals // Magnetochemistry. – 2022. - Vol. 8 (2). No. 26. - P. 1-11.
  • Mitrofanova A., Safin A.R., Kravchenko O., Nikitov S., and Kirilyuk A. Optically initialized and current-controlled logical element based on antiferromagnetic-heavy metal heterostructures for neuromorphic computing // Appl. Phys. Lett. – 2022. – Vol. 120. No. 072402
  • Kozlova E.E., Safin A.R., Nikitov S.A. Ferrimagnet based spin Hall detector of subterahertz frequency signals // Appl. Phys. Lett. - 2022. - Vol. 121. No 192404.
  • Chumak A., Safin A.R., et al. Roadmap on Spin-Wave Computing // IEEE Transactions on Magnetics. - 2022. – Vol. 58. - No. 6. - P. 0800172.
  • Consolo G., Valenti G., Safin A.R., Nikitov S.A., Tyberkevich V., Slavin A. Theory of Electric-Field Controlled Antiferromagnetic Spin-Hall Oscillator // Physical Review B. - 2021. - Vol. 103. - No. 134431.

• Был предложен и реализован простой подход к изготовлению, основанный на использовании имеющихся в продаже цифровых дисков для хранения данных. Полученные структуры представляют собой параллельные канавки меандрового типа с глубиной и шириной в субмикронном масштабе. Эксперименты по ферромагнитному резонансу подтверждают внутриплоскостную магнитную анизотропию структур с легкой осью, направленной вдоль канавок, и эффективным полем анизотропии 5-10 мТл.

  

  Обнаружены также дополнительные низкополевые резонансы. Мы обсуждаем эти эффекты в рамках метаматериального подхода, показываем его ограничения и необходимость учета спиновых волн. Наличие и поведение дополнительных пиков ФМР объясняется спин-волновыми резонансами, обусловленными периодичностью структур. Полученные результаты подтверждены микромагнитным моделированием, основанным на цифровом решении уравнения Ландау-Лифшица с учетом резонансного микроволнового поля

  

  Получены статические и динамические карты намагниченности, которые используются для анализа данных ФМР. Результаты могут найти применение в магнонике, метаматериалах и будущих исследованиях возможной связи между поверхностными плазмонными поляритонами и спиновыми волнами.

  

  Публикации:
  
  • Noginova N. et al. Ferromagnetic resonance in permalloy metasurfaces //Applied Magnetic Resonance. – 2021. – Т. 52. – №. 7. – С. 749-758.

• Был предложен метод извлечения данных АРС из некалиброванного спектра электромагнитного отражения S11 HBAR. спектр становится пригодным для анализа обычными методами обработки сигналов, а также хорошо описывается одномерной моделью и позволяет определить параметры эквивалентной схемы HBAR и получить из них данные о свойствах слоев структуры HBAR. Для верификации метода мы сравнили частотные зависимости акустического поглощения, полученные из одного исходного спектра после его обработки предложенным методом и после его калибровки по эталонным импедансам. Результаты отличаются незначительно, поэтому предложенный метод позволяет использовать метод АРС даже в тех случаях, когда точные данные об абсолютном значении S11 не могут быть получены из-за отсутствия калибровки измерительного калибровки измерительного тракта.

  

  Публикации:
  
  • S. Alekseev, N. Polzikova, V. Luzanov. All Acoustical Excitation of Spin Waves in High Overtone Bulk Acoustic Resonator//Acoustics 2023, Volume 5, Issue 1, 268-279

• Основным теоретическим результатом работы представляется разработка современного информационно-статистического каркаса - генеративной модели, позволяющей адекватно включить в нее известные механизмы зрительного восприятия. Как отмечается в работе, эта проблема является центральной для разработки новых распознавателей изображений, ориентированных на перцептивное качество изображений.
  В качестве основы генеративной модели выбрана недавно предложенная парадигма информационных узких мест (ИУ) для информационных систем. В работе показано, как на основе выборочных представлений регистрируемой интенсивности и на основе разбиения рецептивных полей сетчатки в рамках предложенной генеративной модели могут быть эффективно реализованы основные проблемы ИБ - кодирование источника и кодирование канала передачи данных.
  С практической точки зрения, предложенный подход позволяет синтезировать интересные процедуры кодирования, близкие к активно развивающимся в настоящее время методам сокращения объема данных. Отметим, что в нашей интерпретации эти процедуры очень близки к известным методам в области Retinex.
  

  

  Публикации:
  
  • Antsiperov V. Novel Retinex-type Images Enhancement Method based on Sampling Representations //2023 IX International Conference on Information Technology and Nanotechnology (ITNT). – IEEE, 2023. – С. 1-7.

• Предложенный авторами метод фононной спектроскопии в области гелиевых температур основан на анализе транспортных характеристик фононов субтерагерцовых частот в режиме диффузии. Метод позволяет выделить вклад границ зерен (кристаллитов) в рассеяние фононов, оценить их плотность и толщину в компактированных материалах, исследовать механизмы упругого и дислокационного рассеяния, фазовые неоднородности, характер и природу низкоэнергетических возбуждений в монокристаллах

  

  На рисунке представлены зависимости коэффициента диффузии фононов D(R) при T=3.8K от среднего размера зерна R в ряде поликристаллических керамик. Резкий спад зависимости при R≈100нм – начало упомянутого выше резонансного рассеяния приводящего к формированию «щели» в спектре фононных состояний.

  Публикации:
  
  • С. А. Никитов, А. В. Таранов, Е. Н. Хазанов «Фононная спектроскопия твердых диэлектриков» Акустический журнал, 2023, т. 69, № 1, с. 41–55

Научная коллаборация:
• Институт физических проблем им. П.Л. Капицы РАН
• Институт общей физики им. А. М. Прохорова РАН
• Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского
• Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе РАН
• Дальневосточный федеральный университет
• ГО НПЦ НАН Беларуси по материаловедению, г. Минск (Беларусь)
• РОСАТОМ РФЯЦ-ВНИИЭФ, Нижегородская обл., г.Саров
• Московский физико-технический институт (НИУ), Московская область, г. Долгопрудный
• ФГБОУВО «МИРЭА – Российский технологический университет», Москва.