Физика твёрдого тела

Физика твёрдого тела

Направление: Получение кристаллов оксидных фаз с особыми физическими свойствами, изучение их структуры и свойств
Подразделение: НИИ информатики
Руководитель: А.А. Буш, д.т.н., в.н.с. (e-mail: aabush@yandex.ru, тел. + 7 495 365-40-36).

Направление: Исследование магнитоэлектрических эффектов в многослойных мультиферроидных структурах и возможностей их применения в электронике
Подразделение: Научно-образовательный центр «Магнитоэлектрические материалы и устройства»
Руководитель: Фетисов Ю.К, д.ф.-м.н., профессор , директор центра (e-mail: fetisov@mirea.ru)

Направление: Исследование магнитных наноструктур
Подразделение: кафедра наноэлектроники ФТИ
Руководители:А.С. Сигов, академик РАН, д.ф.-м.н., профессор.

Направление: Сверхбыстрая динамика ферроиков
Подразделение: СУНЛ «Сверхбыстрая динамика ферроиков» кафедры наноэлектроники
Руководители: Сигов А.С., академик РАН, д.ф.-м.н., профессор; Кимель А.В., д.ф.м.н., ведущий ученый.

  • Получение кристаллов оксидных фаз с особыми физическими свойствами, изучение их структуры и свойств.
    Развитие фундаментальной науки и техники во многом базируется на использовании кристаллов с особыми физическими свойствами: сегнетоэлектрическими, магнитными, сверхпроводящими, со смешанной электронно-кислородной проводимостью и др. Исследовательские работы, направленные на выявление, получение и изучение таких кристаллов активно ведутся во всем мире. За последние годы были открыты высокотемпературные сверхпроводники, квазикристаллы, фуллерены, манганиты с эффектом колоссального магнетосопротивления, сегнетомагнитные вещества с гигантскими магнитоэлектрическим и магнетоемкостным эффектами, разработаны теоретические модели, объясняющие основные аспекты указанных явлений. Однако во многих случаях ясного понимания физических механизмов, ответственных за появление особых диэлектрических и других свойств, и однозначной интерпретации наблюдаемых эффектов не достигнуто. Дальнейшие более детальные исследования структуры и свойств материалов с особыми физическими свойствами, а также работы, направленные на расширение таких материалов, должны, очевидно, способствовать раскрытию механизмов возникновения их особых физических свойств и созданию научных основ получения веществ с заданными физическими свойствами.
    Целью проводимых в НИИ информатики МИРЭА исследований является выяснение природы диэлектрических, электрических и магнитных свойств, механизмов фазовых переходов в новых и малоизученных фазах оксидных систем с особыми физическими свойствами (сегнетоэлектрическими, магнитными, мультиферроидными, сверхпроводящими и др.). Важными аспектами таких исследований является также создание научных основ синтеза материалов с заданными свойствами и получение материалов, перспективных для применений в электронике.
    Основными объектами исследований являются образцы новых или слабоизученных фаз Pb-, Bi-, Cu-, Mn-содержащих оксидных систем. Синтезированы и изучены кристаллы ряда сложнооксидных фаз этих систем с сегнетоэлектрическими и родственными, магнитными, сверхпроводящими свойствами (Pb5Ge3O11, PbGe4O9, BiFeO3, AB2O4, A=Ba, Sr, B=Al, Ga, Bi4V2O11, Bi2Sr2CaCu2Oy, Bi4Sr3CaCu3Oy, LiCu2O2, Sr3CuNb2O9 и др.), получены новые данные об их структуре и свойствах. В частности, обнаружены фазовые переходы сегнетоэлектрического типа в кристаллах ванадатов висмута, германатов свинца (рис. 1, 2), кристаллов MAl2O4 (M = Ba, Sr); изучены особенности атомно-кристаллической и дефектной структуры, диэлектрических, пироэлектрических, проводящих свойств и их взаимосвязи сегнетоэлектрических кристаллов Pb5(Ge1-xSix)3O11 в широкой области концентраций и температур, установлена связь наблюдаемых при x=0,35 и 0,60 критических изменений свойств (рис. 3) с динамикой локализации зарядов на дефектах, показано, что вид наблюдаемых концентрационных зависимостей свойств определяется взаимным положением эффективной температуры Кюри и области термолокализации зарядов.; выявлена новая сегнетоэлектрическая фаза Bi4V2O11, являющаяся родоначальницей семейства суперионных проводников BIMEVOX (Bi4(V,Me)2Oy) с рекордно высокой кислородной проводимостью; обнаружена высокая оптическая нелинейность кристаллов формы PbGe4O9,; выявлена электрическая неустойчивость кристаллов LiCu2O2, проявляющаяся в эффекте электрического порогового переключения с S-образными ВАХ (рис. 4); получены новые данные о магнитной структуре и магнитоэлектрическом взаимодействии в кристаллах системы (Bi1-xRx)FeO3, R = La, Gd, Dy (рис. 5, 6) и так далее.

    Полученные образцы, проявляющие сегнетоэлектрические и родственные, магнитные, сверхпроводящие свойства, смешанную электронно-ионную проводимость, эффект порогового электрического переключения, представляют интерес для твердотельной электроники из-за возможности использования их в качестве новых пьезоэлектрических, пироэлектрических, нелинейно оптических, магнитных материалов с улучшенными характеристиками, активных элементов различных датчиков и переключающих устройств, управляемых индуктивных элементов и др. Исследования проводятся по программам Минобрнауки РФ и грантам РФФИ в тесном сотрудничестве с группами из Московского госуниверситета, Института физических проблем РАН и др.


    Основные работы, опубликованные по результатам исследований:
    1. Буш А.А., Каменцев К.Е. Электрическая неустойчивость кристаллов LiCu2O2 // Физика твердого тела. – 2004. т.46. №3. с.433-440.
    2. Ruette B., Zvyagin S., Pyatakovv A.P., Bush A., Li J.F., Belotelov V.I., Zvezdin A.K., Viehland D. Magnetic-field-induced phase transition in BiFeO3 observed by high-field electron spin resonance: Cycloidal to homogeneous spin order. Rev // Phys. – 2004. v. B69, 064114 (7 pages).
    3. Буш А.А., Каменцев К.Е., Мамин Р.Ф. Трансформация диэлектрических свойств и возникновение релаксорного поведения в кристаллах Pb5(Ge1-xSix)3O11 // ЖЭТФ. – 2005. т. 100, № 1. с. 156-170.
    4. Masuda T., Zheludev A., Roessli B., Bush A., Markina M, Vasiliev A. Spin waves and magnetic interactions in LiCu2O2. Phys. Rev. 2005, v.B 72, No1, 014405 (7 pages).
    5. Pisarev R.V., Moskvin A.S., Kalashnikova A.M., Bush A.A., Rasing Th. Anomalous optical properties of the mixed-valent lithium cuprate LiCu2O2. Phys. Rev. 2006. v.74B, No13, 132509 (4 pages).
    6. Торгашев В.И., Волков А.А., Буш А.А., Жукова Е.С., Мигунов С.Н., Лобанов А.Н., Горшунов Б.П. Дисперсия диэлектрических констант в висмут-стронциевом феррите (Bi,Sr)FeO3-x перовскито-подобном твердом растворе с переменной валентностью. ФТТ. 2007, т.49, №9, с.1576-1581.
    7. Буш А.А., Каменцев К.Е., Тищенко Э.А., Черепанов В.М. Выращивание и изучение кристаллов системы LiCu2O2-NaCu2O2. Неорганические материалы. 2008, т.44, №6. с.720-726.
    8. Буш А.А., Сиротинкин В.П. Диэлектрические свойства керамики фазы Sr3CuNb2O9 со структурой перовскита. Неорганические материалы. 2008, т.44, №11., с.1367-1374.
    9. Свистов Л.Е., Прозорова Л.А., Фарутин А.М., Гиппиус А.А., Охотников К.С., Буш А.А., Каменцев К.Е., Тищенко Э.А. Магнитная структура квазиодномерного фрустрированного антиферромагнетика LiCu2O2 со спином S=1/2. ЖЭТФ. 2009. Т.135. №06. С.1151-1161.
    10. Storchak V.G., Brewer J.H., Arseneau D.J., Stubbs L.S., Parfenov O.E., Eshchenko D.G., Bush A.A. Electron Localization into a Bound Spin Polaron in the Quasi-1D S=1/2 Antiferromagnet LiCu2O2. Phys. Rev. 2009. V.B79. No22. 220406(R) (4 pages).
    11. Буш А.А., Шкуратов В.Я., Черных И.А., Фетисов Ю.К. Толстопленочные слоистые композитные структуры цирконат-титанат свинца – феррит никеля-цинка: получение методом сеткотрафаретной печати и магнитоэлеткрические свойства. ЖТФ. 2010, т.80. №3. С.69-76.
    12. Командин Г.А, Торгашев В.И., Волков А.А., Породинков О.Е., Спектор И.Е., Буш А.А. Оптические свойства керамики BiFeO3 в диапазоне частот 0,3–30 THz. ФТТ. 2010, т.52, №4, с.684-692.
    13. А.А. Буш, К.Е. Каменцев, А.М. Лаврентьев, А.Г. Сегалла, Ю.К. Фетисов. Диэлектрические и пьезоэлектрические свойства керамических образцов твердых растворов (1-2x)BiScO3• xPbTiO3•xPbMg1/3Nb2/3O3 (0,30≤x≤0,46). Неорганические материалы. 2011. Т.47. №7. С.865-871 (Inorganic materials, P.779-786).
    14. Буш А.А., Каменцев К.Е., Сиомко В.О. Электретный эффект в кристаллах сегнетоэлектрического германата свинца Pb5Ge3O11. Неорганические материалы. 2011. Т.47. №9. С.1083-1090. (Inorganic materials, P.983-989).
    15. A.V. Pronin, M. Uhlarz, R. Beyer, T. Fischer, J. Wosnitza, B.P. Gorshunov, G.A. Komandin, A.S. Prokhorov, M. Dressel, A.A. Bush, V.I. Torgashev. B-T phase diagram of CoCr2O4 in magnetic fields up to 14 T. Phys. Rev. 2012. V.B85. No01. 012101 (3 pages).
    16. В.И. Торгашев, А.С. Прохоров, Г.А. Командин, Е.С. Жукова, Б.П. Горшунов, В.Б. Анзин, В.М. Таланов, Л.М. Рабкин, А.А. Буш, M. Dressel. Магнитный и диэлектрический отклик кобальт-хромовой шпинели CoCr2O4 в терагерцовой области частот. ФТТ. 2012. Т.54. №2. С.330-339.
    17. A.A. Bush, V.N. Glazkov, M. Hagiwara, T. Kashiwagi, S. Kimura, K., Omura, L.A. Prozorova, L.E. Svistov, A.M. Vasiliev, A. Zheludev. Magnetic phase diagram of the frustrated S = 1/2 chain magnet LiCu2O2. Phys. Rev. 2012. V.85B. No05. 054421 (7 pages).
  • Исследование магнитоэлектрических взаимодействий в многослойных композитных структурах и возможностей их применения в электронике.

    Магнитоэлектрические (МЭ) эффекты наблюдаются в твердых телах, обладающих одновременно магнитным и электрическим упорядочением, и проявляются в изменении намагниченности вещества M под действием электрического поля E или изменении электрической поляризации вещества P под действием магнитного поля H. Такие эффекты обнаружены в монокристаллах и в искусственно созданных композитах, представляющих собой смесь порошков ферромагнитной и сегнетоэлектрической фаз или слоистую структуру с чередующимися ферромагнитными и сегнетоэлектрическими слоями. В композитах МЭ эффекты возникают благодаря комбинации магнитострикции и пьезоэффекта посредством механической связи между фазами. Наибольшие по величине МЭ эффекты при комнатной температуре обнаружены в планарных композитных гетероструктурах. Эффективность МЭ преобразования полей в гетероструктурах на 2-4 порядка превышает эффективность преобразования полей в однофазных материалах и объемных композитах, что открывает широкие возможности для использования МЭ композитных гетероструктур в электронике, информатике, системах коммуникации.

    Целью экспериментальных и теоретических исследований, проводимых в НОЦ «Магнитоэлектрические материалы и устройства»  начиная с 2000 г, являются:

    - Поиск и исследование новых материалов, перспективных для изготовления объемных и многослойных мультиферроидных материалов;

    - Разработка технологий изготовления гетероструктур со слоями толщиной от единиц нанометров до миллиметров;

    - Экспериментальное исследование МЭ эффектов в диапазоне частот от миллигерц до десятков гигагерц, в интервале температур 80 - 500 К и в диапазоне магнитных полей от нано Тесла до единиц Тесла;

    - Построение теории МЭ эффектов в мультиферроидных гетероструктурах; разработка методик расчета характеристик магнитоэлектрических характеристик гетероструктур,

    - Демонстрация возможностей создания новых устройств электроники и микросистемной техники с использованием МЭ эффектов в мультиферроидных структурах.


    В настоящее время поисковые и прикладные исследования сконцентрированы на следующих основных направлениях:

    - Исследование характеристик нелинейных МЭ эффектов в пленочных мультиферроидных гетероструктурах различных составов в низко- и высокочастотном диапазонах;

    - Исследование характеристик магнитных эластомеров на основе полимерных матриц с наполнением ферромагнитными и пьезоэлектрическими частицами;

    - Разработка высокочувствительных датчиков магнитных полей, устройств обработки радиосигналов, элементов памяти и автономных генераторов электрического напряжения, использующих МЭ эффекты в композитных гетероструктурах;

    - Разработка и изготовление автоматизированных научных установок для исследований в области магнитоэлектрических явлений.

    Исследования выполняются по программам Минобрнауки РФ, грантам Российского научного фонда, Российского фонда фундаментальных исследований и различным международным проектам в тесном сотрудничестве с научными группами из Оклэндского университета  (США), университета Париж-13 (Франция), университета Эколь Централь (Франция), университета г. Регенсбург (Германия), университета г. Киль (Германия), университета г. Бат (Великобритания), университета г. Портсмут (Великобритания), Института радиотехники и электроники РАН, Московского государственного университета, Новгородского государственного университета и ряда других российских организаций.

    Основные работы, опубликованные по результатам исследований за последние три года:

    2020 год

    1. Бурдин Д.А.,Чашин Д.В., Экономов Н.А., Фетисов Ю.К. Параметрическео усиление  магнитоакустических колебаний в структуре ферромагнетик-пьезоэлектрик. Письма в ЖТФ, 2020, т. 46, вып. 4, с. 52-54.

    2. Burdin D.A., Chashin D.V., Ekonomov, S.N. Gordeev, N.A. Fetisov Y.K. Nonlinear  magnetoelectric effect in a layered ferromagnetic-piezoelectric heterostructure excited by transverse magnetic field.  App. Phys. Lett. 2020, v. 116, p.072901. 

    3. Бурдин Д.А., Савельев Д.В., Экономов Н.А., Чашин Д.В., Фетисов Ю.К. Эффективное возбуждение магнитоэлектрического эффекта в  структуре ферромагнетик-пьезоэлектрик током через магнитный слой. Письма в ЖТФ, 2020, т. 46, вып. 10, с. 28-30.     

    4. Burdin A.A., Chachin D.V., Ekonomov N.A., Preobrazhenskii V.L., Gordeev S.N., Fetisov Y.K. Parametric generation of subharmonics in a composite multiferroic resonator. Phys. Rev. Applied, 2020, v. 13, p. 054070.

    5 D.V. Saveliev, D.V. Chashin, L.Y.  Fetisov, M. Shamonin, Y.K. Fetisov, Ceramic heterostructure based magnetoelectric voltage transformer with an adjustable transformation ratio. Materials, 2020, v. 13, p. 3981.  

    6.  F.A. Fedulov, D.V. Chashin, L.Y. Fetisov, A.M. Kharlamova, Y.K. Fetisov. In-plane size effects on magnetoelectric characteristics of a Ni-PZT planar heterostructure,  IEEE Sensors, 2020, v. 4, p. 2501104.

    7. Burdin D.A., Ekonomov N.A., Gordeev S.N., Fetisov Y.K., Anisotropy of magnetoelectric effects in an amorphous ferromagnet-piezoelectric heterostructure, J. Mag. Magn. Mater., 2019, v. 476.

    2019 год

    1. Fetisov L.Y., Chashin D.V., Plekhanova D.D. Saveliev D.V., Fetisov Y.K. Electrical control of magnetoelectric effect in composite structures with single-crystal piezoelectrics. J. Mag. Magn. Mater. 2019,  v. 470, p. 93-96.

    2. A.Y. Sharaevskaya, E.N. Beginin, D.V. Kalyabin, Y.K. Fetisov, S.A. Nikitov.  Surface spin waves in coupled easy-axis antiferromagnetic films, J. Mag. Magn. Mater., 2019, v. 475, p. 778-781.

    3. Chashin D.V.,  Fetisov L.Y. Saveliev D.V., Fetisov Y.K. Magnetoelectric monolithic resonator based on the ferromagnetic-piezoelectric structure excited with a linear current. Sensors Letters, 2019, v. 3, issue 3, p. 2500804.

    4. D.A. Burdin, N.A. Ekonomov, D.V. Chashin, Y.K. Fetisov. S.N. Gordeev. Magnetoelectric doubling and mixing of electric and magnetic field frequencies in a layered multiferroic heterostructure. J. Mag. Magn. Mater. 2019, v. 485, p. 36-42.

    5. L.Y. Fetisov, D.V. Chashin, D.V. Saveliev, M.S. Afanasiev, I.D. Simonov-Emel'yanov, M. Vopson, Y.K. Fetisov. Magnetoelectric direct and converse resonance effects in a flexible ferromagnetic-piezoelectric polymer structure. J. Mag. Magn. Mater. 2019, v.485, p. 251-256.  

    6. D.A. Burdin, D.V. Chashin, N.A. Ekonomov, S.N. Gordeev, Y.K. Fetisov. Nonlinear Magnetoelectric effect in a ferromagnetic-piezoelectric structure induced by rotating magnetic field. Smart materials and Structures  2019, v. 28, paper 107001. 

    7. Fetisov Y., Chashin D., Saveliev D., Fetisov L., Shamonin M. Anisotropic magnetoelectric effect  in a planar heterostructure of comprising piezoelectric ceramics and magnetostrictive fibrous composite. Materials, 2019, v. 12, paper 3828.

    8. Hayes P., Klug M.J., Toxvaerd S., Durdaut P., Schell V., Teplyuk A., Burdin D., Winkler A., Weser R., Fetisov Y., Hoft M., Knochel R., McKord J., Quandt E. Converse magnetcoelectric composite resonator for sensing small magnetic field. Scientific Reports, No 9, November 2019,  article 16355.

    10. Burdin D.A., Saveliev D.V., Fetisov Y.K., Ekonomov N.A., Chashin D.V. Magnetoelectric structure with integrated current carrying electrodes. J. Phys. Conf. Ser. 2019, vol. 1389, No 1, p. 012049.

    11. Burdin D.A., Chashin D.V., Ekonomov N.A. Fetisov Y.K.  Magnetoelectric effect in planar ferromagnetic-piezoelectric heterostructure excited by transverse magnetic field, App. Phys. Lett. 2019, v. 116, paper 072901.

    2018 год

    1. Burdin D.A., Chashin D.V., Ekonomov N.A., Fetisov L.Y., Fetisov Y.K., Suppression of nonlinear magnetoelectric effect hysteresis in a layered ferromagnetic-piezoelectric structure. JMMM, 2018, v. 449, p. 152-156.

    2. Burdin D.A., Chashin D.V., Ekonomov N.A., Fetisov L.Y., Fetisov Y.K., Suppression of the magnetoelectric hysteresis in a composite langatate-metglas structure. Europ. Phys. Journal Web of conferences, 2018, v. 185, paper 07006.

    3. Chashin D., Burdin D., Fetisov L., Ekonomov N., Fetisov Y., Precise measurements of magnetostriction in ferromagnetic plates. J. of Siberian Federal University. Mathematica & Physics. 2018, v. 11(1), p. 30-34.

    4. Burdin D.A., Chashin D.V., Ekonomov N.A., Fetisov Y.K., Stashkevich A. Nonlinear magnetoelectric effects in a composite ferromagnetic-piezoelectric structure under harmonic and noise magnetic pumping. JMMM, 2018, v. 449, p. 505-509.

    5. Burdin D., Ekonomov N., Chashin D., Fetisov Y., Temperature characteristics of nonlinear magnetoelectric effect. Eur. Physics Journal Web of Conferences, 2018, v. 185, paper 07004.

    6. Fetisov L. Y., Burdin D. A., Ekonomov N. A., Chashin, D. V.  Zhang J., Srinivasan G., and Fetisov Y. K. Nonlinear Magnetoelectric Effects at High Magnetic Field Amplitudes in Composite Multiferroics. J. Phys. D: Appl. Phys. 2018, v. 51, No 15, paper 154003.

    7. Бухараев А.А., Звездин А.К., Пятаков А.П., Фетисов Ю.К. Стрейнтроника - новое направление микро-, наноэлектроники и науки о материалах. Успехи физических наук, 2018, т. 188,  № 12, с. 1288-1330.

    8. Серов В.Н., Фетисов Л.Ю., Фетисов Ю.К., Чашин Д.В. Магнитоэлектрический датчик постоянных магнитных полей компенсационного типа с расширенным линейным диапазоном. НМЭ и МС, 2018, № 6, с. 350-355.

    9. Serov V.N., Chachin D.V., Fetisov L.Y., Fetisov Y.K., Berzin A.A. Widening and linearization of dc magnetic field magnetoelectric sensor characteristic using compensation scheme. IEEE Sensors Journal, 2018, v. 18, , pp.8256-8260. 

    10. Fetisov Y.K., Burdin D.A., Ekonomov N.A., Fetisov L.Y., Berzin A.A., Hyes P., Quandt E. Bistability in a multiferroic composite resonator. Appl. Phys. Lett., 2018, v. 113, paper 022903.

    11. Saveliev D.V., Fetisov Y.K., Chashin D.V., Fetisov L.Y., Burdin D.A., Ekonomov N.A. Magnetoelectric effects in a layered ferromagnet-electrostrictor heterostructure. J. Magn. Mag. Mater. 2018, v. 466, p. 219-224.

    12. Hayes, P., Schell, V., Salzer, S., Burdin, D., Yarar, E., Piorra, A., Fetisov Y.K., Quandt, E.  Electrically modulated magnetoelectric AlN/FeCoSiB film composites for DC magnetic field sensing. Journal of Physics D: Applied Physics, 2018, v. 51(35), p. 354002.

    13. Fetisov L.Y., Chashin D.V., Burdin D.A., Srinivasan G, Fetisov Y.K. Nonlinear converse magnetoelectric effects in a ferromagnetic-piezoelectric bilayer. Appl. Phys. Lett.,  2018, v. 113,  paper 212903.

    14. Фетисов Ю.К., Сигов А.C. Спинтроника: физические основы и устройства. Радиоэлектроника. Наносистемы. информационные технологии. (РЭНСИТ),  2018, т. 10, вып. 3,  с. 343-356. 

    15. A.Y. Sharaevskaya, E.N. Beginin, D.V. Kalyabin, S.A. Nikitov, Y.K. Fetisov. Features of dispersion characteristics of surface spin waves in coupled antiferromagnetic films with easy-axis anisotropy. J. Comm. Techn. Electronics, 2018, v. 63, No 12, p. 1439-1443.  
  • Исследование магнитных наноструктур.

    Многослойные магнитные структуры с толщиной слоев в несколько нанометров привлекли к себе пристальное внимание исследователей после открытия в них явления гигантского магнетосопротивления, которое сразу же нашло широкое практическое применение. В основе принципа действия считывающих головок жестких дисков емкостью 100 Гб – 1 Тб, которыми укомплектованы персональные компьютеры, лежит именно этот эффект. Внедрение таких головок позволило перейти к более плотной записи и увеличить емкость жестких дисков. Многослойные магнитные структуры широко используются в качестве датчиков магнитного поля и находят все новые применения. На их основе создается энергонезависимая магнитная память с произвольной выборкой, которая, при благоприятном развитии событий, будет способна заменить как жесткие диски, так и оперативную память на основе полупроводников. Наряду с этим оказалось, что многослойные магнитные структуры являются чрезвычайно интересным объектом для фундаментальных исследований. В случае столь тонких слоев (характерные толщины слоев составляют единицы-десятки ангстрем) влияние границ и размерные эффекты являются очень существенными, поэтому физические свойства тонких слоев могут сильно отличаться от свойств соответствующих объемных материалов.

    Большое влияние на свойства тонких слоев оказывают дефекты типа "случайное локальное поле". В зависимости от величины анизотропии такие дефекты могут приводить к фазовым переходам различных типов. В частности, в случае слабой анизотропии случайных полей с понижением температуры имеет место плавный переход от парафазы с динамическими флуктуациями параметра порядка к фазе Имри-Ма со статическими флуктуациями, вызванными флуктуациями случайного поля дефектов. В случае сильной анизотропии случайных полей дефекты приводят к эффективному уменьшению числа компонент параметра порядка и возникновению при конечной температуре фазового перехода в упорядоченное состояние.

    Основные работы, опубликованные по результатам исследований за последние пять лет: :
    1. A. A. Berzin, A. I. Morosov and A. S. Sigov, "Defect-Induced Long-Range Order and the Imry-Ma State in Two-Dimensional O(n) Models," in IEEE Transactions on Magnetics, doi: 10.1109/TMAG. 2020.3030755.
    2. Берзин А.А., Морозов А.И., Сигов А.С., Двумерные O(n)-модели с дефектами типа "случайная локальная анизотропия", Физика твердого тела 2020, т.62, вып.4, С. 610.
    3. Берзин А.А., Морозов А.И., Сигов А.С., Дальний порядок в двумерных O(n)-моделях, индуцированный случайными полями, и состояние Имри-Ма, Физика твердого тела 2020, т.62, вып.2, С.281.
    4. Берзин А.А., Морозов А.И., Сигов А.С., Фаза Имри-Ма в нанокристаллическом ферромагнетике, Физика твердого тела 2018, т.60, вып.9, С.1689.
    5. Берзин А.А., Морозов А.И., Сигов А.С., Анизотропия кубического типа, создаваемая дефектами типа "случайная локальная анизотропия", и фазовая диаграмма O(n)-модели, Физика твердого тела 2017, т.59, вып.12, С.2420.
    6. Берзин А.А., Морозов А.И., Сигов А.С., Фазовая диаграмма O(n)-модели с дефектами типа "случайное локальное поле" и справедливость теоремы Имри и Ма, Физика твердого тела 2017, т.59, вып.10, С.1992.
    7. Берзин А.А., Морозов А.И., Сигов А.С., Неоднородное состояние Имри-Ма в системе с O(n)-симметрией, индуцированное примесями типа "случайная локальная анизотропия", Физика твердого тела 2016, т.58, вып.10, С.1947.
    8. Берзин А.А., Морозов А.И., Сигов А.С., Механизм возникновения дальнего порядка, индуцированного случайными полями: эффективная анизотропия, созданная дефектами, Физика твердого тела 2016, т.58, вып.9, С.1783.
  • Сверхбыстрая динамика ферроиков

    Ферроики (сегнетоэлектрики, магнетики, мультиферроики) представляют собой двухбитовую систему, обеспечивающую запись и считывание информации, а также модуляцию параметра порядка между состояниями системы. Основной целью направления является определение условий и физических механизмов удаленного сверхбыстрого переключения состояния такой системы с целью создания платформы для недиссипативных функциональных элементов устройств информационных технологий, оперирующих на терагерцовых частотах. При этом применяется концептуально новый способ контроля ферроидного состояния среды с минимально возможной выработкой тепла и за минимальное время с использованием сверхкоротких (фемто- и пикосекундных) электромагнитных импульсов оптического и ТГц диапазонов.

    В настоящее время поисковые и фундаментальные исследования направлены на решение следующих основных задач:

    1. Исследование сверхбыстрых физических процессов, инициированных фемтосекундным оптическим импульсом в ферроидных магнитоупругих материалах, в том числе вблизи спин-ориентационного перехода, и гетероструктурах на их основе для устройств на поверхностных акустических волнах (ПАВ) и магнитоупругих элементов магнитоэлектрической памяти MELRAM, а также поиск новых эффектов, которые могут расширить функциональные возможности этих устройств.

    2. Экспериментальное определение условий и наблюдение процессов возбуждения ангармонизма сегнетоэлектрического и магнитного параметров порядка терагерцовым импульсом, а также перехода режима возбуждения ангармонических фононов и магнонов в режим переключения соответствующего параметра порядка

    Исследования выполняются по программам Минобрнауки РФ, грантам Российского научного фонда, Российского фонда фундаментальных исследований, а также  международным проектам в тесном сотрудничестве с научными группами из Университета г. Лилль (Франция), Университета г. Наймеген (Нидерланды), Института общей физики РАН, Института радиотехники и электроники РАН, Объединенного института высоких температур РАН, Московского государственного университета.

    Основные работы, опубликованные по результатам исследований за последние три года:

    1. Ovcharenko S. V. et al. Ultrafast Magnetization Reversal in DyFeCo Thin Film by Single Femtosecond Laser Pulse // Phys. Met. Metallogr. 2019. Vol. 120, № 9. P. 825–830.
    2. Brekhov K.A. et al. Optical second harmonic generation and its photoinduced dynamics in ferroelectric semiconductor Sn2P2S6 // Phys. Solid State. 2018. Vol. 60, № 1. P. 31–36.
    3. Grishunin K. et al. Transient Second Harmonic Generation Induced by Single Cycle THz pulses in Ba0.8Sr0.2TiO3/MgO // Sci. Rep. 2019. Vol. 9, № 1. P. 697.
    4. Mishina E. et al. Ultrafast polarization switching of (BaSr)TiO 3 thin film by a single-period terahertz pulse in a vicinity of phase transition // Ferroelectrics. 2018. Vol. 532, № 1. P. 199–207.
    5. Mishina E. et al. Polarization switching in ferroelectric thin film induced by a single-period terahertz pulse // MRS Adv. 2018. Vol. 3, № 33. P. 1901–1906.
    6. Билык В.Р. et al. Сверхбыстрая модуляция сегнетоэлектрической поляризации в пленке Ba0.8Sr0.2TiO3 интенсивным субоднопериодным терагерцовым импульсом // Теплофизика высоких темепратур. 2020. Vol. 58, № 6. P. 1–3.
    7. Ilyin N.A. et al. Dynamics of Magnetization in Multilayer TbCo / FeCo Structures under the Influence of Femtosecond Optical Excitation // Russ. Technol. J. 2019. Vol. 7, № 3. P. 50–58.
    8. Brekhov K.A. et al. The temperature dependence of the photoinduced soft mode in Sn 2 P 2 S 6 crystal // Int. J. Mod. Phys. B. 2019. Vol. 33, № 8. P. 1950061.
    9. Ovcharenko S. V. et al. Laser-induced spin dynamics in the iron-yttrium garnet film doped with Si ions // Russ. Technol. J. 2020. Vol. 8, № 1. P. 58–66.
    10. Gaponov M. et al. Ultrafast magnetization dynamics in the vicinity of spin reorientation transition in TbCo2/FeCo heterostructures // J. Phys. Condens. Matter. 2020. Vol. 32, № 22. P. 225803.
    11.  Ovcharenko S. et al. Photoinduced spin dynamics in a uniaxial intermetallic heterostructure TbCo 2/ FeCo // Sci. Rep. 2020. Vol. 10, № 1. P. 15785.
    12. Bilyk V.R., Grishunin K.A. Complex Refractive Index of Strontium Titanate in the Terahertz Frequency Range // Russ. Technol. J. 2019. Vol. 7, № 4. P. 71–80.
    13. Bilyk V. et al. Transient Polarization Reversal Using Intense THz Pulse in Silicon‐Doped Lead Germanate // Phys. status solidi – Rapid Res. Lett. 2020. P. pssr.202000460.
    14. Bilyk V.R. et al. The propagation effects in ultrafast nonlinear electro-optical modulation in thin film on a substrate // J. Phys. Conf. Ser. 2020. Vol. 1556. P. 012009.