Важнейшие результаты ИФМ РАН 2022

1. Динамика взаимодействующих вихрей вблизи краевого дефекта в сверхпроводнике
2. Прецизионная ионно-пучковая обработка поверхности оптических элементов на основе монокристаллического кремния.
3. Инновационная разработка безмасочного рентгеновского литографа для мелкосерийного производства компонент микро- и наноэлектроники.
4. Применение газовой терагерцовой спектроскопии для медико-биологической диагностики на основе анализа многокомпонентного состава биологических сред
5. Длинноволновое стимулированное излучение в гетероструктурах с квантовыми ямами HgCdTe
6. Обратный эффект Фарадея как механизм генерации вихревых состояний в сверхпроводниках
7. Внешний аномальный эффект Холла в туннельных контактах.

1. Динамика взаимодействующих вихрей вблизи краевого дефекта в сверхпроводнике

Впервые теоретически и экспериментально рассмотрена динамика счетного числа вихрей вблизи одиночного краевого дефекта (разреза) в узкой сверхпроводящей пленке. Обнаружено образование упорядоченного веера вихрей и поперечного (‘холловского’) напряжения, обусловленных взаимным отталкиванием вихрей. При приложении поперечного магнитного поля преимущественное зарождение вихрей на разрезе приводит к невзаимному, диодному, эффекту протекания тока в сверхпроводящей пленке. Полученные оценки скорости движения вихрей свыше 1 км/с позволяют использовать этот эффект для реализации сверхпроводящего диода гигагерцового диапазона частот.

Авторы: С.С.Уставщиков, М.Ю.Левичев, И.Ю.Пашенькин, Н.С.Гусев, С.А.Гусев, Д.Ю.Водолазов (ИФМ РАН);

B. Budinská, B. Aichner, M. Yu. Mikhailov, F. Porrati, M. Huth, A.V. Chumak, W. Lang, and O.V. Dobrovolskiy.

Публикации:

1. A. I. Bezuglyj , V. A. Shklovskij, B. Budinská , B. Aichner , V. M. Bevz, M. Yu. Mikhailov, D. Yu. Vodolazov, W. Lang, and O. V. Dobrovolskiy, Vortex jets generated by edge defects in current-carrying superconductor thin strips, Phys. Rev. B 105, 214507 (2022) (Editor’s Suggestion, Featured in Physics).

1. С.С. Уставщиков, М.Ю. Левичев, И.Ю. Пашенькин, Н.С. Гусев, С.А. Гусев, Д.Ю. Водолазов, Отрицательное дифференциальное сопротивление и ступеньки Шапиро в сверхпроводящей MoN полоске с разрезом, Письма в ЖЭТФ, т.115, вып.10, с.658-665 (2022) (Editor’s Suggestion).

1. Уставщиков С.С., Левичев М.Ю., Пашенькин И.Ю., Гусев Н.С., Гусев С.А., Водолазов Д.Ю. Диодный эффект в сверхпроводящей гибридной полоске Cu/MoN с боковым разрезом, ЖЭТФ, т.162, н.2, стр.262 (2022).

1. B. Budinská, B. Aichner, D. Yu. Vodolazov, M. Yu. Mikhailov, F. Porrati, M. Huth, A.V. Chumak, W. Lang, and O.V. Dobrovolskiy, Rising Speed Limits for Fluxons via Edge-Quality Improvement in Wide MoSi Thin Films, Phys. Rev. Applied 17, 034072 (2022).

2. Прецизионная ионно-пучковая обработка поверхности оптических элементов на основе монокристаллического кремния.

Для источников синхротронного излучения СКИФ (Кольцово, Россия) и ESRF (Гренобль, Франция) разработана методика ионно-пучковой обработки поверхности монокристаллического кремния, применяемого в кристалл-монохроматорах и элементах асферической оптики. Методика основана на использовании ионов с энергией, достаточной для аморфизации поверхностного слоя кремния, что значительно снижает зависимость скорости травления от угла падения ионов и подавляет развитие шероховатости поверхности при ионном распылении. Эффективность методики продемонстрирована на примере Si(110) кристалл-монохроматора, ошибка формы и шероховатость поверхности которого были уменьшены более чем на порядок по сравнению с ранее достигнутыми значениями.

Авторы: М.С.Михайленко, А.Е.Пестов, М.В.Зорина, Н.Кумар, И.В.Малышев, Н.Н.Салащенко, А.К.Чернышев, Н.И.Чхало – ИФМ РАН.

Публикации:

1. М.С. Михайленко, А.Е. Пестов, А.К. Чернышев, М.В. Зорина, Н.И. Чхало, Н.Н. Салащенко, ЖТФ 92(8), 1219-1223 (2022). DOI: 10.21883/JTF.2022.08.52787.70-22.

1. M.S. Mikhailenko, A.E. Pestov, N.I. Chkhalo, M.V. Zorina, A.K. Chernyshev, N.N. Salashchenko, I.I. Kuznetsov, Applied Optics 61(10), 2825-2833 (2022). DOI: 10.1364/AO.455096

1. A. Chernyshev, N. Chkhalo, I. Malyshev, M. Mikhailenko, A. Pestov, N. Salashchenko, M. Toropov, Applied Optics 61(33), 9879-9887 (2022), doi.org/10.1364/AO.472504

1. N. Kumar, V.A. Volodin, S.V. Goryainov, A.K Chernyshev, A.T. Kozakov, A.A. Scrjabin, N.I. Chkhalo, M.S. Mikhailenko, A.E. Pestov, M.V. Zorina, Nuclear Instruments And Methods In Physics Research Section B (подана в печать)

3. Инновационная разработка безмасочного рентгеновского литографа для мелкосерийного производства компонент микро- и наноэлектроники.

Разработан облик безмасочного рентгеновского литографа на основе точечного лазерно-плазменного источника излучения на 13,5 нм и микроэлектромеханической системы микрозеркал в качестве динамической маски. Созданный проекционный трехзеркальный объектив с 400-кратным уменьшением обеспечивает разрешение литографа до 20 нм. Подтверждены основные принципы, заложенные в конструкцию безмасочного рентгеновского литографа, что позволяет приступить к этапу опытно-конструкторских работ по разработке литографа для мелкосерийного производства компонент микро- и наноэлектроники.

Авторы: Чхало Н.И., Салащенко Н.Н., Малышев И.В., Пестов А.Е., Полковников В.Н., Торопов М.Н. (ИФМ РАН)

ООО «Маппер», ООО «ЭУФ лабс», МИЭТ.

Публикации:

1. N.I. Chkhalo, V.N. Polkovnikov, N.N. Salashchenko, M.N. Toropov. Problems and prospects of maskless (B)EUV lithography. Proc. of SPIE. V. 10224 102241O-1-O8 (2016).

1. N. Chkhalo, V. Polkovnikov, N.Salashchenko, and M. Toropov. Deposition of Mo/Si multilayers onto MEMS micromirrors and its utilization for extreme ultraviolet maskless lithography. Journal of Vacuum Science & Technology B, 35, 062002 (2017); doi: 10.1116/1.4995369

1. Н. Н. Салащенко, Н. И. Чхало, Н. А. Дюжев. Безмасочная рентгеновская литография на основе МОЭМС и микрофокусных рентгеновских трубок // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2018, № 10, с. 10–20.

4. Применение газовой терагерцовой спектроскопии для медико-биологической диагностики на основе анализа многокомпонентного состава биологических сред.

Метод терагерцовой спектроскопии высокого разрешения применен для анализа многокомпонентного состава газовых продуктов термического разложения биологических жидкостей (урины) у онкобольных для выявления на ранних стадиях нефропатических осложнений после курса химиотерапии. Большая (0.1-0.7 ТГц) спектральная ширины анализируемого диапазона и высокая чувствительность метода открывают новые возможности для диагностики и лечения различных заболеваний на основе анализа конечных и промежуточных продуктов обмена веществ. Разработано и передано в производство специализированное спектральное оборудование, обладающее для этих целей высокой селективностью и чувствительностью в терагерцовом частотном диапазоне.

Авторы: В.Л.Вакс, В.А.Анфертьев, Е.Г.Домрачева, С.И.Приползин, М.Б.Черняева, А.А.Яблоков – ИФМ РАН;

А.В.Масленникова, А.В.Железняк – ПИМУ.

Публикации:

1. Vladimir Vaks, Vladimir Anfertev, Maria Chernyaeva, Elena Domracheva, Anton Yablokov, Anna Maslennikova, Alla Zhelesnyak, Alexei Baranov, Yuliia Schevchenko & Mauro Fernandes Pereira. Sensing nitriles with THz spectroscopy of urine vapours from cancers patients subject to chemotherapy// Scientific Reports (2022) 12:18117 (11 p.) https://doi.org/10.1038/s41598-022-22783-z (Q1).

1. Вакс В.Л., Домрачева Е.Г., Черняева М.Б., Анфертьев В.А., Масленникова А.В., Железняк А.В., Князева Т.Д., Родионов М.А., Майоров А.И. Применение метода терагерцовой газовой спектроскопии высокого разрешения для анализа состава продуктов термического разложения биологических жидкостей (урины) человека // Оптический журнал. 2022. Т. 89. № 4. С. 80–90. DOI: 10.17586/1023- 5086-2022-89-04-80-90 (Q3).

5. Длинноволновое стимулированное излучение в гетероструктурах с квантовыми ямами HgCdTe

В гетероструктурах с квантовыми ямами HgCdTe продемонстрировано стимулированное излучение в области 18-31 мкм, что стало возможны за счет роста отражения подложек GaAs в области остаточных лучей и оптимизации толщины диэлектрического CdTe волновода. Теоретически анализ показывает, что при уменьшении доли Cd в квантовых ямах диапазон генерации стимулированного излучения может быть расширен до 40 мкм. Продемонстрирована непрерывная перестройка длины волны стимулированного изучения от 27 до 18 мкм изменением температуры от 8 до 70К.

Авторы: В.В.Румянцев, А.А. Дубинов, В.В.Уточкин, М.А.Фадеев, В.Я.Алешкин, А.А.Разова, В.И. Гавриленко, С.В.Морозов – ИФМ РАН

Н.Н.Михайлов, С.А.Дворецкий – ИФП СО РАН

Публикация:

1. S.V. Morozov, V.V. Rumyantsev, M.S. Zholudev, A.A. Dubinov, V.Ya. Aleshkin, V.V. Utochkin, M.A. Fadeev, K.E. Kudryavtsev, N.N. Mikhailov, S.A. Dvoretskii, V.I. Gavrilenko, F. Teppe ACS Photonics 8, 3526 (2021)

1. V.V. Rumyantsev, A.A. Dubinov, V.V. Utochkin, M.A. Fadeev, V.Ya. Aleshkin, A.A. Razova, N.N. Mikhailov, S.A. Dvoretsky, V.I. Gavrilenko, S.V. Morozov, Appl. Phys. Lett. 121, 182103 (2022) - Editor's Pick

6. Обратный эффект Фарадея как механизм генерации вихревых состояний в сверхпроводниках

Теоретически предсказана возможность генерации вихрей Абрикосова в сверхпроводнике второго рода и вихревых состояний в сверхпроводящих кольцах под действием циркулярно поляризованной электромагнитной волны. Эти результаты представляют собой важный шаг к реализации новых устройств, сочетающих в себе преимущества высокоскоростной фотоники и сверхпроводниковой электроники с малыми потерями.

Авторы:

Публикации:

1. V.D.Plastovets, I.D.Tokman, B.Lounis, A.S.Melnikov, A.I.Buzdin, “All-optical generation of Abrikosov vortices maintaining by the Inverse Faraday Effect”, Phys Rev B 2022

1. M. D. Croitoru, S. V. Mironov, B. Lounis, A. I. Buzdin, Adv. Quantum Technol. 5, 2200054 (2022).

7. Внешний аномальный эффект Холла в туннельных контактах.

Теоретически и экспериментально исследован эффект Холла, связанный со спин-орбитальным взаимодействием электронов с сильным электрическим полем E ~ 109 В/м в туннельном контакте СоFeB/MgO/Pt. Отличительной особенностью выявленного эффекта Холла является квадратичная зависимость холловского напряжения от величины электрического поля в контакте.

Авторы: И.Ю.Пашенькин, М.В.Сапожников, Н.С.Гусев, Е.А.Караштин, А.А.Фраерман – ИФМ РАН.

Публикации:

1. Е.А.Караштин, Н.С.Гусев, И.Ю.Пашенькин, М.В.Сапожников, А.А.Фраерман, “Эффект Холла в туннельных магнитных контактах», ЖЭТФ 163(1), 1-9 (2023).

1. I.Yu. Pashenkin, M.V. Sapozhnikov, N.S. Gusev, E.A. Karashtin, A.A. Fraerman, “Extrinsic tunnel Hall effect in MgO-based tunnel junctions”, Phys. Rev. B (направлена в печать),