НАИБОЛЕЕ ЗНАЧИМЫЕ результаты, полученные в ИФТТ РАН в 2022 г.

Утверждены на заседании Ученого совета ИФТТ РАН 05 декабря 2022 г.
(протокол № 26)

1. Реализация режима динамически отрицательной ёмкости в рашбовском ферроэлектрике GeTe

Н.Н. Орлова, А.В. Тимонина, Н.Н. Колесников, Э.В. Девятов

В наше время, возможность наблюдения отрицательной ёмкости активно обсуждается для различных систем в целях увеличения быстродействия и энергоэффективности полупроводниковых устройств. Мы экспериментально исследовали емкостной отклик проводящего ферроэлектрическа GeTe с гигантским спин-орбитальным взаимодействием. Абсолютно неожиданным является наблюдение сильной, симметричной по знаку поля, зависимости емкостного отклика от поля затвора, при этом наблюдается ярко выраженный гистерезис в ёмкостном отклике в зависимости от направления развертки поля затвора. Такое поведение емкостной кривой мы связали с зависимостью параметра Рашбы от электрического поля затвора в условиях постоянства концентрации носителей в GeTe. В этом случае, обнаруженный гистерезис в C(V_g) отражает эволюцию ферроэлектрической поляризации в поверхностных слоях GeTe, что позволяет в том числе реализовать режим динамически отрицательной ёмкости образца, возникающий в момент переключения направления ферроэлектрической поляризации в условиях, когда поляризация меняется быстрее чем электрический заряд. Последнее утверждение независимо подтверждено во времяразрешенных резистивных измерениях.

Публикация: Orlova, N.N. Dynamic negative capacitance response in GeTe Rashba ferroelectric / N.N. Orlova, A.V. Timonina, N.N. Kolesnikov, E.V. Deviatov // Physica B: Condensed Matter. – 2022. – Vol. 647. – P. 414358. – DOI:10.1016/j.physb.2022.414358

Тема ГЗ: «Коллективные явления в электронных и экситонных системах в наноструктурах»

Физические науки, направление 1.3.2. «Физика конденсированных сред и физическое материаловедение»

2. Биротоны и «тёмные» иерархии квантово-Холловских состояний

О.А. Григорьев, Л.И. Мусина, А.Б. Ваньков, О.В. Волков, Л.В. Кулик

Предложена вычислительная схема для оценки энергий нейтральных возбуждений в состояниях с дробным квантовым эффектом Холла (ДКЭХ). Состояния ДКЭХ систематизированы в соответствии со структурой иерархии чисел Фарея. Показано, что помимо широко известной иерархии дробных состояний Лафлина-Джейна существуют и другие «темные» иерархии. Хотя они практически не наблюдаются экспериментально даже в образцах с наибольшей подвижностью, они могут существенно влиять на термодинамику и спектральные характеристики состояний ДКЭХ. Известные проблемы интерпретации экспериментальных результатов ДКЭХ объясняются сосуществованием двух принципиально различных типов превращений электронной системы, один из которых представляет собой нейтральное возбуждение в состоянии ДКЭХ, а другой — переход между двумя основными состояниями ДКЭХ, принадлежащих соответственно иерархии Лафлина-Джейна и одной из «темных» иерархий.

Рис. (а) Энергии биротонов с нулевым импульсом, рассчитанные для различных состояний ДКЭХ в диапазоне кулоновских энергий от 0.001 до 0.1 e²/ϵl_B. Дробные состояния иерархии Лафлина-Джайна и «темных» иерархий показаны серыми и красными кружками соответственно. (б) состояния ДКЭХ с энергиями из (а), приведенные в иерархическую структуру Занга – Бирмана (структура иерархии чисел Фарея). Горизонтальная и вертикальная оси обозначают соответственно абсолютное значение дроби и ее знаменатель. Диаметр точки пропорционален энергии биротона с нулевым импульсом соответствующей фракции. Линии связывают частичные состояния отдельных иерархий.

Публикация: Grigorev, O.A. Birotons and “Dark” Quantum Hall Hierarchies / O.A. Grigorev, L.I. Musina, A.B. Van’kov, O.V. Volkov, L.V. Kulik // Applied Sciences. – 2022. – Vol. 12, Iss. 15. – P. 7940. – DOI:10.3390/app12157940

Грант РНФ 18-12-00246

Физические науки, направление 1.3.2. «Физика конденсированных сред и физическое материаловедение»

3. Сверхбыстрое переключение интенсивности и поляризации света посредством акустического возмущения мультистабильных микрорезонаторных экситон-поляритонных систем

А.А. Деменев, С.С. Гаврилов, В.Д. Кулаковский (с соавторами)

Встроенные коммутационные устройства являются основой сверхбыстрой обработки оптических сигналов. В работе исследована возможность реализации сверхбыстрых переключателей сигнала на основе мультистабильных экситон-поляритонных конденсатов в планарных микрорезонаторах, возбуждаемых резонансно чуть выше энергии поляритона. Исследования переключения стационарных состояний поляритонного конденсата проводились на структурах из высокодобротных микрорезонаторов на основе GaAs/AlAs с квантовыми ямами InGaAs в активной области. Субтерагерцовая акустическая модуляция поляритоннго резонанса была получена путем инжекции в резонатор пикосекундных импульсов деформации, генерируемых на тыльной стороне подложки фиолетовыми импульсами длительностью 200 фс. Экспериментально продемонстрировано, что пикосекундные импульсы акустической деформации могут быть использованы для управляемого сверхбыстрого (~100 пс) переключения как между стационарными состояниями в резонансно возбужденном циркулярно-поляризованном конденсате, с переключением интенсивности излучения более, чем на порядок, так и между ветвями с различной поляризациями в эллиптически поляризованном конденсате с изменением величины циркулярно-поляризованной компоненты в несколько раз.

Рис. (а) Временные профили степени циркулярной поляризации в эллиптически поляризованном луче в отсутствие (черная пунктирная кривая) и при возбуждении фемтосекундным импульсом с W = 0,8 мДж/см2 (красная сплошная кривая).
(б) и (с) Интенсивности право- (σ⁺) и лево- (σ^-) поляризованных компонент (красные сплошные и черные пунктирные кривые, соответственно), измеренные при резонансном возбуждении поляритонов эллиптически поляризованным светом с P=150кВт/см² в отсутствии (с) и при возбуждении фиолетовым фемтосекундным импульсом с W = 0,8 мДж/см² (б).
Стрелка указывает время возбуждения квантовых ям акустическим импульсом
Временное разрешение в измерениях - 2 нс.

Публикация: Demenev, A.A. Ultrafast All-Optical Polarization Switch Controlled by Optically Excited Picosecond Acoustic Perturbation of Exciton Resonance in Planar Microcavities / A.A. Demenev, D.D. Yaremkevich, A.V. Scherbakov, S.S. Gavrilov, D.R. Yakovlev, V.D. Kulakovskii, M. Bayer // Physical Review Applied. – 2022. – Vol. 18, Iss. 4. – P. 44045. – DOI:10.1103/PhysRevApplied.18.044045

Грант РНФ 21-12-00368

Физические науки, направление 1.3.2. «Физика конденсированных сред и физическое материаловедение»

4. Визуализация со сверхвысоким разрешением при помощи расходящегося жгута оптических волокон с высоким показателем преломления

Катыба, И.Н. Долганова, В.Н. Курлов (с соавторами)

Жгуты оптических волокон могут быть использованы для получения изображений с разрешением, превышающим дифракционный предел Аббе. В качестве основы для жгута используются сапфировые волокна диаметром 300 мкм, которые обеспечивают очень хорошую локализацию ТГц излучения в сердцевине волокна за счет высокого показателя преломления в ТГц диапазоне и, следовательно, высокое разрешение изображения. Нами разработан, изготовлен и охарактеризован жгут расходящихся сапфировых волокон для проведения визуализации с субволнововым разрешением. Волокна расходятся из плоскости объекта (передняя плоскость жгута) и, таким образом, растягивают захваченное ближнее поле, после чего оно считывается из плоскости изображения с помощью обычной дифракционно-ограниченной оптики. Жгут расходящихся волокон был исследован вначале численно, а затем создан и исследован экспериментально на частоте 0.33 ТГц. Подтверждено, что такой жгут обладает разрешением, превышающим предел Аббе (среднее значение составляет 0.35 λ, где λ=917 мкм).

Схема проведения ближнепольной визуализации при помощи расходящегося жгута волокон (а); осевое сечение конусообразного жгута с геометрическими размерами (б).

Публикация: Katyba, G.M. Superresolution Imaging Using a Tapered Bundle of High-Refractive-Index Optical Fibers / G.M. Katyba, M. Skorobogatiy, D.G. Melikyants, N.V. Chernomyrdin, A.N. Perov, E.V. Yakovlev, I.N. Dolganova, I.E. Spektor, V.V. Tuchin, V.N. Kurlov, K.I. Zaytsev // Physical Review Applied. – 2022. – Vol. 18, Iss. 3. – P. 34069. – DOI:10.1103/PhysRevApplied.18.034069

Грант РНФ 22-72-10033

Физические науки, направление 1.3.5. «Оптика и лазерная физика»

5. Эффект магнитной памяти в планарных микромостиках ферромагнетик/сверхпроводник/ферромагнетик

Л.Н. Карелина, Н.С. Шуравин, А.С. Ионин, С.В. Егоров, В.В. Больгинов, В.В. Рязанов (с соавторами)

Исследован эффект отрицательного магнитосопротивления R(H) в трехслойном FSF микромостике на основе сверхпроводящего ниобия (S) и слабоферромагнитного (F) сплава Pd_0.99Fe_0.01. Кривые перемагничивания R(H) в области конца температурного перехода микромостика в сверхпроводящее состояние показывают резкие минимумы сопротивления S-слоя («низкорезистивное состояние») при противоположных направлениях намагниченности F-слоев. Обнаружено, что это низкорезистивное состояние обладает эффектом памяти, т.е. значение R_min(H_min), фактически, не меняется в некотором интервале полей ниже H_min, как это представлено на Рис.1. На нисходящем (черном) участке петли также виден небольшой подъем магнитосопротивления, связанный со спин-триплетной сверхпроводимостью при неколлинеарных направлениях намагниченности F-слоев, когда «спин-триплетные» сверхпроводящие носители могут уходить далеко в F-слой (подавляя сверхпроводимость S-слоя). На Рис.2 продемонстрировано использование обнаруженного эффекта в качестве элемента памяти, меняющего свое «цифровое» состояние под действием импульсов слабого магнитного поля.


Рис.1.	Рис.2.

Рис.1. Частная петля магнетосопротивления FSF микромостика. Стрелками показано направление развертки магнитного поля. Красным цветом изображен участок «эффекта памяти» низкорезистивного состояния. Пунктиром показана полная петля магнетосопротивления.

Рис.2. a) Цифровые состояния «0» и «1» отмечены красными точками на петле гистерезиса. (b) Временная диаграмма напряжения на FSF-микромостике (верхняя кривая), иллюстрирующая его переключение между цифровыми состояниями под действием импульсов магнитного поля (нижняя кривая).

Публикация: Карелина, Л.Н. Эффект магнитной памяти в планарных микромостиках ферромагнетик/сверхпроводник/ферромагнетик на основе сильно разбавленного сплава PdFe / Л.Н. Карелина, Н.С. Шуравин, А.С. Ионин, С.В. Бакурский, С.В. Егоров, И.А. Головчанский, В.И. Чичков, В.В. Больгинов, В.В. Рязанов // Письма в ЖЭТФ. – 2022. – Т. 116, № 2. – С. 108–115. – DOI:10.31857/S1234567822140075

Грант РФФИ № 19-32-90162

Физические науки, направление 1.3.2. «Физика конденсированных сред и физическое материаловедение»

6. Разработка промышленной технологии изготовления трехслойных мембран и несущих анодных подложек для высокоэффективных твердооксидных топливных элементов

Е.А. Агаркова, Д.А. Агарков, И.Н. Бурмистров, И.Е. Курицына, Д.В. Яловенко, С.И. Бредихин

В результате комплексных исследований ионной проводимости, механических характеристик и особенностей формирования многослойных газоплотных мембран на основе анионного проводника стабилизированного ZrO₂ разработана и внедрена промышленная технология изготовления трехслойных мембран с составом 6ScSZ|10Sc1YSZ|6ScSZ размером 100х100 мм и толщиной 150 мкм для высокоэффективных ТОТЭ первого поколения. В мае 2022 года по Техническим условиям ТУ 23.44.12.190-193-30742093-2022 на предприятии АО «НЭВЗ-КЕРАМИКС» (г. Новосибирск) начато промышленное производство трехслойных мембран, являющихся основой ТОТЭ на несущем электролите (Рисунок 1).

С целью разработки промышленной технологии изготовления двухслойных анодных подложек для ТОТЭ на несущем аноде изучены процессы переноса заряда, протекание окислительно-восстановительных реакций и механические характеристики анодов ТОТЭ [1-2]. Создана промышленная технология изготовления на оборудовании АО «НЭВЗ-КЕРАМИКС» двухслойных анодных подложек для ТОТЭ второго поколения (Рисунок 2).

Рисунок 1 Трехслойные мембраны анионного проводника 6ScSZ|10Sc1YSZ|6ScSZ размером 100х100 мм и толщиной 150 мкм

Рисунок 2 Двухслойные анодные подложки для ТОТЭ второго поколения, изготовленные на оборудовании АО «НЭВЗ-КЕРАМИКС»

Публикации:

Agarkova, E.A. Tape Casting of Bilayered Anode Supports and Electrochemical Performance of SOFCs Based on Them / E.A. Agarkova, O.Yu. Zadorozhnaya, I.N. Burmistrov, D.A. Agarkov, A.A. Solov’ev, A.V. Shipilova, M.N. Levin, Yu.K. Nepochatov, S.I. Bredikhin // Russian Journal of Electrochemistry. – 2022. – Vol. 58, Iss. 2. – P. 114–121. – DOI:10.1134/S1023193522020033
Solovyev, A.A. Influence of Deposition Modes and Thermal Annealing on Residual Stresses in Magnetron-Sputtered YSZ Membranes / A.A. Solovyev, S.V. Rabotkin, A.V Shipilova, D.A. Agarkov, I.N. Burmistrov, A.N. Shmakov // Membranes. – 2022. – Vol. 13, Iss. 2. – P. 346. – DOI:10.3390/membranes12030346

Тема ГЗ: «Физика, технология и инженерия дефектов материалов для альтернативных источников энергии, фотовольтаники и сенсорики»

Физические науки, направление 1.3.2. «Физика конденсированных сред и физическое материаловедение»

7. Модификация графена на пластинах β-SiC/Si(001) молекулами феназинового красителя Нейтральный красный

А.Н. Чайка, В.Ю. Аристов (с соавторами)

Атомная и электронная структура графена на пластинах β-SiC/Si(001), модифицированного молекулами феназинового красителя Нейтральный красный, исследована с помощью электронной спектроскопии, теории функционала плотности, сканирующей туннельной микроскопии (СТМ) и спектроскопии (СТС). С помощью СТМ показано, что молекулы красителя формируют локально-упорядоченные структуры на небольших участках поверхности, в которых они ориентированы параллельно или перпендикулярно слоям графена. В первом случае молекулы образуют димерные структуры, а во втором – структуры с прямоугольной или косоугольной элементарной ячейкой. Установлено, что модификация верхнего слоя графена приводит к появлению запрещенной зоны, превышающей 1 эВ, что позволяет рассматривать синтезированный слоистый композит как низкоразмерную гетероструктуру типа металл/полупроводник. Показано, что локальные изменения ширины запрещенной зоны на поверхности могут быть связаны с деформациями молекул в композитной структуре.

Рис. (a,b,e) СТМ-изображения системы графен/SiC(001) до (а) и после (b,e) модификации молекулами феназинового красителя. (c,d,f) Схематическое расположение молекул на поверхности графена, ориентированных перпендикулярно (c,d) и параллельно (f) поверхности. (g) Экспериментальные СТС-спектры, измеренные на различных участках поверхности. (h) Расчетная плотность электронных состояний молекул на поверхности графена в зависимости от сжатия молекул (0-15%).

Публикация: Potorochin, D.V. Surface functionalization of few-layer graphene on β-SiC(001) by Neutral Red dye / D.V. Potorochin, A.N. Chaika, O.V. Molodtsova, V.Yu. Aristov, D.E. Marchenko, D.A. Smirnov, A.A. Makarova, B. Walls, K. Zhussupbekov, K. Walshe, I.V. Shvets, A.S. Ciobanu, M.K. Rabchinskii, N.V. Ulin, M.V. Baidakova, P.N. Brunkov, S.L. Molodtsov // Applied Surface Science. – 2022. – Vol. 585. – P. 152542. – DOI:10.1016/j.apsusc.2022.152542

Физические науки, направление 1.3.2. «Физика конденсированных сред и физическое материаловедение»

8. Разработка конструкции и технологических основ твердооксидных топливных элементов с металлическими опорными слоями и монополярной коммутацией

М.Н. Левин, И.Н. Бурмистров, А.У. Шарафутдинов, И.С. Ерилин (с соавторами)

Сущность. Разработаны концепция, конструкции и технология твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ) на металл-поддерживающих слоях с монополярной коммутацией (Metal-Supported Monopolar Solid Oxide Fuel Cells – MMS-SOFC).

Новизна. Существенно упрощен технологический процесс изготовления ТОТЭ за счет сокращения числа технологических операций и промежуточных термообработок, в результате использования ударного аэрозольного нанесения анода на несущую пористую стальную подложку, магнетронного осаждения электролита и трафаретной печати катода с однократным финальным отжигом. Предложены новые конструкции с монополярной коммутацией, обеспечивающие существенное повышение гравиметрической и объемной плотностей мощности блоков ТОТЭ на металл-поддерживающих слоях.

Значимость. Предложенная технология является основой для массового производства ТОТЭ на опорных металлических слоях, а предложенные конструкции блоков ТОТЭ с монополярной коммутацией позволяют использовать их для разработки мобильных электрохимических генераторов как для управляемого наземного транспорта, так для беспилотных летательных и подводных аппаратов.

Рис.1. Структура поперечного скола слоев мембранно-электродного блока (МЭБ) ТОТЭ на несущем металле.

Рис.2. Электрохимические характеристики ТОТЭ на несущем металле.

Х/Д №1316-22 с ООО «Инновационные энергетические системы» (ООО «ИНЭСИС») ГК «ЭФКО»

Физические науки, направление 1.3.2. «Физика конденсированных сред и физическое материаловедение»

9. Поверхностное натяжение расплава теллурида цинка-кадмия

Впервые экспериментально определена зависимость поверхностного натяжения расплава тройного халькогенида металла Cd_0,9Zn_0,1Te от давления аргона [1]. Измерения проводили сталагмометрическим методом с применением разработанного в ИФТТ РАН сталагмометра [2].

Показано, что полученная зависимость, графически представленная на рисунке, подчиняется уравнению Шишковского

Таблица. Коэффициенты уравнения Шишковского

Наличие данных о коэффициентах уравнения Шишковского позволило определить константу адсорбции аргона, равную 2,74·10⁶ см³/моль (в предположении, что раствор аргона в расплаве является совершенным).

Полученные результаты принципиально важны при выращивании кристаллов Cd_0,9Zn_0,1Te для применения в полупроводниковых детекторах ионизирующих излучений.

Публикация: Kuznetsov, G. Surface tension of Cd0.9Zn0.1Te melt / G. Kuznetsov, E. Borisenko, N. Kolesnikov // Materials Letters. – 2022. – Vol. 317. – P. 132093. – DOI:10.1016/j.matlet.2022.132093

Тема ГЗ: «Физика и технологии новых материалов и перспективных структур»

Физические науки, направление 1.3.2. «Физика конденсированных сред и физическое материаловедение»

10. Способ получения высокотемпературного материала на основе карбида кремния и силицида молибдена

Разработан метод получения керамического композиционного материала на основе карбида кремния и силицида молибдена. В основе разработки лежит способ получения многофункциональной карбидокремниевой керамики [Шикунов С.Л., Курлов В.Н., Шикунова И.А. Патент РФ № 2573146.], который основан на взаимодействии расплава кремния с углеродом, находящимся в заранее скомпонованной заготовке определенного состава и пористости. На этапе подготовки композиции из углеродных порошков различных фракций и коксующегося связующего в состав шихты добавляется порошок молибдена. После перемешивания и прессования/формования углеродно-металлической заготовки частицы молибдена равномерно распределяются по её объему. При пропитке расплавом кремния (силицировании) кремний реагирует как с углеродом заготовки образуя пространственный SiC каркас, так и с частицами молибдена, образуя силицид. Полученный по разработанному методу керамический композиционный материал со связным SiC каркасом и интегрированным в него силицидом молибдена, имеет повышенную прочность и сопротивление ползучести при высоких температурах и нагрузках.

Тема ГЗ: «Физика и технологии новых материалов и перспективных структур»

Физические науки, направление 1.3.2. «Физика конденсированных сред и физическое материаловедение»

11. Новое поколение жаропрочных сплавов

В Институте физики твердого тела РАН создана новая группа жаропрочных сплавов для применения в области температур выше 1200°С. Структурно новые материалы представляют собой естественные композиты, в которых роль матрицы выполняют твердые растворы на основе молибдена, а упрочняющих фаз – тугоплавкие карбиды. Опытные партии новых материалов изготавливаются на экспериментальной технологической базе ИФТТ РАН. Проведенные высокотемпературные механические испытания новых сплавов показали их возможность выдерживать высокие нагрузки при температурах 1200° и выше в течение нескольких тысяч часов.

Тема ГЗ: «Физика и технологии новых материалов и перспективных структур»

Физические науки, направление 1.3.2. «Физика конденсированных сред и физическое материаловедение»

12. Деформационное легирование конструкционных, электронных и оптических компонентов

Классен Н.В., Цебрук И.С., Винокуров С.А., Кобелев Н.П., Колыванов Е.Л.

Деформационное легирование твердотельных изделий принципиально отличается от известных ранее термодиффузии, лазерной и плазменной обработок, ионного имплантирования. Ее существо состоит в динамическом деформировании приповерхностного слоя с одновременным нанесением на обрабатываемую поверхность легирующего вещества. Деформирование производится шариковой и роликовой обкаткой или скольжением твердого индентора. Преимущества этого метода следующие: 1) Он не требует специальных условий типа повышенной температуры, вакуума или особой атмосферы. Процесс может производиться непосредственно по месту службы конструкций в полевых и даже подводных условиях. 2) Скорость и глубина легирования составляют сотни микрон за десятки минут, что существенно лучше, чем у термодиффузии или имплантирования. 3) Подбором параметров деформирования можно не только регулировать глубину и скорость легирования. но и формировать периодические сверхструктуры, что открывает новые возможности для оптики и электроники. 4). Деформационным легированием достигается проблематичное для других методов внедрение мягких полимеров для формирования принципиально новых свойств.

Тема ГЗ: «Когерентные состояния, динамика и фазовые превращения в жидких и твердых телах»

Физические науки, направление 1.3.2. «Физика конденсированных сред и физическое материаловедение»

13. Интерфейсная сверхпроводимость в дираковских полуметаллах

В.Д. Есин, О.О. Швецов, А.В. Тимонина, Н.Н. Колесников, Э.В. Девятов

При милликельвиновых температурах, с помощью исследования Андреевского отражения, мы показали возникновение сверхпроводимости на интерфейсе между нормальным металлом (золотом) и топологическим дираковским полуметаллом. В качестве последнего выступали Cd3As2 как наиболее изученный дираковский полуметалл, так и новое соединение NiTe2, приобретающее популярность в последнее время. Оба соединения не являются сверхпроводящими в объёме в условиях эксперимента, как и планарный золотой контакт. Мы продемонстрировали, что возникновение интерфейсной сверхпроводимости является универсальным и не зависит от конкретных реализаций контакта нормальный электрод-дираковский полуметалл. Эти данные позволяют нам утверждать о возникновении поверхностной сверхпроводимости на границе нормальный металл-дираковский полуметалл в силу образования плоской зоны в спектре, что было предсказано теоретически. Поскольку образование плоской зоны тесно связано с формированием поверхностных состояний в дираковских полуметаллах, мы подтвердили наше утверждение прямым наблюдением диодного эффекта для джозефсоновского тока, который связан со сдвигом импульса в топологическом поверхностном состоянии при приложении магнитного поля в плоскости образца.

Публикация: Esin, V.D. Interface Superconductivity in a Dirac Semimetal NiTe₂/ V.D. Esin, O.O. Shvetsov, A.V. Timonina, N.N. Kolesnikov, E.V. Deviatov // Nanomaterials 2022, 12(23), 4114; https://doi.org/10.3390/nano12234114

Физические науки, направление 1.3.2. «Физика конденсированных сред и физическое материаловедение»

14. Управление направлением ферроэлектрической поляризации в гетероструктуре WTe₂/SnSe при помощи протекающего тока

Н.Н. Орлова, А.В. Тимонина, Н.Н. Колесников, Э.В. Девятов

Мы экспериментально показали возможность управления ферроэлектрической поляризацией при протекании тока через интерфейс между тонкими слоями двух проводящих ферроэлектриков SnSe и WTe₂, что может быть использовано для создания сверхбыстных переключателей и новых элементов памяти.

Для этой цели мы изготовили гетероструктуру SnSe/WTe₂ при этом вейлевский полуметалл WTe₂ является полярным металлом с ферроэлектрической поляризацией, направленной перпендикулярно слоям WTe₂, в то время как SnSe имеет поляризацию в плоскости слоёв. Было показано симметричное падение дифференциальной проводимости к нулевому значению при некотором пороговом значении приложенного напряжения, что соответствует повороту ферроэлектрической поляризации на 90 градусов вблизи интерфейса в изначально поляризованном в плоскости слое SnSe. Показана возможность управления этим пороговым напряжением при приложении малых значений затворного напряжения к структуре. Так же продемонстрирован возвратный переход в низкопроводящее состояние структуры при резком изменении величины напряжения смещения даже для напряжений значительно ниже порогового, что позволяет реализовать эффект сверхбыстрых переключений в такой структуре.

Публикация: Orlova, N.N. Current-induced control of the polarization state in a polar-metal–based heterostructure SnSe/WTe2 / N.N. Orlova, A.V. Timonina, N.N. Kolesnikov, E.V. Deviatov // Europhysics Letters. – 2022. – Vol. 138, Iss. 2. – P. 26002. – DOI:>10.1209/0295-5075/ac63dd

Физические науки, направление 1.3.2. «Физика конденсированных сред и физическое материаловедение»

15. Сапфировый аппликатор для криохирургии с функцией оптического мониторинга состояния ткани

И.Н. Долганова, А.К. Зотов, В.Н. Курлов (с соавторами)

Разработан сапфировый аппликатор для проведения поверхностной криодеструкции биологических тканей, позволяющий восстанавливать толщину замороженного слоя ткани. Функция мониторинга толщины замороженного слоя реализована с помощью волоконно-оптической оснастки, совмещенной с корпусом аппликатора, и основана на регистрации диффузно рассеянного излучения видимого диапазона. Используется четыре волоконных канала подсветки ткани, расположенных на различном удалении от одного канала детектирования. Экспериментальная апробация аппликатора, проведенная с использованием тестового образца, продемонстрировала возможность восстановления толщины замороженного слоя до 10 мм. Разработанный аппликатор позволяет повысить эффективность проведения криохирургического лечения, поскольку не требует применения дополнительных методов и инструментов визуализации для оценки движения ледяного фронта в ткани.

Публикация: I.N. Dolganova, A.K. Zotov, L.P. Safonova, P.V. Aleksandrova, I.V. Reshetov, K.I. Zaytsev, V.V. Tuchin, V.N. Kurlov. “Feasibility test of a sapphire cryoprobe with optical monitoring of tissue freezing,” Journal of Biophotonics, accepted November, 22, 2022.

Физические науки, направление 1.3.5. «Оптика и лазерная физика»

16. Твердые растворы водорода с симметричным куполом расслоения

Показано, что T-x проекция купола расслоения в твердых растворах внедрения MeH_x будет симметричной, а зависимость давления этого изоморфного фазового превращения от температуры будет определяться реакцией Me + (z/2)H₂ = MeH_z с фиксированным значением z, которое достигается при T → 0 K, если энергия Гиббса смешения растворов является симметричной двухъямной функцией содержания водорода с максимумом при z/2. Сведение задачи о термодинамическом равновесии между фазами переменного состава к задаче с фазами постоянного состава и использование литературных данных для чистого металла Me и гидрида MeH_z позволило установить, что именно симметричность купола расслоения (Рис. A) является достаточным условием линейности экспериментальных зависимостей стандартной энергии Гиббса ΔG⁰(T) для изоморфного превращения в системах Pd-H и Pd-D (z = 0.63, Рис. B) и в системах Ni-H и Ni-D (z = 1) во всем исследованном интервале температур вплоть до критической точки (на Рис. B критические точки показаны звездочками). Причину линейности зависимости ΔG⁰(T) для образования гидрида палладия не удавалось найти в течение нескольких десятков лет.

Публикация: Antonov, V.E. Solid metal-hydrogen solutions with a symmetric miscibility gap / V.E. Antonov, V.D. Muzalevsky, N.S. Orlov // International Journal of Hydrogen Energy. – 2022. – Vol. 47. – P. 15198–15208. – DOI:10.1016/j.ijhydene.2022.03.034

Тема ГЗ: «Когерентные состояния, динамика и фазовые превращения в жидких и твердых телах»

Физические науки, направление 1.3.2. «Физика конденсированных сред и физическое материаловедение»

17. Инжекционный полупроводниковый лазер циркулярно поляризованного излучения на основе хирального микрорезонатора

A.A. Maксимов, E.В. Филатов, И.И. Тартаковский, В.Д. Кулаковский (с соавторами)

Разработка хиральных оптических микрорезонаторов является центральной концепцией современной нанофотоники, позволяющей получить полный контроль над поляризацией ограниченных электромагнитных мод. В работе впервые продемонстрирована реализация компактного источника когерентного излучения на основе хирального полупроводникового микрорезонатора с электрической накачкой (поверхностно-излучающий микролазер с вертикальным резонатором (VCSEL)– Vertical-cavity surface-emitting laser). Устройство состоит из AlAs/(Al,Ga)As микрорезонатора, содержащего несколько GaAs квантовых ям в активной области, и пластины хирального фотонного кристалла, вытравленной в верхнем распределенном брэгговском отражателе (рис. 1).

Публикация: Maksimov, A.A. Circularly Polarized Laser Emission from an Electrically Pumped Chiral Microcavity / A.A. Maksimov, E.V. Filatov, I.I. Tartakovskii, V.D. Kulakovskii, S.G. Tikhodeev, C. Schneider, S. Höfling // Physical Review Applied. – 2022. – Vol. 17, Iss. 2. – P. L021001. – DOI:10.1103/PhysRevApplied.17.L021001

Тема ГЗ: «Коллективные явления в электронных и экситонных системах в наноструктурах»

Физические науки, направление 1.3.2. «Физика конденсированных сред и физическое материаловедение»

18. Трансформация гибридных частиц типа “ядро-оболочка” ПММА-SiO₂ в полые частицы SiO₂

Н.С. Сухинина, В.М. Масалов, Т.Н. Фурсова, И.И. Ходос, И.И. Зверькова, А.А. Жохов, Г.А. Емельченко

На основе разработанной оригинальной методики синтезированы гибридные частицы «ядро-оболочка» ПММА-SiO₂ и полые частицы SiO₂. Методика позволяет получать полые частицы диоксида кремния субмикронных размеров заданного диаметра в диапазоне 100-1000 нм с точностью до 10 нм и толщиной оболочки 5-100 нм с точностью ± 2 нм (Рис. 1). Методами электронной микроскопии, ИК-спектроскопии и рентгеновской дифракции исследованы изменения морфологии и структуры частиц типа ядро-оболочка ПММА-SiO₂ при трансформации их в полые частицы SiO₂ в процессе термообработки [1]. Результаты исследований могут быть использованы при разработках: белого пигмента для замены TiO₂ в продуктах питания и лекарственных средствах, наноконтейнеров для адресной доставки лекарств и новых эффективных катализаторов, новых композиционных материалов с повышенной термостойкостью, пониженными плотностью и теплопроводностью, систем хранения водорода в молекулярной форме и для решения других актуальных задач материаловедения.