Магнитоиндуцированные эффекты в немагнитных кристаллах

В лаборатории механических свойств кристаллов активно развивается исследование открытого здесь же магнитопластического эффекта и его различных проявлений в микро- и макро-пластичности, а также в других физических свойствах кристаллов. Этот эффект, основанный на изменении структуры примесных центров с помощью магнитного поля, превращает почти любой кристалл в функциональный материал, свойствами которого можно управлять дистанционно независимо от размеров и формы объекта, даже если это деталь нано-устройства. Причем, в зависимости от выбора легирования материал может как пластифицироваться, так и упрочняться.

Результаты, полученные в лаборатории, позволяют значительно увеличить чувствительность эффекта к магнитному полю (например, с помощью параллельного действия электрических или микроволновых полей), что в свою очередь обещает работу в очень низких магнитных полях, даже в поле Земли (в условиях резонанса).

В настоящее время работы в этой области целый ряд научных групп в России и за рубежом, причем ИК РАН остается здесь лидером. Также, в последнее время и у нас в стране, и за рубежом исследуются эффекты корреляции магнитных и электрических свойств в различных системах. Это не только так называемые мультиферроики, но и диэлектрические системы, в которых, существенную роль могут играть либо магнитные дефекты, либо структурные дефекты, изменяющие свое состояние во внешнем магнитном поле.

В лаборатории изучаются магнитоиндуцированные изменения макропараметров диэлектрических кристаллов, в частности, исследуется электрическое переключение монокристаллов сегнетоэлектриков и сегнетоэластиков в магнитном поле с целью выявления дополнительной возможности управления его электрическими свойствами. Имеется ввиду управление функциональностью доменных стенок. Это популярная теперь область "доменной инженерии". Из полученных результатов следует, что магнитное поле можно использовать для стабилизации доменной структуры при пьезоэлектрических применениях, а также для стабилизации такого доменного состояния, когда усталостные эффекты уже не будут проявляться.

Твердофазное сращивание кристаллов
В лаборатории реализована уникальная методика твердофазного сращивания кристаллов. На этой основе предложен новый метод создания искусственных границ зерен путем соединения кристаллов с требуемой разориентацией.

Пленки, выращенные на таких подложках, наследуют искусственную границу, которую далее можно использовать в различных устройствах (например, в качестве джозефсоновских переходов). В настоящее время на аналогичной основе создаются сложные трехмерные архитектуры внутренних нано-пустот в твердотельных элементах для современной электроники.

Разработка методов получения и исследование многослойных наноструктур, в частности сверхрешеток, на основе эпитаксиальных пленок полупроводников обусловило прорыв в развитии электроники и спинтроники. Это показывает актуальность развития разработанных в лаборатории методик создания подложек с искусственными межзеренными границами и выращивания на таких подложках многослойных эпитаксиальных пленок с регулируемой структурой, в том числе из недавно открытых железосодержащих высокотемпературных сверхпроводников и оксидных материалов спинтроники на основе ферромагнетиков.

Теория дефектов решетки
Отдельным направлением исследований в лаборатории механических свойств кристаллов является теория упругих полей дислокаций и других линейных дефектов в анизотропных и неоднородных средах,в том числе, пьезоэлектрических.

Актуальность этих исследований определяется настоятельной потребностью в развитии новых методов описания свойств современных материалов, в которых анизотропия и неоднородность (часто нано-размерного масштаба), а также связанные поля (например, пьезоэлектричество) являются не осложняющими факторами, а необходимыми элементами, без которых устройство не работает.

Теоретическая кристаллоакустика и кристаллооптика
Исследования в области теоретической кристаллооптики и кристаллоакустики с учетом анизотропии и неоднородности кристаллических структур также весьма актуальны и давно активно ведутся в лаборатории.

Акустические и электромагнитные волны находят широкое применение в различных устройствах наноэлектроники, причем кристаллы в таких устройствах играют основную роль.

В связи с этим моделирование процессов распространения и рассеяния поверхностных и объемных волн на неоднородностях в анизотропных средах представляет не только научный, но и значительный практический интерес. Решение такого рода задач способствует ускорению инновационного развития экономики.

Теория фазовых переходов
Теоретическое исследование фазовых диаграмм и свойств зажатых твердотельных систем различных размерностей (включая микро и нано-кристаллы, тонкие пленки на подложках), материалы которых в свободном (незажатом) состоянии испытывают слабые структурные фазовые переходы первого рода. Описание равновесных неоднородных структур, возникающих в таких твердотельных системах вследствие их полной или частичной зажатости, исследование причин возникновения таких неоднородных состояний, условий устойчивости их образования и существования, а также влияние различных типов дефектов на устойчивость и свойства зажатых систем.