Большие светлые помещения лаборатории находятся на первом этаже нового корпуса Физтех.Цифра. Первое, что мы видим, — огромный лазерный стол, заставленный линзами самых разных размеров и несколькими источниками излучения. Короткие лазерные импульсы проходят через оптические элементы вдоль всего стола и попадают на образец, размещенный во внешнем магнитном поле.
Со столом соседствует оптический криостат замкнутого цикла, позволяющий охлаждать исследуемые структуры до 3,5 К.
Криостат закрытого цикла используется для проведения низкотемпературных экспериментов по определению магнитных и магнитооптических свойств тонких пленок и гетероструктур. Синие кабели на фотографии используются для заведения сигналов на частотах до десятков гигагерц
В лаборатории занимаются проведением экспериментальных и теоретических исследований по нескольким направлениям. Одним из основных является опто- и квантовая спинтроника, где свет используется для возбуждения и контроля над спиновыми состояниями. Помимо этого, ведутся работы в области магнитооптики в 1D- и 2D-материалах и гетероструктурах при низких температурах — направление, которое также включает исследования спин-орбитального взаимодействия и эффектов, индуцированных близостью поверхностей. Кроме того, ведутся исследования по изучению и внедрению в коммерческие продукты источников одиночных фотонов, которые являются базовыми элементами для систем квантовой связи.
Изначально лаборатория была создана в рамках проекта «5-100» под руководством профессора Анатолия Звездина и занималась исследованиями в области спинтроники, магнетизма и оптомагнетизма. Были получены важные результаты в области прикладной спинтроники, развиты научные и технологические основы для создания оперативной памяти MRAM, STT-MRAM и микроволновых спинтронных устройств.
В конце 2019 года благодаря совместным усилиям МФТИ и РКЦ лаборатория была в значительной степени усилена, расширен научный коллектив и модернизирована научно-материальная база. Лаборатория вошла в Центр фотоники и двумерных материалов МФТИ. Благодаря этому появилась возможность проведения передовых исследований в области двумерных наноматериалов и решения задач в сфере квантовых технологий. В настоящее время лабораторией руководит Александр Чернов, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры Российского квантового центра.
Александр Чернов, руководитель лаборатории физики магнитных гетероструктур и спинтроники для энергосберегающих информационных технологий МФТИ
Оптические элементы для направления и изменения параметров фемтосекундных лазерных импульсов
Поляризационная оптика является неотъемлемой частью оптических элементов, которые используются во многих экспериментах
Различные подвижки используются для изменения положения образцов внутри магнита с микрометрической точностью. Для работы с одиночными нанообъектами применяются специальные программируемые пьезоподвижки
Среди сотрудников лаборатории есть студенты Физтех-школы физики и исследований им. Ландау МФТИ. Они могут прийти сюда начиная с третьего курса и совмещать работу с учебой.
Федор Максимов, студент четвертого курса ЛФИ кафедры Российского квантового центра, работает над определением магнитных свойств тонких магнитных пленок с напыленным сверхпроводником
Образцы для исследования
Вхождение лаборатории в состав Центра двумерных материалов в значительной степени расширило взаимодействие с группами, которые занимаются синтезом новых двумерных материалов. Исследуются образцы двух- и однослойного графена, дихалькогенидов переходных металлов, а также одномерные полосы графена и углеродные нанотрубки. Некоторые из новых материалов обладают необычными оптическими и магнитными свойствами и являются перспективными для различных приложений.
Александра Белькова, младший научный сотрудник группы Российского квантового центра, проводит эксперименты на установке «накачка — зондирование»
Характерные зависимости прецессии намагниченности от времени, которые регистрируются в экспериментах при возбуждении магнитного материала короткими фемтосекундными лазерными импульсами. Колебания спинов запускаются нетермически и могут контролироваться различными параметрами лазерного излучения
Два ретрорефлектора являются неотьемлемой частью установок «накачка — зондирование». Принцип работы ретрорефлектора заключается в том, что падающий на уголковый отражатель луч отражается строго в обратном направлении (по этой причине в самом отражателе виден объектив фотоаппарата). Каждый из отражателей на фото используется для совмещения во времени и задания желаемой величины временной задержки между лазерными импульсами накачки и зондирования. Два элемента используются для двух различных оптических схем и, соответственно, двух различных экспериментов.
В зависимости от поставленной задачи и исследуемых объектов длина волны лазерного излучения может быть перестроена в видимом и ближнем ИК-диапазоне. На фотографии виден лазерный луч зеленого цвета (длина волны составляет 516 нм). Помимо этого, мощные лазерные импульсы ИК-диапазона используются для генерации ТГц-излучения
Генерация спиновых волн производится короткими лазерными импульсами. Важным является применение спектральных и нейтральных фильтров (изображенных на фотографии) для точной подстройки характеристик возбуждающего излучения
«Нанофотоника открывает новые возможности в области сверхбыстрого магнетизма. Мы работаем на передовой линии мировой науки. Это очень интересное и перспективное направление. Задач много, поэтому коллектив лаборатории заинтересован в привлечении мотивированных сотрудников из числа как опытных исследователей, взрослых, состоявшихся ученых, так и целеустремленных студентов», — говорит Александр Чернов, заведующий лабораторией физики магнитных гетероструктур и спинтроники для энергосберегающих информационных технологий МФТИ.
