Достижения

Основные достижения

Разработан способ и впервые осуществлены измерения энтропии на электрон для двумерной системы электронов. Для проверки способа проведены измерения  на гетероструктурах GaAs/AlGaAs с затвором Шоттки. В перпендикулярном магнитном поле измерены и сопоставлены с теорией магнитоосцилляции энтропии.  Показано, что данным способ аозволяет измерять вариации энтропии в системе содержащей всего 108 электронов, что на 3 порядка лучше пороговой чувствительности  известных калориметров. 

  • Y. Tupikov, A.Yu.Kuntsevich, V.M.Pudalov, I.S.Burmistrov, Письма в ЖЭТФ 101, 131 (2015).

Изучено влияние замещения серой мышьяка на сверхпроводящие свойства  кристаллов  FeSe1−xSx (x = 0, 0.04, 0.09, and 0.11). В измерениях изучена намагниченность, проводимость, Лондоновская глубина проникновения, и низкотемпературная теплоемкости. Установлено, что введениеS в  FeSe увеличивает критическую температуру перехода Tc,  анизотропию, верхнее критическое поле Hc2, и плотность критического тока Jc. Температурная зависимость верхнего критического поля Hc2(T ) и его анизотропии указывают на многозонный характер сверхпроводящего конденсата в этой системе.  Измерения Лондоновской глубины проникновения  λab(T ) и теплоемкости  свидетельствуют  с сильной связи и двух-волновом конденсате с s-типом симметрии.

  • Phys. Rev. B 91, 165109 (2015).

В двумерной сильно-коррелированной системе высокой чистоты экспериментально выявлено существование нового масштаба энергии, помимо энергии Ферми.  При температуре соответствующей этой характерной энергии возникают особенности в магнитосопротивлении в параллельном поле и в температурной зависимости сопротивления в нулевом поле. 

  • Л.А. Моргун, А.Ю. Кунцевич, В.М.Пудалов, Направлено в PRB (2015)

Проведены исследования термодинамической энтропии на электрон ∂S/∂n, двумерной  электронной системе в кремнии  и изучен переход  от режима  Ферми-жидкости в режим коррелированной заряженной плазмы.  Выявлено, что поведение энтропии в коррелированной плазме  могут быть отображены на поведение в невырожденном Ферми-газе, в котором параметр взаимодействия, однако, становится зависящим как от плотности, так и от температуры. Основная особенность энтропии в режиме коррелированной плазмы заключается в сильной температурной зависимости эффективной массы.

  • A.Y. Kuntsevich, Y.V. Tupikov, V.M. Pudalov, I.S. Burmistrov, Nature Communications,  DOI: 10.1038/ncomms8298

Подготовлена заявка на патент «Способ электрометрического измерения производной химического потенциала по температуре и устройство для его осуществления»

Изобретение относится к области электрометрического анализа химического потенциала с помощью модуляции температуры. Задача, решаемая изобретением, – измерение производной химического потенциала по температуре  в двумерных (2D) системах или в поверхностном слое трехмерных систем с изменяемой концентрацией носителей заряда n. Способ позволяет определить производную от энтропии по концентрации, в то время как известный метод калориметрии переменного тока (ac calorimetry) измеряет удельную теплоемкость.


Двумя различными методами впервые получены согласованные  данные о спектре ВТСП на основе (Ba,K)Fe2As2 По измерениям первого критического поля и Андреевского отражения  установлены величины щелей в спектре, их температурные зависимости и анизотропия. Определены константы межзонного и внутризонного взаимодействий. Доказано отсутствие нулей в сверхпроводящей щели, подтверждающее  s++  тип симметрии.

  • Т.Е.Кузьмичева, С.А.Кузьмичев, А.Н.Васильев, В.М.Пудалов и др., Phys. Rev. B 90, 054524 (2014)].

Сопоставлены перенормированные электрон-электронным взаимодействием параметры носителей в двух спиновых подзонах с существенно различной заселенностью  в двумерной системе электронов в кремнии. Экспериментально установлено, что эти параметры в первом приближении одинаковы, показывая, что  взаимодействие происходит в широком интервале энергий, превышающем энергию Ферми. Более детальное рассмотрение выявило эффекты  асимметрии свойств двух спиновых подзон, свидетельствующей о существовании спин-зависящего интерфейсного рассеяния, которое объяснено упругим рассеянием электронов на коллективных триплетных состояниях с большим спином (наномагнитах).

  • В.М.Пудалов, M.Gershenson, H, Kojima, Phys. Rev. B 90, 075147 (2014)

Исследования различно легированных кристаллов составов Ba(K,Na)[Fe(Ni,Co)]2As2 показали, что зависимость нормированного критического тока Jc/Jc0 от нормированной температуры (Т/Тс) масштабируется на единую универсальную зависимость, что указывает на единый механизм пиннинга в данных соединениях. При этом, данная экспериментальная зависимость не совпадает с теоретическими зависимостями, полученными в рамках известных теоретических моделей пространственной флуктуации длины свободного пробега (dl-пиннинг) и пространственной флуктуации температуры сверхпроводящего перехода (dТс-пиннинг).  Полученный результат важен для понимания природы пиннинга и оптимизации плотности критического тока в сверхпроводниках на основе железа.

Зависимость нормированного критического тока от приведенной температуры для железосодержащих сверхпроводников семейства 122 с различным типом легирования в сопоставлении с теоретическими кривыми.

  • Ю.Ф.Ельцев, К.С.Перваков, В.А.Власенко, С.Ю.Гаврилкин, Е.П.Хлыбов, В.М.Пудалов, УФН 184(8) 897(2014)
  • V. A. Vlasenko, K. S. Pervakov, S. Yu. Gavrilkina, Yu. F. Eltsev Physics Procedia,  67   (2015 )   952  –  957

Исследована природа магнитосопротивления двумерной системы электронов в магнитном поле, параллельном ее плоскости. Установлено, что Зеемановские эффекты в квантовой поправке за счет электрон-электронного взаимодействия вносят вклад  не более 10%  в наблюдаемое магнитосопротивление. Этот результат требует ревизии многих результатов основанных на интерпретации наблюдаемого магнитосопротивления как Зеемановского эффекта  в квантовых поправках. (Кунцевич и др, Phys. Rev. B 2013).


Методом микроконтактной спектроскопии андреевского отражения впервые проведены измерения щелей в спектре железосодержащих высокотемпературных сверхпроводников (LiFeSe, GdFeAsO(F), CeFeAsO(F), FeSe), выявлено наличие, как минимум, двух щелей в спектре и измерены их температурные зависимости. (статьи в ЖЭТФ, Письма в ЖЭТФ, JSNM, EPL).


Впервые в России синтезированы монокристаллы новых сверхпроводящих соединений на основе железа BaFe2-xNixAs2. Показано, что критическая плотность тока этих кристаллов при температуре 4.2К в магнитном поле 10Т превышает 106 А/см2, что превышает плотности тока в купратных ВТСП материалах и не уступает параметрам лучших зарубежных аналогов для FeAs-материалов. Совместно с ИФВД РАН впервые в России методом гидроэкструзии изготовлены короткие образцы проводов на основе FeSe в стальной оболочке. (статья в J. of Applied Supercon.)


В термодинамических измерениях спиновой намагниченности двумерной электронной системы в кремнии обнаружено спонтанное возникновение спин-поляризованных мезоскопических “капель” в режиме низкой плотности электронов. Спиновая магнитная восприимчивость электронной системы резко возрастает при понижении температуры, указывая на ферромагнитный тип спинового упорядочения в каплях. Несмотря на то, что капли “тают” с повышением температуры и электронной плотности, они наблюдаются и в металлическом состоянии двумерной электронной жидкости при плотностях много больше критического значения перехода металл-изолятор.  (Phys. Rev. Lett. 2012)


Из измерений, проведенных методом микроконтактной андреевской спектроскопии и измерений спектров инфракрасного отражения доказан многозонный  характер сверхпроводимости в высокотемпературных сверхпроводниках на основе FeAs типов «11», «122» и «1111». Измерены значения щелей в спектре возбуждений в сверхпроводниках и получены данные в пользу  симметрии параметра порядка s-типа

  • Шаныгина и др., Письма в ЖЭТФ 93(2), 95 (2011)
  • ЖЭТФ, 140, 527 (2011)
  • Алещенко и др. Письма в ЖЭТФ 94(9), 779 (2011)

Совместно с ИФВД РАН синтезированы два новых высокотемпературных сверхпроводника на основе арсенида железа: GdFeAsO ( F ) и EuO1-х Fx FeAs. Первое соединение обладает критической температурой 53К  [1]  и чрезвычайно высоким значением критического магнитного поля (более 130Т). Второе соединение имеет критическую температуру 11K [2]. Исследования ВТСП  материалов на основе FeAs актуальны для фундаментальной физики ввиду не встречавшейся ранее в природе знакопеременной симметрии параметра порядка  s +-. Новый ВТСП материал перспективен также для техники и технологии сильных магнитных полей.  Материал получен методом твердофазного синтеза при высокой температуре (1350С) и высоком давлении (5ГПа), с использованием комплекса ростовых установок ЦКП ФИАН и охарактеризован с использованием комплекса аналитического и измерительного оборудования ЦКП (фазовый рентгеновский анализ, локальный элементный анализ методом EDX , измерение теплоемкости, магнитной востриимчивости, проводимости , зависимости критической температуры от давления).

  1. E.P. Khlybov, O.E. Omelyanovsky, A. Zaleski, A. Sadakov, D.R. Gizatulin, L.F. Kulikova, I.E. Kostyleva, V.M. Pudalov, Письма в ЖЭТФ   90 (5), 429 (2009).
  2. V.M. Dmitriev, I.E. Kostyleva, E.P. Khlybov, A.J. Zaleski, A.V. Terekhov, L.F. Rybaltchenko, E.V. Khristenko, L.A. Ishchenko, O. E. Omel ‘ yanovskiy, and A. V. Sadakov, Superconducting and magnetic properties of a new EuAsFeO 0.85 F 0.15 superconductor, Fizika Nizkikh Temperatur, 2009, v. 35, No . 7, p . 659–662

Совместно с физическим факультетом МГУ впервые проведены измерения энергетического спектра электронов в сверхпроводящем состоянии в GdFeAsO ( F ), выявлено наличие двухщелевой сверхпроводимости и измерены величины двух энергетических щелей. Измерения спектра проведены методом спектроскопии андреевского отраженияв микроконтакте S — N — S полученном на микросколе. Полученные данные [1] свидетельствуют о двухщелевой сверхпроводимости. Значения двух щелей составляют ΔL =(10.5 ± 2) мэВ и ΔS =(2.3 ± 0.4) мэВ. Оценка отношения 2 ΔL / kT c = 4.8 (для T c =53 K ) превышает стандартное значение 3.52 в теории БКШ для однощелевого сверхпроводника в пределе слабой связи, тогда как для малой щели отношение 2 ΔS / kT c  = 1.1 меньше стандартного БКШ значения.

  • T.E. Shanygina, Ya.G. Ponomarev, S.A. Kuzmichev, M.G. Mikheev, S.N. Tchesnokov, O.E. Omel’yanovskii, A.V. Sadakov, Yu.F. Eltsev, A.S. Dormidontov, V.M. Pudalov, A.S. Usol’tsev, E.P. Khlybov, Письма в ЖЭТФ, 93(2), 95 (2011).

Впервые проведены измерения зависимости химического потенциала двумерной системы электронов от магнитного поля δ μ ( B ) / δ B в Si -структуре МДП в режиме слабых магнитных полей (меньших температуры). Малое количество электронов ( n ~109 ) не позволяет измерить эта величину традиционными методами – ЭПР или СКВИД магнитометрии. Обнаружено, что при низких температурах  δ μ / δ B нелинейно зависит от поля уже в самых слабых полях, меньших ожидаемых характерных масштабов. Этот результат указывает на существование локализованных электронов в металлическом состоянии двумерной системы, стимулируя развитие теории низкоразмерных электронных систем.

  • M. Reznikov, A. Yu. Kuntsevich, N. Teneh, V. M. Pudalov, Thermodynamic magnetization of two-dimensional electron gas measured over wide range of densities, Письма в ЖЭТФ , 92(7), 518-522 (2010)

На монокристаллах (TMTSF)2X (X=PF6, AsF6) проведены измерения сигнала ЯМР на 77 Se. В обоих соединениях происходит расщепление линии ЯМР сигнала при переходе в состояние волны спиновой плотности (SDW). Оно объясняется периодической модуляцией внутреннего поля на позициях ядер 77 Se, имеющей тот же несоизмеримый волновой вектор, что и спиновый порядок. В точке T x , где происходит излом температурной зависимости времени спин-решеточной релаксации, не обнаружено изменения формы линии ЯМР-сигнала. Это говорит о том, что аномалия не связана с заметными изменениями статического внутреннего поля  на позициях ядер Se.

  • T. Mito, K. Nishiyama, T. Koyama, K. Ueda, T. Kohara, K. Takeuchi, H. Akutsu, J. Yamada, A. Kornilov, V.M. Pudalov, J.S. Qualls,  7 Se NMR study of nonmagnetic–magnetic transition in (TMTSF)2 X, Physica C (2010).

Изучен транспорт заряда в высококачественных кристаллах  Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O 10+ x при температурах ниже Tc . В магнитных полях  B || c данные хорошо описываются моделью “вихревого стекла”. Из проведенного анализа уточнено положение границы плавления для кристалла Bi -2223. Плотность критического тока J c для кристаллов Bi -2223 близка к значениям J c для Bi -2223 лент, что указывает на роль собственных пиннинговых свойств Bi -2223 как фактора принципиально ограничивающего J c в Bi -2223 проводниках.

  • Yu.F.Eltsev, S.Lee, K.Nakao, S. Tajima, Vortex glass scaling in Pb-doped Bi-2223 single crystal, Письма в ЖЭТФ ,  90, 584 (2009)
  • Yuri Eltsev, Sergey Lee, Koichi Nakao, and Setsuko Tajima, The electrical transport properties of high quality Bi-2223 crystal, Supercond. Sci. Technol. 23 (2010) 055007.

Проведены измерения скачка электронной теплоемкости при сверхпроводящем переходе в высокотемпературном сверхпроводнике YBa2 Cu3 O6+ d в зависимости от допирования. На основании полученных результатов сделан вывод о перколяционном характере перехода от фазы с оптимальным допированием (т.е. с максимальной температурой сверхпроводящего перехода Тс ) к недодопированной фазе (с низкими Тс ). Согласно предлагаемой модели «недодопированный» сверхпроводник представляет собой гетерофазную структуру, в которой сверхпроводниковые нанокластеры погруженны в изолирующую матрицу. Понижение Tc в этой фазе связывается с особого рода флуктуациями, влияние которых возрастает с уменьшением размера кластера.

  • С.Ю. Гаврилкин, О.М. Иваненко, В.П. Мартовицкий, К.В. Мицен, А.Ю. Цветков. О перколяционной природе перехода от 60 К- к 90 К-фазе в YBa2 Cu3 O6+ d , ЖЭТФ , т.137, с.895-900, 2010.

Исследованы зависимость критического тока в сверхпроводящих слоистых структурах от магнитного поля и его направления относительно транспортного тока. Обнаружено, что суперпозиция внешнего магнитного поля и собственного поля транспортного тока в неоднородных многослойных структурах приводит к немонотонной зависимости величины критического тока от магнитного поля (пик эффект) и зависимости величины критического тока от направления транспортного тока в параллельном слоям магнитном поле.

  • S. Yu Gavrilkin, O. M. Ivanenko, A. N. Lykov, K. V. Mitsen, A. Yu Tsvetkov, C. Attanasio, C. Cirillo, S. L. Prischepa Asymmetry of the critical current and peak effect in superconducting multilayers. Supercond. Sci. Technol ., v.23, p. 65019 (2010).

На основе расчетов потенциального профиля и времен релаксации для предложенной нами конструкции активного элемента униполярного лазера на основе многопериодной структуры квантовых ям GaAs/AlGaAs с сильно асимметричными по высоте барьерами выполнена оптимизация параметров, обеспечивающих подавление межподзонной безызлучательной релаксации между лазерными уровнями. Исследованы спектры фотолюминесценции, возбуждения фотолюминесценции и инфракрасного поглощения структуры с многократным повторением оптимизированного активного элемента. Сопоставление результатов эксперимента с расчетами продемонстрировало хорошее согласие, что свидетельствует о работоспособности предложенного нами активного элемента униполярного лазера.

  1. Ю.А. Алещенко, В.В. Капаев, Ю.В. Копаев, Ю.Г. Садофьев, М.Л. Скориков, Многопериодная структура для фонтанного режима генерации униполярного лазера, Квантовая электроника, т.40, №8,  685-690 (2010).
  2. Yu.A. Aleshchenko, V.V. Kapaev, and Yu.V. Kopaev, Structures with variable dimensionality of electronic states for unipolar lasers, Journal of Russian Laser Research, v. 31, No. 6, pp. 533-553 (2010).

Архив достижений

Изучение механизма высокотемпературной сверхпроводимости и создания высококачественных новых ВТСП материалов

Экспериментальные исследования — ФИАН

Синтезированы практически однофазные высокотемпературные сверхпроводниковые соединения нового класса — на основе арсенидов железа GdO1-х Fx FeAs. Критическая температура Tc составляет 40 — 52К, в зависимости от соотношения O и F. По измерениям зависимости Tc от магнитного поля определено чрезвычайно высокое значение критического поля Hc2 ~130T.


Синтезировано сверхпроводящее высокотемпературное соединение EuO1-х Fx FeAs с критической температурой 11K. [Fiz. Nizkikh Temp. 35(7), 657 (2009) ]


Исследована зависимость объема сверхпроводящей (мейсснеровской) фазы Vm от уровня допирования в кристаллах YBa2 Cu3 O6+d различного состава. Установлено, что как Тс, так и Vm монотонно уменьшаются с понижением допирования ниже d=0,8, обращаясь в нуль при одном и том же значении d~0,3. Показано, что при d<0,8 кристалл YBa2 Cu3 O6+d можно рассматривать как джозефсоновскую среду, в которой объемная сверхпроводимость осуществляется за счет джозефсоновской связи между сверхпроводящими кластерами.


В монокристаллах Bi2 Sr2 CuO6+d в магнитных полях до 28Т и при температурах 30мК – 1К по угловой зависимости магнитосопротивления получено доказательство существования некогорентных сверхпроводящих пар при легированиях, когда сверхпроводящее когерентное состояние еще не реализуется.


Для ряда высокотемпературных сверхпроводников в сверхпроводящем и псевдощелевом состояниях обнаружено сжатие кристаллов при нагревании, которое подавляется магнитным полем.


Обнаружено и подробно исследовано пространственно неоднородное состояние сверхпроводящих монокристаллов Ba1-x Kx BiO3 , соответствующее чередованию диэлектрических и сверхпроводящих областей.


На основе алюминиевых джозефсоновских контактов впервые создан сначала одно кубитный, а затем и двух кубитный элементы. Реализованное «запутанное» состояние двух кубитов проявляет квантовые осцилляции. Таким образом продемострировано, что эта система может являться рабочим элементом квантового компьютера.


Разработан метод скоростной фильтрации для получения гладких эпитаксиальных пленок импульсным лазерным распылением. Создана установка для осаждения ВТСП пленок и многослойных структур на их основе с использованием инфракрасного твердотельного лазера АИГ:Nd3+ . Получены гладкие эпитаксиальные пленки YBa2 Cu3 O7-δ с критической температурой Тс >91K, а также многослойные гетероструктуры.

ИФТТ

Исследован новый органический сверхпроводник k’-(BEDT-TTF)2 Cu[N(CN)2 ]Cl (k’-Cl). Из сопоставления рентгеноструктурных и транспортных исследований установлено,что кристаллы k’-Cl с меньшим объемом элементарной ячейки и большим (7 и 1.5%) дефицитом в заполнении позиций меди имеют металлическую проводимость и являются сверхпроводниками при нормальном давлении (Tc=11.3-11.9) K [V.N. Zverev, A.I. Manakov, S.S. Khasanov, R.P. Shibaeva, N.D. Kushch, A.V. Kazakova, L.I. Buravov, E.B. Yagubskii, Phys. Rev. B 74, 104504 (2006)].


Исследована эволюция сверхпроводящих свойств монокристаллов Kx Ba1-x BiO3 по мере изменения допирования (содержания K). Оптимально допированый состав (x=0.4, Tc=31 K) имеет ряд необычных свойств, подобных купратным ВТСП: зависимость Hc (T) c положительной кривизной и линейная температурная зависимость глубины проникновения магнитного поля. Показано, что по мере увеличения допирования и понижения Tc происходит резкий переход от подобного необычного поведения к стандартной сверхпроводимости, описываемой теорией БКШ [Г.Э. Цыдынжапов, А.Ф. Шевчун, М.Р. Трунин, В.Н. Зверев, Д.В. Шовкун, Н.В. Барковский, Л.А. Клинкова, Письма в ЖЭТФ 83, 473 (2006)].


В см- диапазоне длин волн измерены температурные зависимости действительной и мнимой частей поверхностного импеданса Z(T) монокристаллов V3 Si с разным содержанием Si и разными значениями Tc. Исследована эволюция Z(T) при изменении концентрации примесей и переходе от чистого к грязному лондоновскому сверхпроводнику. Обнаруженные особенности зависимостей Z(T) не объясняются в рамках однозонной теории БКШ, но хорошо описываются двухзонной моделью сверхпроводимости, предполагающей наличие в V3 Si двух различных энергетических щелей Δ1 (0)=1.8Tc и Δ2 (0)=0.95Tc [Yu.A. Nefyodov, A.M. Shuvaev, M.R. Trunin, Europhys. Lett. 72, 638 (2005)].


В сверхпроводящем состоянии кристалла YBa2Cu3O7-x при T < Tc/2 и 0.07 < p < 0.16 впервые обнаружены следующие особенности поведения плотности ns(T,p) сверхпроводящей жидкости, пропорциональной величине σab»(T,p): (i) ns(0,p) линейно растет с увеличением p, ns(0,p)~p, (ii) наклон кривых ns(T,p) при T< p > 0.10, однако он значительно увеличивается при дальнейшем уменьшении p, (iii) этот рост наклона сопровождается сменой линейной температурной зависимости ns(T,p)~(-T) на корневую ns(T,p)~(-√T). [M.R. Trunin, Yu.A. Nefyodov, A.F. Shevchun Superfluid density in the underdoped YBa2Cu3O7-x: Evidence for d-density wave order of pseudogap, Phys. Rev. Lett. 92, 067006 (2004)]


Развит электродинамический метод извлечения всех компонент тензоров проводимости и поверхностного импеданса кристаллов ВТСП из измеряемых в микроволновом эксперименте величин. На частоте 9.4 ГГц исследованы температурные зависимости мнимых частей микроволновой проводимости σ»(T) (Tρ(T) (T>Tc) вдоль (σab » и ρab ) и поперек (σc » и ρc ) купратных ab-плоскостей кристалла YBa2 Cu3 O7-x , в котором уровень допирования кислородом x варьировался от 0.07 до 0.47.[Yu.A.Nefyodov, M.R.Trunin, A.A.Zhohov, I.G.Naumenko, G.A.Emel’chenko, D.Yu.Vodolazov, I.L.Maksimov, Phys. Rev. B 67, 144504 (2003)]

ИРЭ

В структурах s-сверхпроводник/антиферромагнитный изолятор/d- сверхпроводник Nb/Au/Ca1-x Srx CuO2 /YBaCuO обнаружено, что сверхпроводящий парный потенциал в контакте YBaCuO и

Ca1-x Srx CuO2 проникает в антиферромагнетик на расстояния, существенно большие длины когерентности, рассчитанной для ферромагнитной прослойки. Обнаружено, что критический ток перехода, изготовленного на такой границе, обладает существенно большей чувствительностью к магнитному полю чем в гетереропереходах без антиферромагнитной прослойки.


Обнаружены значительные отличия частотных зависимостей амплитуд ступенек Шапиро и критического тока тонкопленочных гибридных джозефсоновских гетеропереходов Nb/Au/YBaCuO, изготовленных на пленках металлоксидного сверхпроводника YBaCuO (с осью с отклоненной от нормали), от закономерностей, присущих джозефсоновским переходам из обычных сверхпроводников c s-симметрией параметра порядка. Обнаружены дробная ступенька Шапиро и субгармонический детекторный отклик, а также свидетельства о наличии второй гармоники в ток-фазовой зависимости сверхпроводящего тока.


Изучены кристаллографические и транспортные свойства эпитаксиальных пленок CaCuO2 , выращенных путем лазерной абляции на подложках (110)NdGaO3 , (001)SrTiO3 , (001)LaAlO3 . Обнаружена зависимость сопротивления от кристаллографического качества пленок. Показано, что в гетероструктурах YBaCuO/CaCuO2 сохраняется высокая критическая температура и малая ширина сверхпроводящего перехода, что особенно важно при создании джозефсоновских гетероструктур сверхпроводниковой электроники.

Теоретические исследования — ФИАН

Для объяснения основных физических явлений в сверхпроводящих купратах предложена и подробно исследована концепция сверхпроводящего спаривания с большим суммарным импульсом за счет только кулоновского взаимодействия


Изучение эффектов сильных межэлектронных корреляций: двумерные электронные системы

ФИАН

В двумерной сильно взаимодействующей электронной системе на поверхности Si, впервые одновременно измерены и сопоставлены с ренорм-групповой теорией температурные зависимости сопротивления (магнитосопротивления в параллельном поле) и константы межэлектронного взаимодействия. Выявлено согласие эксперимента с теорией, предсказывающей существование квантового фазового перехода металл-диэлектрик. Эти результаты кардинально изменяют сложившееся ранее представление о невозможности металлического состояния как основного в двумерных системах. [Д.А.Князев и др. Письма в ЖЭТФ 84, 780 (2006)].


Впервые проведены термодинамические измерения спиновой намагниченности 2D электронной системы. Выявлено ее усиление до 7 раз, которое нелинейно зависит от магнитного поля [Phys. Rev. B 67, 205407 (2003) ; in: “Fundamental problems of mesoscopic physics: Decoherence and Interactions”, Ed. by I. Lerner, B. Altshuler, and Y.Gefen, (Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, 2004), p.309].


Впервые проведено прямое измерение спиновой восприимчивости и параметров межэлектронного взаимодействия в двумерной системе в широком диапазоне плотностей электронов [Phys.Rev.Lett. v88, 196404, (2002)]. Обнаружен сильный рост этих параметров (до 5 раз) за счет перенормировки электрон-электронным взаимодействием [Phys. Rev. Lett. v.89, 219702, (2002); “Fundamental problems of mesoscopic physics: Decoherence and Interactions”, Ed. by I. Lerner, B. Altshuler, and Y.Gefen, (Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, 2004), p.309].


Впервые проведено сравнение экспериментальных данных по проводимости 2D электронной системы с Ферми-жидкостной теорией, без использования подгоночных параметров [Phys. Rev. Lett. v91, 126403 (2003) ].

Изучение эффектов сильных межэлектронных корреляций: трехмерные электронные системы

ИФТТ

Результаты экспериментального изучения перехода сверхпроводник-изолятор в аморфном In-O сравненены с двумя теоретическими моделями: феноменологической, исходящей из дуализма бозон-вихрь, и микроскопической, основанной на расчете сверхпроводящих флуктуаций в магнитном поле. Сравнение показывает, что по своему физическому воздействию сверхпроводящие флуктуации в однородном сверхпроводнике в грязном пределе эквивалентны сверхпроводящим гранулам в гранулированном сверхпроводнике.[V.F. Gantmakher, in: Theory of Quantum Transport in Metallic and Hybrid Nanostructures (eds.: A. Glatz et al.) pp. 83-89, Springer (2006)]


Измерены транспортные характеристики сверхпроводящих пленок Nd2–x Cex CuO4+y в температурном интервале 0.3–30 K. Микроскопическая теория квантовых поправок к проводимости в обоих каналах – куперовском и в диффузионном, качественно описывает основные результаты эксперимента, в том числе и отрицательное магнетосопротивление в сильных магнитных полях. Но в непосредственной окрестности стимулированного полем перехода сверхпроводник-изолятор теория квантовых поправок уже не применима и следует пользоваться скейлинговой моделью. Экспериментальные данные дают возможность проследить кроссовер от одного теоретического подхода к другому [V.F.Gantmakher, S.N.Ermolov, G.E.Tsydynzhapov, A.A.Zhukov, and T.I.Baturina, Письма в ЖЭТФ 77, 498 (2003)].


Проанализированы различные теоретические подходы к проблеме парных электронных корреляций в изоляторах. Проектирование этих подходов на экспериментальные данные по магнетотранспорту в аморфных пленках InO с разной концентрацией кислорода позволяет утверждать, что парные корреляции на ферми-уровне в андерсоновском изоляторе действительно существуют и что эти корреляции разрушаются магнитным полем. Это означает, что обнаружена новая разновидность андерсоновского изолятора, в котором сохраняются и играют важную роль сверхпроводящие взаимодействия. Аморфный материал InOx является идеальным для проявления этого эффекта, потому что каждая вакансия кислорода оставляет несвязанными два валентных электрона с соседних атомов индия и создает в случайном потенциале яму как раз для двух электронов. [V.F. Gantmakher, Physica C 404, 176 (2004)]

Исследование низкоразмерных электронных систем в неорганических материалах

ФИАН

Впервые измерена скорость междолинных переходов в двумерной двухдолинной системе электронов на поверхности (001) Si. Установлено, что переходы являются упругими и их скорость не зависит от температуры, а механизм переходов связан с рассеянием на поверхности раздела Si/SiO2 . A.Yu. Kuntsevich et al. Phys. Rev. B (2007), in press.

ИФТТ

Экспериментально исследована скейлинговая диаграмма потока для двумерных электронных систем в гетероструктурах GaAs/AlGaAs в режиме дробного квантового эффекта Холла. Линии потока хорошо описываются теорией, развитой одновременно для целочисленного и дробного квантовых эффектов Холла в поляризованной по спину электронной системе [S.S. Murzin, S.I. Dorozhkin, D.K. Maude, and A.G.M. Jansen Scaling flow diagram in the fractional quantum Hall regime of GaAs/AlxGa1-xAs heterostructures, Phys. Rev. B 72, 195317 (2005)].


Измерены временные флуктуации электрического тока в туннельном контакте в режиме фиксированного напряжения. Извлечены одновременно первые три момента флуктуаций числа электронов, прошедших через контакт за фиксированный интервал времени. Обнаружено, что 2-й и 3-й моменты описываются Пуассоновой статистикой, которая обусловлена дискретностью заряда электрона и в реализованном эксперименте не зависит от измерительной схемы [Yu. Bomze, G. Gershon, D. Shovkun, L.S. Levitov, and M. Reznikov Measurement of Counting Statistics of Electron Transport in a Tunnel Junction, Phys.Rev.Lett. 95, 176601 (2005)].


Обнаружено и исследовано проявление спинового расщепления в проводимости неупорядоченных слоев сильнолегированного GaAs, в которых зеемановская энергия много меньше, чем уширение уровней Ландау. Экспериментальные результаты объясняются на основе скейлинговой теории квантового эффекта Холла, если предположить, что проводимости двух спиновых подзон перенормируются независимо друг от друга [S.S. Murzin, M. Weiss, D.A. Knyazev, A.G. M. Jansen, and K. Eberl Spin-splitting in the quantum Hall effect of disordered GaAs layers with strong overlap of the spin subbands Phys. Rev. B 71, 155328 (2005)].


Рассмотрены осцилляции диагональной и Холловской проводимостей, обусловленные топологическими скейлинговыми эффектами, приводящими к квантовому эффекту Холла. Эти осцилляции отличны от осцилляций Шубникова — де Гааза. Они возникают в диапазоне магнитных полей, где отсутствуют осцилляции плотности состояний, обусловленные квантованием Ландау. Такие осцилляции наблюдаются экспериментально в толстых неупорядоченных слоях n-GaAs с трехмерным электронным спектром в квантовом пределе по магнитному полю [S.S. Murzin, A.G.M. Jansen, and I. Claus Topological oscillations of the magnetoconductance in disordered GaAs layers, Phys. Rev. Lett. 92, 016802 (2004)].

Исследование эффектов спинового упорядочения в квазиодномерных органических кристаллах

Выявлен неизвестный ранее характер фазового перехода волна спиновой плотности (антиферромагнитный изолятор) -“металл” в одномерном органическом соединении (TMTSF)2 PF6 . Обнаружено, что вблизи границы раздела сверхпроводящей, антиферромагнитной и парамагнитной фаз спонтанно возникает стационарное гетерофазное состояние с пространственным разделением различных фаз, а проводимость демонстрирует эффекты “истории” и гистерезиса. [Phys. Rev. B v69, 224404 (2004) . Письма в ЖЭТФ т78, 26 (2003)].


Обнаружены новые фазы на фазовой диаграмме одномерного органического соединения (TMTSF)2 PF6 в области квантованной магнитным полем волны спиновой плотности [Phys.Rev. B v65, 060404 (2002) ; Synthetic Metals, v133-134, 69 (2003)].


Экспериментально установлена нетривиальная природа спинового упорядочения в квазиодномерном соединении (TMTSF)2 PF6 и выяснена природа осцилляций магнитосопротивления в этой антиферромагнитной фазе изолятора [Journ. Low Temp. Phys. v142(3), (2006). Phys. Rev. B (2007), in press]

Исследование органических материалов как элементной базы нано- и микроэлектроники

Cозданы образцы органических полевых МДП-транзисторов с рекордно высокой подвижностью (~10 см2 /Вс) на основе молекулярных кристаллов рубрена. [Appl. Phys. Lett. v83, 3504 (2003); Appl. Phys. Lett. v85, 6039 (2004)].


Обнаружены индуцированные светом новые эффекты переключения в полевой транзисторной структуре на основе органического полупроводника [Appl. Phys. Lett. v85, 6039 (2004)].

Разработка новых методик и приборов для научных исследований и новых технологий

ФИАН

Разработан новый способ изготовления органических полевых МДП-транзисторов, в котором как активный слой, так и затворный диэлектрик изготовлены из органических материалов. Разработана технология нанесения при комнатной температуре полимерного диэлектрика с высокими диэлектрическими свойствами, обеспечивающая высокое качество интерфейса. [Appl. Phys. Lett. v83, 3504 (2003); Appl. Phys. Lett. v85, 6039 (2004)].


Разработан новый способ термодинамических измерений спиновой намагниченности двумерной (2D) системы электронов, основанный на электрическом детектировании изменений химического потенциала [Phys. Rev. B 67, 205407 (2003)].


Разработан новый метод исследований двумерных электронных систем — в скрещенных магнитных полях [Physica E 12, 585, 2002].


Разработана методика определения фазовой диаграммы сред, передающих давление [Приборы и техника эксперимента, No6, 121, 2005г.].

ИРЭ

Предложены, изготовлены и изучены высокочувствительные детекторы электромагнитного излучения диапазона 0,2-0,9ТГц из металлооксидных сверхпроводящих тонкопленочных YBaCuO бикристаллических джозефсоновских переходов (БДП). Исследована спектральная плотность высокочастотного шума БДП и оценена величина эффективного переносимого заряда в области напряжений смещения, где наблюдается неравновесный дробовой шум.


Исследованы сверхпроводящие квантовые интерференционные фильтры (СКИФ), изготовленные на бикристаллических подложках, которые пригодны для использования в микроволновом диапазоне. Впервые проведено экспериментальное сравнение характеристик последовательного СКИФа с одиночным СКВИДом и с последовательной цепочкой СКВИДов с одинаковыми по площади сверхпроводящими петлями. Показано, что выходной шум СКИФа, измеренный с помощью охлаждаемого усилителя диапазона 1-2 ГГц, определяется крутизной вольт-потоковой характеристики структуры.