Лаборатории » Лаборатория физики поверхности микроэлектронных структур

Основные направления исследований

Основные научные результаты

Основные результаты прикладных исследований

Публикации за 2020—2021 гг.

 

Чуев Михаил АлександровичРуководитель лаборатории  – д.ф.-м.н. Чуев Михаил Александрович

+7 (499) 129-68-10

chuev@ftian.ru

Основные направления исследований

Комплексная диагностика современных наноструктурированных магнитных материалов, включая системы однодоменных наночастиц и нанопроволоки, с применением ядерно-резонансных и синхротронных методов, а также рентгеновской дифракции, рефлектометрии и магнитных измерений и  использование этих методик для контроля технологий синтеза магнитных наноструктур для их применений в микроэлектронике, компьютерной технике, биологии и медицине.

Основные научные результаты

Разработан целый ряд моделей магнитной динамики однодоменных частиц разной степени сложности и открыты новые физические эффекты, которые уже сейчас кардинальным образом расширяют возможности гамма-резонансной спектроскопии как метода диагностики магнитных наноматериалов. На основе кинетического уравнения Брауна разработан формализм для описания мессбауэровских спектров магнитных наноматериалов в условиях непрерывного релаксационного процесса с учетом диффузии и прецессии однородной намагниченности в поле магнитной анизотропии наночастиц. Такое обобщение релаксационной модели позволило не только включить в рассмотрение физические механизмы формирования магнитной сверхтонкой структуры, присущие системе однодоменных магнитных наночастиц, но и объяснить качественные особенности, наблюдающиеся в экспериментальных спектрах. Проведено теоретическое обоснование предсказанного нами и экспериментально обнаруженного асимптотического поведения высокотемпературной намагниченности ансамбля наночастиц в слабом магнитном поле, которое качественно отличается от «ланжевеновского» предела для идеальных суперпарамагнитных частиц и в корне меняет современный подход к трактовке измерений высокотемпературной намагниченности наночастиц.

Разработана континуальная модель магнитной динамики ансамбля антиферромагнитных и ферримагнитных наночастиц в двухподрешеточном приближении, основанная на решении уравнений движения для намагниченностей подрешеток с некомпенсированным магнитным моментом в условиях непрерывного релаксационного процесса. В рамках этой модели предложен и реализован формализм для описания специфической трансформации мессбауэровских спектров поглощения таких систем в зависимости от температуры, которая многократно наблюдалась в экспериментах. В частности, нетривиальная форма энергетического спектра возбуждений в виде четырех нормальных мод однородной прецессии, одетых «шубой» нутаций однородных намагниченностей подрешеток, позволяет дать феноменологическое объяснение макроскопических квантовых эффектов, наблюдаемых в спектрах поглощения и описанных ранее в рамках квантово-механической модели ансамбля антиферромагнитных наночастиц.

Основные результаты прикладных исследований

Разработанный формализм для описания релаксационных эффектов в системе наночастиц успешно использован для анализа кривых намагничивания и мессбауэровских спектров наноструктурированных магнитных сплавов и наночастиц в полимерных и биологических матрицах.

На основе одновременного анализа мессбауэровских спектров ансамбля исходных наночастиц  и наночастиц в жидкости в рамках разработанных теоретических моделей реализована аналитическая методика для диагностики броуновского движения наночастиц в жидкостях и их динамических свойств в модельной вязкой среде.

Проведены исследования стабильности наночастиц магнетита с разными размерами и типами покрытия, обогащенных изотопом 57Fe и внедренных в клеточные структуры, что позволяет оптимизировать требования к характеристикам наночастиц для использования в качестве нанозондов в исследованиях термодинамических характеристик цитоплазмы живых клеток.

Были продемонстрированы уникальные возможности метода двухкристальной рентгеновской дифрактометрии в анализе многослойных полупроводниковых гетероструктур со слоями нанометрового размера, включая квантовые ямы, квантовые точки и сверхрешетки.

Публикации за 2020—2021 гг.

  1. S. Lubutin, M.A. Chuev, S.S. Starchikov, K.O. Funtov and I. Yu. Starchikova. Helical spin structure in the langasite family multiferroic Ba3TaFe3Si2O14, determined by Mössbauer spectroscopy. Europhysics Letters, 2019, v. 128, 67005 (pp. 1-5). doi: 10.1209/0295-5075/128/67005.
  2. S. Lyubutin, M.A. Chuev, S.S. Starchikov, K.O. Funtov, M.V. Lyubutina. Spiral magnetic structures with various helix parameters in langasite family compounds tested by Mössbauer spectroscopy. J. Magn. Magn. Mater., 2020, v. 504, 166665 (1-5). https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2020.166665.
  3. А.Ю. Юреня, Р.Р. Габбасов, А.А. Никитин, В.М. Черепанов, М.А. Поликарпов, М.А. Чуев, М.А. Абакумов, А.Г. Мажуга, В.Я. Панченко. Синтез и in vitro исследование устойчивости к биоразложению магнитных наночастиц, предназначенных для исследования вязкоэластичных свойств цитоплазмы. Кристаллография, 2020, т. 65, №3, с. 395-401. DOI: 10.31857/S0023476120030364. [A.Yu. Yurenya, R.R. Gabbasov, A.A. Nikitin, V.M. Cherepanov, M.A. Polikarpov, M.A. Chuev, M.A. Abakumov, A.G. Majouga, and V.Ya. Panchenko. Synthesis and In Vitro Study of the Biodegradation Resistance of Magnetic Nanoparticles Designed for Studyingthe Viscoelasticity of Cytoplasm. Crystallography Reports, 2020, Vol. 65, No. 3, pp. 381–386. DOI: 10.1134/S1063774520030359.]
  4. М.А. Чуев. Mессбауэровская спектроскопия магнитных наночастиц: исторический ракурс и современное состояние. Кристаллография, 2020, т. 65, №3, с. 402-408. DOI: 10.31857/S0023476120030091. [M.A. Chuev. Mössbauer Spectroscopy of Magnetic Nanoparticles: A Historical Perspective and State of the Art. Crystallography Reports, 2020, Vol. 65, No. 3, pp. 387–392. DOI: 10.1134/S1063774520030098.]
  5. В.М. Черепанов, Р.Р. Габбасов, А.Ю. Юреня, А.А. Никитин, М.А. Поликарпов, М.А. Чуев, В.Я. Панченко. Исследование броуновского уширения мессбауэровских спектров магнитных наночастиц в составе коллоидов различной вязкости. Кристаллография, 2020, т. 65, №3, с. 414-419. DOI: 10.31857/S0023476120030078. [Cherepanov V.M., Gabbasov R.R., Yurenya A.Y., Polikarpov M.A., Panchenko V.Y., Nikitin A.A., Abakumov M.A., Chuev M.A. Study of the Brownian broadening in the Mössbauer spectra of magnetic nanoparticles in colloids with different viscosities. Crystallography Reports, 2020, Vol. 65, No. 3, pp. 398–403. DOI: 10.1134/S1063774520030074]
  6. В.М. Черепанов, В.Т. Лебедев, А.А. Сжогина, Э.В. Фомин, А.Н. Артемьев, А.Д. Беляев, Г.А. Князев, А.Ю. Юреня, М.А. Чуев. Валентность и координация железа с углеродом в структурах на основе фуллерена С60 по данным ЯГР спектроскопии и EXAFS. Кристаллография, 2020, т. 65, №3, с. 420-424. DOI: 10.31857/S002347612003008X. [Cherepanov V.M., Artemiev A.N., Belyaev A.D., Knyazev G.A., Yurenya A.Y., Lebedev V.T., Borisenkova A.A., Fomin E.V., Chuev M.A. Valence and coordination of iron with carbon in structures based on fullerene С60 according to NGR spectroscopy and EXAFS. Crystallography Reports, 2020, Vol. 65, No. 3, pp. 404–408. DOI: 10.1134/S1063774520030086]
  7. И.М. Долуденко, Д.Л. Загорский, К.В. Фролов, И.В. Перунов, M.A. Чуев, B.M. Каневский, H.C. Ерохина, С.А. Бедин. Нанопроволоки из сплавов FeNi и FeCo: синтез, структура и мёссбауэровские спектры. Физика твердого тела, 2020, т. 62, вып. 9, 1474-1481. DOI: 10.21883/FTT.2020.09.49772.04H. [I.M. Doludenko, D.L. Zagorskii, K.V. Frolov, I.V. Perunov, M.A. Chuev, V.M. Kanevskii, N.S. Erokhina, S.A. Bedin. Nanowires Made of FeNi and FeCo Alloys: Synthesis, Structure, and Mössbauer Measurements. Physics of the Solid State, 2020, Vol. 62, No. 9, pp. 1639–1646. DOI: 10.1134/S1063783420090061]
  8. М.А. Чуев, Г.В. Пруцков, Н.Н. Новикова, Э.М. Пашаев, О.В. Коновалов, Н.Д. Степина, А.В. Рогачев, С.Н. Якунин. Теоретический формализм для анализа дифракционного рассеяния рентгеновского излучения на двумерных кристаллах. Кристаллография, 2020, т. 65, №5, с. 800-807. DOI: 10.31857/S0023476120050045. [M.A. Chuev, G.V. Prutskov, N.N. Novikova, E.M. Pashaev, O.V. Konovalov, N.D. Stepina, A.V. Rogachev, S.N. Yakunin. Theoretical Approach to Analysis of X-Ray Grazing-Incidence Diffraction from 2D Crystals. Crystallography Reports, 2020, Vol. 65, No. 5, pp. 772–778. https://doi.org/10.1134/S1063774520050041]
  9. А.Ю. Юреня, А.А. Никитин, Р.Р. Габбасов, М.А. Поликарпов, В.М. Черепанов, М.А. Чуев, М.А. Абакумов, В.Я. Панченко. Исследование влияния броуновской диффузии на мессбауэровские спектры наночастиц в среде, моделирующей клеточную цитоплазму. Изв. РАН. Сер. физ., 2020, т. 84, № 11, с. 1638–1642. DOI: 10.31857/S0367676520110320. [A.Yu. Yurenya, A.A. Nikitin, R.R. Gabbasov, M.A. Polikarpov, V.M. Cherepanov, M.A. Chuev, M.A. Abakumov, V.Ya. Panchenko. Studying the Effect of Brownian Motion on the Mössbauer Spectra of Nanoparticles in a Medium Simulating Cell Cytoplasm. Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, 2020, Vol. 84, No. 11, pp. 1399–1402. DOI: 10.3103/S1062873820110295]
  10. Gabbasov, A. Yurenya, V. Cherepanov, M. Polikarpov, M. Chuev, A. Nikitin, M. Abakumov, V. Panchenko. Synthesis and Mössbauer study of anomalous magnetic behavior of Fe2O3 nanoparticle-montmorillonite nanocomposites. Hyperfine Interactions, 2020, v. 241, 9 (9 pp.). https://doi.org/10.1007/s10751-019-1677-5.
  11. Gabbasov, A. Yurenya, V. Cherepanov, M. Polikarpov, M. Chuev, A. Nikitin, M. Abakumov, V. Panchenko. Synthesis and Mössbauer study of anomalous magnetic behavior of Fe2O3 nanoparticle-montmorillonite nanocomposites. Hyperfine Interactions, 2020, v. 241, 9 (9 pp.). https://doi.org/10.1007/s10751-019-1677-5.
  12. Н.И. Снегирёв, И.С. Любутин, С.В. Ягупов, М.А. Чуев, Н.К. Чумаков, О.М. Жигалина, Д.Н. Хмеленин, М.Б. Стругацкий. РАЗМЕРНЫЕ ЭФФЕКТЫ В НАНОЧАСТИЦАХ БОРАТА ЖЕЛЕЗА FeBO3. ЖУРНАЛ НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ, 2021, том 66, No 8, с. 1114–1119. DOI: 10.31857/S0044457X21080286. [N.I. Snegirev, I.S. Lyubutin, S.V. Yagupov, M.A. Chuev, N.K. Chumakov, O.M. Zhigalina, D.N. Khmelenin, M.B. Strugatsky. Size effects in iron borate FeBO3 nanoparticles. Russian Journal of Inorganic Chemistry, 2021, Vol. 66, No. 8, pp. 1217–1222. DOI: 10.1134/S0036023621080283.]
  13. A. Nikitin, A.Yu. Yurenya, R.R. Gabbasov, V.M. Cherepanov, M.A. Polikarpov, M.A. Chuev, A.G. Majouga, V.Ya. Panchenko, and M.A. Abakumov. Effects of macromolecular crowding on nanoparticle diffusion: new insights from Mössbauer spectroscopy. J. Phys. Chem. Lett. 2021, Vol. 12, pp. 6804−6811. https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.1c01984.