Пресс-центр

Ученый совет утвердил важнейшие результаты 2025 года

1.  Дальнейшее развитие парадигмы спинового обмена и его проявления в ЭПР спектроскопии в разбавленных растворах парамагнитных частиц

Авторы: К.М. Салихов, М.М. Бакиров, Р.Б. Зарипов, И.Т. Хайрутдинов

Казанский физико-технический институт им. Е. К. Завойского, ФИЦ КазНЦ РАН

Обменное взаимодействие при бимолекулярных столкновениях парамагнитных частиц вызывает ряд процессов: декогеренцию спинов со скоростью V_ex=K_exC (C-концентрация радикалов, K_ex – константа скорости декогеренции), перенос квантовой когерентности (отдача) от партнера по столкновению (V_ex,sct = K_ex,sctC ≡q V_ex) и перенос энергии. Если эти процессы происходят с одинаковой скоростью (q=1), то спиновый обмен называют эквивалентным. Благодаря отдаче спиновой когерентности при случайных столкновениях формируются коллективные моды движения намагниченности спинов. И в эксперименте проявляются резонансные частоты возбуждения именно этих коллективных мод. В 2025 году был проведен детальный анализ проявления неэквивалентности спинового обмена в форме спектров ЭПР.

Для иллюстрации на рис.1 приведены рассчитанные резонансные частоты и их уширение, вызванные спиновым обменом для раствора радикалов с одним магнитным ядром.

Из рисунка 1 можно сделать следующие заключения:

• Коллапс спектра ЭПР наступает при условии равенства скорости отдачи квантовой когерентности начальному расщеплению двух линий в спектре ЭПР, q K_exC=а.
• В случае неэквивалентного спинового обмена эффект обменного сужения спектра может и не проявляться. На кривых справа видно, что в отличие от ситуации эквивалентного обмена (кривые слева на рис.1), в условиях коллапса спектра обе линии продолжают уширяться с ростом V_ex. В случае неэквивалентного спинового обмена в условиях коллапса спектра одна из линий уширяется с меньшим наклоном, чем другая (ср. рис.1а,1б).

Публикации:

1. К. M. Salikhov. Appl. Magn. Reson. 56, 1077–1097 (2025).
2. К.M. Salikhov. Appl. Magn. Reson. 56, 1099–1130 (2025).
3. I. T. Khairutdinov, K. M. Salikhov, M. M. Bakirov, R. B. Zaripov. Appl. Magn. Reson. 56, 1145-1153 (2025).

Исследования проводились в рамках выполнения госзадания ФИЦ КазНЦ РАН «Разработка физических основ, материалов и элементной базы квантовых оптических и спиновых технологий», руководитель А.А. Калачев, №125031903980-3.  

Приоритетные направления ПФНИ: 1.3.2.2 Структурные исследования конденсированных сред, связь структуры и свойств; 1.3.2.3. Физика магнитных явлений, магнитные материалы и структуры, спинтроника.

2. Новая структура сверхпроводящего спинового клапана с управляемым эффектом близости сверхпроводник/ферромагнетик

Авторы: А.А. Камашев¹, Н.Н. Гарифьянов¹, А.А. Валидов¹, А.С. Осин², Я.В. Фоминов², И.А. Гарифуллин<sup>1

1</sup> Казанский физико-технический институт им. Е. К. Завойского, ФИЦ Казанский научный центр РАН, 420029 Казань, Россия
² Институт теоретической физики им. Л. Д. Ландау РАН, 142432 Черноголовка, Россия

Создана и исследована новая структура сверхпроводящего спинового клапана (ССК) типа Ф1/И/C/И/Ф2 (Рис. 1). Ключевой особенностью конструкции является целенаправленная модификация границы раздела сверхпроводник/ферромагнетик (С/Ф) с помощью ультратонких диэлектрических прослоек (И), что позволяет управлять параметром прозрачности и, как следствие, эффектом близости С/Ф. Были исследованы структуры ССК Fe/Si₃N₄/Pb/Si₃N₄/Fe, где варьировалась толщина как сверхпроводящих (Pb), так и изолирующих (Si₃N₄) слоев. Проведенная оптимизация этих толщин позволила достичь полного переключения между нормальным и сверхпроводящим состояниями при изменении взаимной ориентации намагниченностей ферромагнитных слоев с антипараллельной на параллельную. Максимальная величина эффекта ССК составила 0.36 К (Рис. 2). Важнейшим достижением является то, что этот значительный эффект наблюдается в относительно малом внешнем магнитном поле величиной 1 кЭ, что выгодно отличает предложенную структуру от известных аналогов. Полученные результаты открывают возможности для разработки новых энергоэффективных спинтронных устройств.

Публикация:

A.A. Kamashev, N.N. Garif'yanov, A.A. Validov, A.S. Osin, Ya.V. Fominov, I.A. Garifullin, Superconducting spin valve effect in Fe/Si₃N₄/Pb/Si₃N₄/Fe heterostructures, Physical Review B 112, 134509, 2025, DOI: 10.1103/647c-6xj4.

1. УГТ1
2. Приоритетное направление НТР РФ: 4. Безопасность получения, хранения, передачи и обработки информации.

Исследования проводились в рамках выполнения грантов РНФ № 21-72-20153-П «Исследование особенностей сверхпроводимости, магнетизма и топологических эффектов в квантовых материалах» (рук. Ю.И. Таланов), РНФ № 25-72-10025 «Поиск и разработка оптимальных конструкций сверхпроводящего спинового клапана» (рук. А.А. Камашев) и государственного задания ФИЦ КазНЦ РАН «Физика функциональных материалов и гибридных мезоскопических структур для микроэлектроники, энергетики и информационных технологий» (рук. Л.Р. Тагиров).

ПФНИ: 1.3.2.3. Физика магнитных явлений, магнитные материалы и структуры, спинтроника; 1.3.2.5. Физика нано- и гетероструктур, мезоскопика; 1.3.2.7. Физика низких температур, квантовые кристаллы и жидкости.

3. Экспериментально доказано, что формирование локализованного триплетного состояния, индуцированного рекомбинацией зарядов, вблизи триплета с разделенными зарядами повышают эффективность наблюдения термически активированной задержанной флюоресценции (TADF) в донорно-акцепторных диадах.

Авторы: А.А. Суханов¹, А.Е. Мамбетов¹, В.К. Воронкова¹, J. Zhao<sup>2

1</sup>Казанский физико-технический институт им. Е.К. Завойского, ФИЦ КазНЦ РАН,
²Dalian University of Technology, Dalian, China

Донорно-акцепторные диады (D-A), демонстрирующие свойство TADF, считаются перспективными для применения в органических светодиодах (OLED), что требует детального понимания механизмов TADF. В 2016 году было предложено, что для реализации TADF в D-A диадах необходимо участие трех состояний: излучательное
состояние 1CS, темное состояние 3CS и локализованное на хромофоре состояние 3LE, которое необходимо для опосредования перехода из состояния 3CS в излучательное состояние 1CS. Мы первые в 2019 году наблюдали одновременно спектры от двух триплетов и инверсию поляризации электронных спинов триплета с разделенными зарядами в TADF диадах. В 2025 году методом ВРЭПР выполнено детальное исследование ряда TADF излучателей на основе новых компактных D-А диад, показано, что спектры ВРЭПР являются суммой спектров двух триплетов, вклады от которых изменяются от состава диад, увеличение вклада от локализованного триплета коррелирует с увеличением времени TADF. Впервые показана роль механизма формирования локализованного триплета на эффективность TADF. Наблюдаемая инверсия электронной спиновой поляризации состояния 3CS при длительных задержках и зависимость эффекта от температуры являются убедительным и прямым экспериментальным доказательством механизма спин-вибронной связи TADF.

Исследования проводились в рамках выполнения госзадания

Публикации:

1. K Ye,  A. Sukhanov,   Yu Pang et al.Time-resolved transient optical and electron paramagnetic resonance spectroscopic studies of electron donor–acceptor thermally activated delayed fluorescence emitters based on naphthalimide–phenothiazine dyads/ PCCP 27(2) p.813 Q1 DOI:10.1039/D4CP03629H
2. The Photophysics of Naphthalimide-Phenoselenazine Electron Donor-Acceptor Dyads: Revisiting the Heavy-Atom Effect in Thermally Activated Delayed Fluorescence. Y. Pei, A. Sukhanov, et al Chem Eur. J Volume31, Issue5, 2025 e202403542 https://doi.org/10.1002/chem.202
3. Study of the thermally-activated delayed   fluorescence (TADF) mechanism of phenothiazine dibenzothiophene-S,S-dioxide electron donor acceptor dyads using steady-state and time resolved optical and electron paramagnetic   resonance spectroscopies   Y. Pei,   L. Bussotti, X. Liu, A. A. Sukhanov et al Chem. Sci., 2025,16, 19737-19751 Q1 DOI: https://doi.org/10.1039/D5SC03644E

4.  Концептуальные сценарии (парадигма) модификации поверхности германия вследствие ее распыления и распухания при ионном облучении

Авторы: А.Л. Степанов, В.Ф. Валеев, В.И. Нуждин, А.М. Рогов, Д.А. Коновалов

Казанский физико-технический институт им. Е.К. Завойского, ФИЦ КазНЦ РАН

Предложена классификация концептуальных сценариев (парадигма) модификации поверхности Ge, сопровождающееся порообразованием, при высокодозовом ионном облучении и вызываемой конкурирующими процессами распыления и распухания материала. Предложенная парадигма ситуационного поведения (концептуальных сценариев) на примере облучаемого Ge, может быть рассмотрена и применена к широкому классу полупроводниковых материалов (GaN, GaAs, GaSb, Si и др.), также демонстрирующих порообразование на своей поверхности при ионном облучении.

Публикации:

1. A. L. Stepanov, I. A. Faizrakhmanov, V. I. Nuzhdin, V. F. Valeev, A. M. Rogov, D. A. Konovalov / Thin germanium films created by ion-assisted stimulating deposition for formation of nanoporous layers // Appl. Phys. A, 131, 647 (2054) (DOI: 10.1007/s00339-025-08773-8, Q2);
2. А. Л. Степанов, А. М. Рогов, В. Ф. Сотникова, В. Ф. Валеев, В. И. Нуждин, Д. А. Коновалов / Концептуальные сценарии модификации поверхности германия вследствие распыления и распухания при низкоэнергетическом ионном облучении // ЖТФ (2025) в печати.
3. A. L. Stepanov / Applications of nanoporous germanium layers formed by metal-ion implantation / Chapter in the Book: Dynamics at the surface: Leveraging interactions of ions and electrons with materials for nanotechnology // Apple Academic Press (2025) in press.

Исследования проводились в рамках выполнения грантов РНФ № 25-29-00022 (рук. Степанов А.Л.) и госзадания ФИЦ КазНЦ РАН «Физика функциональных материалов и гибридных мезоскопических структур для микроэлектроники, энергетики и информационных технологий», руководитель Л.Р. Тагиров, №125031903979-7.

Приоритетное направление ПФНИ: 1.3.2.6. Физика поверхности, границ раздела и других протяженных дефектов

5. Методами силовой микроскопии пьезоотклика были изучены свойства новых пьезоэлектрических материалов, полученных на основе дипептидов Phe-Leu и Leu-Phe

Авторы: А.С. Морозова¹, Е.О. Кудрявцева¹, С.А. Зиганшина¹, Н.В. Курбатова¹, М.А. Зиганшин^{2, 3}, А.А. Бухараев<sup>1, 3

1</sup> Казанский физико-технический институт им. Е.К.Завойского ФИЦ КазНЦ РАН
² Химический институт им. А.М.Бутлерова Казанского федерального университета
³ Академия наук Республики Татарстан

Короткоцепные олигопептиды являются перспективными соединениями для разработки биосовместимых органических пьезоэлектрических материалов с использованием стратегии супрамолекулярной химии. Разнообразие аминокислот, доступных человечеству, позволяет конструировать и тонко настраивать множество пьезоэлектрических материалов для различных технологий, включая биомедицину и зелёную энергетику. Однако до настоящего времени пьезоэлектрические свойства таких объектов остаются практически неизученными.

Впервые исследованы микро- и нанокристаллы дипептидов _L-фенилаланил-_L-лейцин (PheLeu) и _L-лейцил-_L-фенилаланин (LeuPhe) с помощью. атомно-силового микроскопа (АСМ), в режиме силовой микроскопии пьезоотклика Рассчитаны эффективные пьезоэлектрические коэффициенты для вертикальных и латеральных перемещений, рис. 1. Из графика зависимости вертикального/латерального пьезоотклика от прикладываемого переменного напряжения было вычислено значение эффективного пьезоэлектрического коэффициента как углового коэффициента линейного уравнения, полученного аппроксимацией зависимости: для кристалла PheLeu 71 пм/В для вертикального и -73 пм/В для латерального смещения, рис. 1а-в; для кристалла LeuPhe 89 пм/В для вертикального и -19 пм/В для латерального смещения, рис. 1г-е.

Также, предложены методы формирования аморфных плёнок и выращивания кристаллов этих дипептидов требуемого размера. Полученные данные могут быть полезны для разработки пьезоэлектрических устройств на основе дипептидных кристаллов.

Исследования проводились в рамках государственного задания ФИЦ КазНЦ РАН.

Публикация:
New piezoelectric materials based on Phe-Leu and Leu-Phe dipeptides / A. S. Morozova, E. O. Kudryavtseva, S. A. Ziganshina, N.V. Kurbatova M. A. Ziganshin, A. A. Bukharaev // Applied Materials Today. – 2025 – Vol. 42. DOI: 10.1016/j.apmt.2024.10256

Приоритетное направление ПФНИ: 1.3.2.2 Структурные исследования конденсированных сред, связь структуры и свойств