Научная сессия и заседание Учёного совета

04.12.2013

№№

Наименование направления фундаментальных исследований
(по Программе РАН на 08-12 гг)

ВАЖНЕЙШИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ 2013

П.8

Актуальные проблемы оптики и лазерной физики, в том числе: достижение предельных концентраций мощности и энергии во времени, пространстве и спектральном диапазоне; освоение новых диапазонов спектра; спектроскопия сверхвысокого разрешения и стандарты частоты; прецизионные оптические измерения; проблемы квантовой и атомной оптики; взаимодействие излучения с веществом.

Предложена новая схема пространственно многомодовой оптической квантовой памяти, основанная на нерезонансном рамановском взаимодействии слабого сигнального и сильного контрольного полей в многоатомной системе, находящейся в резонаторе. Запись и считывание слабых оптических импульсов осуществляется путём угловой модуляции волнового вектора контрольного поля. Схема обладает высокой информационной ёмкостью и может быть реализована в примесных кристаллах, активированных редкоземельны-ми ионами.

Основные исполнители:

А.А. Калачёв (КФТИ КазНЦ РАН),

Публикации:

1. A.Kalachev, O.Kocharovskaya. Multimode cavity-assisted quantum storage via continuous phase-matching control // Phys. Rev. A, V.88, P.033846 (2013)

П.6.

Актуальные проблемы физики конденсированных сред, в том числе квантовой макрофизики, мезоскопики, физики наноструктур, спинтроники, сверхпроводимости.

Разработана новая методика синтеза слоев пористого кремния с наночастицами серебра, основанная на низкоэнергетической высокодозовой имплантации ионами металла поверхности монокристаллического кремния. Ионная имплантация через маску позволяет формировать тонкослойные плазмонные дифракционные решетки и двумерные фотонные кристаллы, активными элементами которых являются островки композиционного пористого полупроводника с металлическими наночастицами. Периодическое изменение комплексного показателя преломления в дифракционных структурах обеспечивается имплантированными областями, содержащими наночастицы благородных металлов с плазмонным поглощением в комбинации с эффективной средой пористого кремния.

Лаборатория радиационной физики, КФТИ КазНЦ РАН

Лаборатория квантовой оптики и информатики, КФТИ КазНЦ РАН

Лаборатория быстропротекающих молекулярных процессов, КФТИ КазНЦ РАН

Лаборатория физики и химии поверхности, КФТИ КазНЦ РАН

Руководитель: д.ф.-м.н. Степанов А.Л.

Исполнители: Валеев В.Ф., Нуждин В.И., Осин Ю.Н., Базаров В.В., Галяутдинов М.Ф., Курбатова Н.В., Зиганшина С.А., Бухараев А.А.

Публикации:

1. Stepanov A.L., Trifonov A.A., Osin Y.N., Valeev V.F:, Nuzhdin V.I.: New way for synthesis of porous silicon using ion implantation. Optoelectronics and advanced materials – rapid communications, 7, 692-697, 2013.

2. Stepanov A.L., Trifonov A.A., Osin Y.N., Valeev V.F., Nuzhdin V.I.: Fabrication of nanoporous silicon by Ag+-ion implantation. Nanoscience and nanoengineering, 1, 134-138, 2013.

3. Степанов А.Л., Осин Ю.Н., Трифонов А.А., Валеев В.Ф., Нуждин В.И.: Новый подход к синтезу пористого кремния с наночастицами серебра методом ионной имплантации. Российские нанотехнологии, 2013, принято в печать.

4. Степанов А.Л., Осин Ю.Н., Трифонов А.А., Валеев В.Ф., Нуждин В.И.: Способ получения пористого кремния с наночастицами серебра методом ионной имплантации. V Всеросийская конференция по наноматериалам, НАНО-2013, 23-27 сентября 2013, г. Звенигород, с. 319-320.

5. Trifonov A.A., Osin Y.N., Nuzhdin V.I., Valeev V.F., Stepanov A.L.: SEM and AFM study of porous germanium and silicon with metal nanoparticles fabricated by ion implantation. International Multidisciplinary Microscopy Congress – INTERM 2013, 10-13 October 2013, Antalya, Turkey.

П.8

Впервые обнаружен значительный рост интенсивности люминесценции иона Tb³⁺ в застеклованной матрице нового мезогенного β – дикетонатного комплекса Tb(CPDK_3-7)₃phen под воздействием длительного лазерного облучения (длина волны 337,1 нм). Такая способность данного комплекса может быть использована для создания новых фотостабильных материалов оптоэлектроники с возможностью управления их люминесцентными свойствами.

Лаборатория быстропротекающих молекулярных процессов, КФТИ КазНЦ РАН

Руководитель: Лобков В.

Публикации:

1. Dmitry V. Lapaev, Viktor G. Nikiforov, Georgii M. Safiullin, Vladimir S. Lobkov, KevM.Salikhov, Andrey A. Knyazev and Yury G. Galyametdinov. Reversible Enhancement of Luminescence Properties in Tb(III) Tris(βDiketonate) Adduct by Laser UVIrradiation. J. of Luminescence (in print).

2. Лапаев Д.В., Сафиуллин Г.М., Никифоров В.Г., Лобков В.С., Салихов К.М., Молостова Е.Ю., Галяметдинов Ю.Г. Лазерное управление интенсивностьюлюминесценции β-дикетонатного комплекса тербич(III)/ Тезисы докладов на Х Международной конференции «Спектроскопия координационных соединений» 22-28 сентября 2013, Тупсе.

П.6

При исследовании с помощью магнитно-силового микроскопа перемагничивания субмикронных частиц пермаллоя в интервале температур от 300 до 650 К показано, что поле переключения частиц из состояния с однородной намагниченностью на противоположное уменьшается с 680 до 200 Э при увеличении температуры частиц до 650 К. Полученные теоретические зависимости коэрцитивной силы частиц от температуры хорошо совпали с экспериментальными. Результаты представляют интерес в связи с возможным использованием ферромагнитных частиц для сверхплотной записи бинарной информации методом термоассистируемого перемагничивания.

Лаборатория физики и химии поверхности, КФТИ КазНЦ РАН

Руководитель: д.ф.-м.н. проф. А.А. Бухараев

Ответственные исполнители: Бизяев Д.А., д.ф.-м.н. Бухараев А.А., к.ф.-м.н. Нургазизов Н.И., Ханипов Т.Ф.

Публикации

1. A.A. Bukharaev, D.A. Bizyaev, T.F. Khanipov, N.I. Nurgazizov, A.P. Chuklanov Heat assisted effects in ferromagnetic nanoparticles. Journal of Physics: Conference Series, 2013 – принята в печать.

2. Бухараев А.А. Перспективы сверхплотной записи информации на магнитных носителях, Сборник статей, Когерентная оптика и оптическая спектроскопия, Казань: Казанский. ун-т, 2013, с.48-52.

3. А.П. Чукланов, Д.А. Бизяев, Н.И. Нургазизов, Т.Ф. Ханипов, А.А. Бухараев, В.Г. Никифоров, А.Г. Шмелев, Г.М. Сафиуллин, Изучение методом магнитно-силовой микроскопии термостимулиро-ванного перемагничивания ферромагнитных наночастиц. Труды 17-го Международного симпозиума «Нанофизика и наноэлектроника 11-15 марта 2013 г. Нижний Новгород, т 1, стр. 200-201.

4. Бухараев А.А. Перспективы сверхплотной записи информации на магнитных носителях, Труды 17-го Международного симпозиума «Нанофизика и наноэлектроника 11-15 марта 2013 г. Нижний Новгород, т 1, стр. 96-97.

5. A.A. Bukharaev, N.I. Nurgazizov, D.A. Bizyaev, V.N. Lisin, A.P. Chuklanov and T.F. Khanipov, Heat assisted effects in ferromagnetic nanowires аnd nanoparticles Program and Abstract Book, International Conference on Nanoscale Magnetism (ICNM2013) September 02– 06, 2013, Istanbul, Turkey, p. 61

П.6

Впервые исследованы спин-поляризованные состояния фотовозбужденого димера из двух молекул медьпорфирина. Показано, что данная система обладает способностью формировать относительно долгоживущее возбужденное состояние, которое образуется благодаря спин-спиновому взаимодействию фотовозбужденного медьпорфирина в квартетном состоянии и невозбужденной молекулы медьпорфирина.

Лаборатория квантовой динамики.

Лаборатория спиновой физики и спиновой химии

Ответственные исполнители: В.К. Воронкова, Ю.И. Кандрашкин

Публикации

1. Yu. E. Kandrashkin, V. S. Iyudin, V. K. Voronkova, E.A. Mikhalitsyna, and V. S. Tyurin. Continuous-Wave and Time-Resolved Electron Paramagnetic Resonance Study of Dimerized Aza-Crown Copper Porphyrins. Appl. Magn.Reson. -2013, V.44.-P.967-981

2. Yu. E. Kandrashkin, V. S. Iyudin, V. K. Voronkova, E. A. Mikhalitsyna, V. S. Tyurin.Continuous-Wave and Time-Resolved Electron Paramagnetic Resonance Study of Dimerized Aza-Crown Copper Porphyrins. . Book of Abstracts of the International conference “Modern development of magnetic resonance”, Kazan, 24-28 September, 2013, P.40.

П.6.

В спин-переменном комплексе железа (III) с дендримерным ветвлением второй генерации обнаружено новое явление – «магнито-ферроэлектрический кроссовер», заключающееся в одновременном, синхронном изменении спинового состояния и электрической поляризации центров Fe(III) в процессе спинового перехода. Второй яркой особенностью данного соединения является сосуществование в одном и том же материале магнитного упорядочения (4.2-50 К), магнито-электрического эффекта (50-200 К) и спин-кроссовер перехода (200-330 К).

Лаборатория молекулярной радиоспектроскопии, КФТИ КазНЦ РАН

Исполнители: д.ф.-м.н. Домрачева Н.Е., Воробьева В.Е., к.х.н. Зуева Е.М.(КНИТУ), Пятаев А.В.(КФУ), к.х.н. Груздев М.С.(ИХР РАН), к.х.н. Червонова У.В (ИХР РАН).

Публикации

1. Natalia E. Domracheva, Andrew V. Pyataev, Valerya E. Vorobeva, Ekaterina M. Zueva /Detailed EPR study of spin crossover dendrimeric iron(III) complex // J. Phys. Chem. B, 2013, Vol. 117, P. 7833-7842.

2. M. S. Gruzdev, N. E. Domracheva, U. V. Chervonova, A. M. Kolker, A. S. Golubeva /Bis-chelate Fe(III) complex of an azomethine at the focal point of a branched ester functionalized with cyclohexylbenzoic acid // Journal of Coordination Chemistry, 2012, Vol. 65, is. 10. P. 1812-1820.

3. N. Domracheva, A. Pyataev, V. Vorobeva, E. Zueva /First example of coexistence of the magnetic ordering, presumable magnetoelectric effect and spin crossover in dendrimeric iron(III) complex // International conference “Organometallic and Coordination Chemistry: Fundamental and Applied Aspects” International Youth School-Conference on Organometallic and Coordination Chemistry, 1-7 September 2013, N. Novgorod, Russia, O11.

4. В.Е. Воробьева /Железосодержащие дендримеры и дендримерные спин-кроссовер комплексы Fe(III) с термо- и фотоуправляемыми свойствами // Конференция молодых ученых Молодежь и инновации Татарстана, Сборник материалов конференции, Казань: КФТИ КазНЦ РАН 2013, с. 35-39.

5. V.E. Vorobeva, N.E. Domracheva /Peculiarities of spin crossover magnetic behavior of dendrimeric iron(III) complex // Actual problems of magnetic resonance and its application: program lecture notes proceedings of the XVI International Youth Scientific School (edited by M.S. Tagirov, V.A. Zhikharev) Kazan: Kazan University, 2013, c. 62-66.

П.6

О возможности замедления релаксации квантовой когерентности в системе электронных спинов с помощью последовательностей СВЧ импульсов. Проявление квантового эффекта Зенона.

Лаборатория квантовой динамики КФТИ КазНЦ

Лаборатория спиновой физики и спиновой химии

Лаборатория физики перспективных материалов

Руководитель: К.М. Салихов

Исполнители: Р.Б. Зарипов, Е.Л. Вавилова, В.Е. Катаев

Публикации

1. R. Zaripov, E. Vavilova, V. Miluykov, I. Bezkishko, O. Sinyashin, K. Salikhov,V. Kataev, and B. Buechner. Boosting of electron spin coherence in binuclear Mn complexes by multiple microwave pulses Phys.Rev. B 88, 0894418 -1-8 (2013)

П.6

Предложена схема оптической квантовой памяти на фотонном эхе в резонаторе на атомах, обладающих естественным неоднородным уширением со сверхузкими однородно уширенными изохроматами. Найден новый тип симметрии в подобной квантовой памяти, показывающий возможность масштабируемой обратимой временной динамики излучения сигналов эха, обеспечивающей идеальную квантовую компрессию световых импульсов.

Лаборатория квантовой оптики и информатики Руководитель: Моисеев С.А.

Ответственные исполнители:

С.А.Моисеев

Е.С. Моисеев С.А. КФУ

Публикации:

S.A. Moiseev. Off-resonant Raman-echo quantum memory for inhomogeneously broadened atoms in a cavity. Phys.Rev.A 88, 012304 (2013).

E.S.Moiseev, and S.A.Moiseev. Scalable time reversal of Raman echo quantum memory and quantum waveform conversion of light pulse. New Journal of Physics 15, 105005 (2013).

П.8

Теоретически и экспериментально исследовано прохождение одиночных фотонов через резонансную многослойную среду. Показано, что быстрое смещение нечетных слоев такой среды на полдлины волны излучения приводит к формированию короткого импульса, интенсивность которого существенно превосходит интенсивность падающего излучения. Предложенный метод может быть использован для управления формой однофотонного волнового пакета.

Основные исполнители:

Р.Н. Шахмуратов (КФТИ КазНЦ РАН),

Публикации:

[1] Shakhmuratov R.N., Vagizov F., and Kocharovskaya O.: Single gamma-photon revival from sandwich absorbers. Phys. Rev. A 87, 013807 (12) (2013).

1. Аннотация

Предложена новая схема пространственно многомодовой оптической квантовой памяти, основанная на нерезонансном рамановском взаимодействии слабого сигнального поля (например, однофотонного волнового пакета) и сильного контрольного поля в протяжённой многоатомной системе, находящейся в резонаторе. Определены условия, при которых пространственно-временную структуру слабого оптического импульса можно записывать и воспроизводить путём угловой модуляции волнового вектора контрольного поля. Показано, что предложенная схема обладает высокой информационной ёмкостью: при типичных значениях экспериментальных параметров однократное сканирование контрольного поля позволяет записать порядка ста импульсов, каждый из которых является суперпозицией тысячи пространственных мод. Предложенную схему можно реализовать в примесных кристаллах, активированных редкоземельными ионами, которые являются наиболее перспективными носителями информации в устройствах оптической квантовой памяти. Использование нерезонансного рамановского взаимодействия избавляет от необходимости приготовления узких спектральных линий в таких материалах, а угловая модуляция контрольного поля – от необходимости управлять частотами резонансных переходов с помощью внешних электрических или магнитных полей.

2. Аннотация.

Предложена новая методика синтеза слоев пористого кремния с наночастицами серебра на поверхности монокристаллического кремния при его низкоэнергетической высокодозовой имплантации ионами благородных металлов. В результате использования данной методики и применения ионной имплантации через поверхностные маски, получены тонкопленочные дифракционные решетки и двумерные фотонные кристаллы с периодически изменяемым комплексным показателем преломления, который обеспечивается имплантированными областями, содержащими металлические наночастицы, характеризуемые плазмонным поглощением, и эффективной средой пористого кремния. Подобные структуры могут успешно применяться на практике в элементах оптической коммуникации для введения в пленочные волноводы лазерного излучения, для исследования и оптического контроля за напряжениями деформаций поверхности твердого тела методом муаровых картин, как температурный сенсор при стационарном или импульсном нагреве материалов в агрессивных средах и др.

3. Аннотация.

????????????????????????? (ЛОБКОВ)

4. Аннотация.

Усовершенствованным методом сканирующей зондовой нанолитографии на поверхности диоксида кремния получены массивы изолированных упорядоченных ферромагнитных субмикронных частиц пермаллоя заданной формы и размеров. С помощью магнитно-силового микроскопа (МСМ) исследованы процессы перемагничивания частиц в интервале температур от 300 до 650 К. Показано, что магнитное поле переключения частиц пермаллоя из состояния с однородной намагниченностью на противоположное по направлению уменьшается с 680 до 200 Э при увеличении температуры частиц до 650 К. При этом более чем в 2 раза уменьшается разброс полей переключения. Анализ экспериментальных и смоделированных МСМ изображений, отражающих структуру остаточной намагниченности в частицах, дает основание считать, что перемагничивание однородно намагниченных частиц сопровождается формированием в них промежуточного состояния с вихревой структурой. Выполнены теоретические расчеты значений коэрцитивной силы для частиц пермаллоя различного размера в интервале температур от 300 до 650 К, смоделированы петли гистерезиса таких частиц. Методом МСМ получены зависимости коэрцитивной силы частиц пермаллоя от температуры, которые достаточно хорошо совпали с расчетными. Полученные результаты представляют интерес в связи с возможным использованием ферромагнитных наночастиц для сверхплотной записи бинарной информации методом термоассистируемого перемагничивания.

5. Аннотация

Впервые методом времяразрешеного (ВР) ЭПР исследована супрамолекула, образованная двумя медьпорфиринами, изучены основные характеристики фотовозбужденных состояний спиновых систем до и после димеризации: характер и степень спиновой поляризации состояний, зависимость поляризации от времени. Форма спектра ВР ЭПР медьпорфирина практически не зависит от времени и соответствует сигналу от спин-поляризованного основного состояния мономера, сигнал от возбужденного квартетного состояния не наблюдается. Напротив, спиновая поляризация электронов димера сильно меняется со временем (см. рис.), что указывает на наличие относительно долгоживущего возбужденного состояния, сформированного за счет взаимодействия фотовозбужденной молекулы медьпорфирина в квартетном состоянии с невозбужденной молекулой медьпорфирина в димере. Моделирование временной зависимости спектров ВР ЭПР как суммы спектров от основного состояния системы и возбужденного состояния, образованного за счет взаимодействия фотовозбужденного квартета одного мономера с дублетом другого мономера, показало, что поляризация возбужденного состояния создается на более поздних временах, чем поляризация основного состояния.

6. Аннотация

Необычное магнитное поведение первого дендримерного комплекса Fe(III) с основной формулой [Fe(L)₂]⁺Cl^-×H₂O, созданного на основе разветвленного основания Шиффа, изучено методом ЭПР и Мессбауэровской спектроскопии. ЭПР показал, что комплекс состоит из трех типов магнитных центров железа: одного S = 1/2 низкоспинового (НС) и двух S = 5/2 высокоспиновых центров с сильно (ВС₁) и слабо-искаженными (ВС₂) октаэдрическими кристаллическими полями. Анализ поведения интегральной интенсивности линий спектра ЭПР от температуры позволил установить, что дендримерный комплекс Fe(III) имеет различное поведение в трех температурных интервалах (рис. 1а). Первый (4.2-50 К) интервал соответствует антиферромагнитным обменным взаимодействиям между НС-НС, ВС-НС и ВС-ВС центрами. Появление магнитоэлектрического эффекта регистрируется во втором (50-200 К) интервале, в то время как спин-кроссовер переход между ВС₂ Û НС центрами наблюдается в третьем (200-330 К) температурном интервале. Исследование динамики изменения числа ВС₂ центров относительно НС центров (рис. 1б) показало, что в системе реализуется спин-кроссовер переход с плавным изменением спиновых состояний. Анализ поведения магнитных параметров ВС₂ центров в процессе спинового перехода (большое отклонение величины g – фактора от чисто спинового значения и монотонный рост величин g- и D-тензоров в ходе спинового перехода) позволил сделать вывод, что в дендримерном комплексе Fe(III) наблюдается новое явление: «магнито-ферроэлектрический кроссовер», заключающееся в одновременном изменении спинового состояния и электрической поляризации центров Fe(III). Сосуществование магнитного упорядочения, магнитоэлектрического эффекта и спин-кроссовер перехода в одном и том же материале наблюдалось впервые. Результаты Мессбауэровской спектроскопии подтвердили наличие антиферромагнитных обменных взаимодействий при низкой температуре и существование спинового перехода с Т_1/2=312 К.

7. Аннотация

Теоретически показана возможность проявления в импульсных экспериментах электронного парамагнитного резонанса известного в квантовой информатике парадокса Зенона. Проявление эффекта Зенона в экспериментах с использованием импульсной последовательности Кара-Парселла экспериментально наблюдено для системы электронных спинов при исследовании времени релаксации квантовой когерентности электронных спинов молекулярных комплексов, содержащих парамагнитные ионы марганца. Показано, что последовательность СВЧ импульсов существенно замедляет потерю квантовой когерентности электронных спинов, связанную со спектральной диффузией, которая вызвана сверхтонким взаимодействием электронов с магнитными ядрами.

В квантовых вычислениях главную роль играет квантовая когерентность кубитов. Для электронных спинов в качестве кубитов релаксация когерентности происходит благодаря действию нескольких механизмов. В твердых телах спин-спиновое взаимодействие между парамагнитными центрами приводит к потере спиновой когерентности. Эффект этого механизма можно уменьшить, понижая концентрацию парамагнитных центров. Спин-решеточное взаимодействие также приводит к потере спиновой когерентности. Влияние этого механизма релаксации можно уменьшить, понижая температуру. Есть еще механизм релаксации за счет сверхтонкого взаимодействия электронов с магнитными ядрами.

В этой работе показано, что релаксацией электронной спиновой когерентности, связанной со сверхтонким взаимодействием, можно управлять с помощью последовательности СВЧ импульсов. Мы рассмотрели последовательность импульсов, которая применяется в Карр-Парселл экспериментах[1]. Было показано теоретически и экспериментально, что процесс фазовой релаксации замедляется с увеличением числа π-импульсов в карр-парселловской последовательности. Мы считаем, что в экспериментах с карр-парселловским протоколом замедление расфазировки электронных спинов из-за спектральной диффузии является проявлением квантового эффекта Зенона. Квантовый эффект Зенона может проявляться и в других протоколах с применением последовательностей импульсов микроволнового поля для реализации квантовых логических операций.

8. Аннотация

Предложена схема оптической квантовой памяти на фотонном эхе в резонаторе на атомах, обладающих естественным неоднородным уширением. Схема позволяет использовать атомные ансамбли с низкой оптической плотностью и сверхузкими однородно уширенными изохроматами резонансного перехода, а также обеспечивает надежный когерентный контроль, необходимый для надежной практической реализации. Обнаружено, что использование рамановских переходов в квантовой памяти на фотонном эхе обладает обобщенной симметрией во временном обращении динамики атомов и света при излучении сигнала эха. Показано, каким образом данная симметрия может быть использована для эффективной квантовой компрессии и изменения длины волны световых импульсов.

9. Аннотация

Новизна развитого подхода заключается в анализе формирования материальной когерентности в резонансной среде вдоль направления распространения однофотонного излучения. Показано, что в результате многократного когерентного рассеяния на резонансных частицах среды естественным образом возникают области когерентности с одинаковой фазой, которая изменяется на 180 градусов при переходе от области к области. Такой характер распределения фаз приводит к формированию субизлучательного состояния в среде. Нами найдены размеры областей и предложено создать композитный образец, в каждом элементе которого создается когерентность с единой фазой. Показано, что быстрое смещение нечетных слоев композитного образца на полдлины волны излучения приводит к формированию сверхизлучательного состояния во всем композитном образце, в результате чего возникает мощная вспышка излучения короткой длительности. Предложенная схема экспериментально продемонстрирована на двухслойном образце с использованием одиночных гамма-квантов. Эта схема может быть использована в качестве квантовой памяти для записи и считывания одиночных фотонов в композитных резонансных средах.

Возврат к списку