Аннотация результатов, полученных в 2016 году
Разработан и изготовлен стенд магнитно-резонансного микроскопа на базе зондового комплекса «Solver HV» (компания «НТ-МДТ»). Данный стенд представляет собой вакуумный магнитно-силовой микроскоп с микроволновой накачкой рабочего промежутка зонд-образец. Для комплектации стенда приобретены СВЧ генератор SPS20 (фирма «Спектран») и многоканальный контроллер зондового микроскопа BLU 322NTF/M (компания «НТ-МДТ»). Разработаны программы автоматизации регистрации МРСМ спектров и пространственных распределений амплитуды колебаний намагниченности. Отработаны методики регистрации спектров и пространственных распределений МРСМ контраста на тестовых массивах микрополосок пермаллоя в виде «бумерангов» (две полоски размерами 2000×500×30 нм, расположенные под углом друг к другу) и в виде «шестилепестковых ромашек» из микрополосок размерами 1000×200×20 нм. Разработан программный пакет для моделирования вынужденных колебаний намагниченности ферромагнитных образцов на основе численного решения уравнения Ландау-Лифшица-Гильберта для намагниченности с использованием стандартного пакета Object Oriented Micromagnetic Framework (NIST, USA). Данный пакет позволяет рассчитывать спектры колебаний и пространственные распределения амплитуды колебаний всех компонент намагниченности. Проведено моделирование вынужденных СВЧ колебаний намагниченности в системе двух взаимодействующих микрополосок, расположенных под углом друг к другу. Исследовано влияние магнитостатического и обменного взаимодействий на спектр и пространственный модовый состав спин-волновых резонансов. Исследован ФМР в структурах CoPt /Pt/Co и NiFe/ Ni65Cu35/CoFe. Показана возможность изготовления на их основе паттернированных наноструктур с неколлинеарной намагниченностью и температурно-чувствительным спектром СВЧ поглощения. Экспериментально исследованы периодические наноструктуры на основе локально модифицированных (изменение константы анизотропии под действием пучка ионов He) многослойных пленок CoPt с перпендикулярной анизотропией. Показано, что в таких структурах реализуются скирмионные состояния намагниченности. Методом микромагнитного моделирования исследованы спин-волновые резонансы в пленках CoPt с цилиндрическими областями измененной константы анизотропии. Показано, что переходы между квазиоднородными и скирмионными состояниями, а также между вихревыми состояниями с различной ориентацией кора вихря приводят к существенной перестройке спектра и смене мод колебаний. Опубликовано 3 статьи, подготовлено и направлено в журналы 2 статьи. Разработан специальный сайт, посвященный проекту РНФ 16-12-10254 «Магнитно-резонансная силовая микроскопия ферромагнитных наноструктур», на котором отражаются все актуальные результаты, связанные с выполнением данного проекта: http://mrfm.ipmras.ru/. Написано учебное пособие «Магнитно-резонансная силовая микроскопия ферромагнитных наноструктур» (автор В.Л.Миронов) для студентов Нижегородского государственного университета. Материалы данного пособия были использованы в образовательном процессе в рамках курса «Основы сканирующей зондовой микроскопии» осеннего семестра 2016 г., прочитанного на межфакультетской базовой кафедре ННГУ им. Н. И. Лобачевского. Пособие находится в свободном доступе на сайте: http://mrfm.ipmras.ru/references.html.

Аннотация результатов, полученных в 2017 году
Разработан и изготовлен новый стенд магнитно-резонансного силового микроскопа на базе зондового комплекса «Solver HV». В данном стенде использован более мощный электромагнит, создающий продольное поле величиной до 3,5 кЭ. Микроволновая накачка рабочего промежутка зонд-образец осуществляется с помощью закороченной копланарной микрополосковой линии. Разработаны программы автоматизации регистрации МРСМ спектров (зависимости амплитуды и фазы колебаний кантилевера от частоты накачки или от внешнего магнитного поля) и пространственных распределений амплитуды колебаний намагниченности. Доработан программный пакет для моделирования вынужденных колебаний намагниченности ферромагнитных образцов на основе численного решения уравнения Ландау-Лифшица-Гильберта. Модифицированный вариант программы позволяет дополнительно рассчитывать МРСМ спектры колебаний намагниченности образцов и моделировать МРСМ изображения резонансных мод исследуемых объектов. Проведены экспериментальные МРСМ исследования ферромагнитного резонанса массива планарных микрополосок пермаллоя (NiFe) размерами 3000 × 500 × 30 нм, упорядоченных на прямоугольной решетке с периодом 6 мкм в направлении длинной оси полосок и 3.5 мкм в направлении короткой оси полосок. Исследованы спектры МРСМ в зависимости от расстояния зонд образец. Проведен детальный анализ резонансов. Кроме измерения спектров были сняты МРСМ изображения участка массива микрополосок. Полученные изображения продемонстрировали субмикронное разрешение при регистрации пространственных распределений МРСМ отклика, соответствующих резонансным модам колебаний намагниченности образца. Проведены МРСМ исследования колебаний намагниченности в V-образной нанопроволоке из пермаллоя с латеральными размерами 3000×600 нм и толщиной 30 нм. Зарегистрированы спектры и пространственные распределения амплитуды колебеаний намагниченности. Обнаружен локализованный резонанс, обусловленный колебаниями единичной 60-градусной доменной стенки . Исследованы особенности ферромагнитного резонанса в многослойных, обменно-связанных тонкопленочных структурах NiFe/Ni65Cu35/CoFe, Показана возможность изготовления на их основе паттернированных многослойных наноструктур с температурно-чувствительным спектром ФМР. Методом микромагнитного моделирования были исследованы вынужденные СВЧ колебания намагниченности широкого круга планарных ферромагнитных наноструктур, таких как пространственно модифицированные пленки CoPt; крестообразные частицы пермаллоя; ферромагнитные нанодиски эллиптической формы. Было показано, что в таких системах реализуются различные локализованные квазиравновесные состояния намагниченности. Изучены спектры вынужденных колебаний намагниченности таких объектов и модовый состав резонансных колебаний. Методами трехмерного микромагнитного моделирования проведены исследования эффектов влияния сильного поля магнитного зонда на ФМР спектры микрополосок из NiFe и CoPt с плоскостной и перпендикулярной анизотропией соответственно. Рассчитаны и проанализированы спектры и модовый состав резонансных колебаний микрополосок в условиях сильного возмущения намагниченности полем зонда. Показано, что перемагничивающее поле зонда приводит к формированию локализованных мод колебаний намагниченности, дающих дополнительные пики в спектре ФМР. Опубликовано 6 статей, подготовлена и направлена в журнал 1 статья. Сделано 12 докладов на международных конференциях. Разработана англоязычная версия специального сайта, посвященного проекту РНФ 16-12-10254 «Магнитно-резонансная силовая микроскопия ферромагнитных наноструктур». На данном сетевом ресурсе отражаются все актуальные результаты, связанные с выполнением данного проекта: http://mrfm.ipmras.ru/.

Аннотация результатов, полученных в 2018 году
Основные результаты этапа 2018 года можно сформулировать следующим образом: 1. Разработан и изготовлен второй вариант экспериментального стенда магнитно-резонансного силового микроскопа на основе более мощного магнита, расположенного вне вакуумного объема, что позволяет создавать большие поля на рабочем промежутке микроскопа и устранить термодрейф зонда относительно образца. 2. Разработана компьютерная программа по расчету МРСМ отклика от модельных распределений намагниченности. Данная программа позволяет рассчитывать частотные и полевые зависимости МРСМ отклика, а также рассчитывать МРСМ изображения модельных объектов на резонансных частотах, что позволяет проводить анализ модового состава колебаний намагниченности в сравнении с экспериментальными данными. 3. Проведены экспериментальные МРСМ исследования ферромагнитного резонанса в массивах планарных микрополосок NiFe, упорядоченных на прямоугольных решетках с различной плотностью. В случае разреженного массива проведены МРСМ исследования одиночных микрополосок, расположенных непосредственно под зондом, для двух ориентаций образца относительно внешнего подмагничивающего поля и при различных положениях зонда относительно микрополоски. В случае плотного массива идентифицированы резонансы, обусловленные как микрополосками, расположенными непосредственно под зондом, так и ближайшими соседними микрополосками в массиве. Для всех исследуемых конфигураций зонд-образец проведено микромагнитное моделирование МРСМ спектров и распределений амплитуды колебаний намагниченности на резонансных частотах. Получено хорошее согласие между экспериментальными и модельными спектрами. Это позволяет проводить анализ мод колебаний намагниченности, дающих вклад в спин-волновые резонансы образца. 4. Проведены МРСМ исследования ферромагнитного резонанса одиночной запиннингованной доменной стенки в V-образной нанопроволоке NiFe. В экспериментальном МРСМ спектре нанопроволоки наблюдается интенсивный пик на частоте 1.6 ГГц, что совпадает с результатами микромагнитного моделирования локализованной моды колебаний намагниченности в области 60-градусной доменной стенки. На МРСМ изображении образца, полученного посредством сканирования над поверхностью при накачке на резонансной частоте, отчетливо видно, что максимум в распределении амплитуды колебаний кантилевера расположен непосредственно над областью доменной стенки. Микромагнитное моделирование распределения МРСМ отклика показало хорошее совпадение с экспериментальным МРСМ изображением. 5. Проведены экспериментальные МРСМ исследования ферромагнитного резонанса в пленках CoPt с перпендикулярной анизотропией. Показано, что МРСМ спектры существенно зависят от взаимной ориентации магнитного момента зонда и намагниченности пленки. В случае, когда они сонаправлены и совпадают по направлению с внешним полем, удается регистрировать резонанс непосредственно материала пленки (при больших расстояниях зонд-образец), а также наблюдать дополнительный резонанс, связанный с областью, возмущаемой полем зонда, при приближении зонда к образцу. В случае, когда магнитный момент зонда направлен противоположно по отношению к намагниченности пленки при приближении зонда к образцу в МРСМ спектрах наблюдаются сложные трансформации, вызванные возмущением намагниченности и эффектами частичного перемагничивания области пленки непосредственно под зондом. 6. Методом микромагнитного моделирования были исследованы спин-волновые резонансы в пленках CoPt, локально модифицированных фокусированным пучком He+. Было показано, что в цилиндрических областях с измененной константой анизотропии реализуются различные локализованные состояния намагниченности (скирмионные состояния и магнитные вихри). Для каждого из состояний рассчитаны спектры и пространственные распределения колебаний всех компонент намагниченности. Разработан и изготовлен образец (на тонкой стеклянной подложке), содержащий набор массивов модифицированных областей в CoPt, для проведения экспериментальных МРСМ исследований таких структур. 7. Проведено микромагнитное моделирование спин-волновых резонансов в планарных ферромагнитных элементах крестообразной формы. Показано, что в данной системе возможна реализация четырех различных состояний намагниченности. Два из них – это квазиоднородные состояния, в которых намагниченность направлена преимущественно либо вдоль одного из плеч креста, либо вдоль биссектрисы угла между соседними плечами. Другие два состояния – это так называемые «антивихрь» (намагниченность направлена внутрь в двух противоположных плечах и наружу в двух других) и «магнитный монополь» (намагниченность во всех плечах креста направлена к центру частицы). Рассчитаны спектры и пространственные распределения амплитуды колебаний намагниченности во всех возможных квазиравновесных состояниях. С точки зрения возможных МРСМ экспериментов вызывают интерес интенсивные низкочастотные пики, связанные с колебаниями кора распределения намагниченности в антивихревом состоянии и в состоянии «магнитного монополя». 8. Проведены МРСМ исследования ферромагнитного резонанса в гофрированных пленках пермаллоя, выращенных на поверхности коллоидного кристалла, состоящего из сфер полиметилметакрилата, упорядоченных в гексагональную решетку. В МРСМ изображениях образца на резонансной частоте наблюдаются характерные полосы с повышенной амплитудой ФМР, однозначно связанные с топологией пленки и обусловленные распространением спиновых волн вдоль границ полусфер NiFe, что находится в хорошем соответствии с результатами микромагнитного моделирования. 9. Проведено микромагнитное моделирование ферромагнитного резонанса в многослойных круглых нанодисках, состоящих из трех слоев ферромагнетика, разделенных немагнитной прослойкой. В численном эксперименте моделировалась система, находящаяся в геликоидальном состоянии, в котором магнитные моменты соседних дисков направлены под углами 120 градусов друг к другу. В спектре колебаний намагниченности такой структуры наблюдаются 4 резонансных пика, соответствующих неоднородным коллективным колебаниям намагниченности в данной системе. 10. В 2018 году опубликовано 7 статей в высокорейтинговых журналах. Было сделано 16 докладов на 5 международных и российских конференциях.