СПИСОК И АННОТАЦИИ КУРСОВ МАГИСТЕРСКОЙ ПРОГРАММЫ 'ФИЗИКА МАГНИТНЫХ ЯВЛЕНИЙ'

 

Фундаментальные физические дисциплины

1.      Современные проблемы магнетизма (проф. А.Б. Грановский)

 

Наномагнетизм

1.      Основы спинтроники (проф. А.В. Ведяев)

2.      Магнитные свойства нано- и биообъектов (проф. А.Б. Грановский)

3.      Магнитные материалы для нанотехнологий (проф. В.Н.Прудников)

4.      Методы исследования физических свойств наноструктур (доц. Н.С.Перов)

5.      Семинар 'Спиновый транспорт в наноструктурах' (снс Н.В. Рыжанова)

6.      Наногетероструктуры Ферромагнетик-сверхпроводник (асс. Н.Г.Пугач)

 

Обязательные дисциплины специализации

 

1.      Доменные структуры и процессы перемагничивания (Физика магнитных явлений, часть I). (гнс В.Е. Зубов)

2.      Сложные магнетики. Высокочастотные свойства. (Физика магнитных явлений, часть II) (гнс Е.Е. Шалыгина)

3.      Квантовая теория твердого тела (проф. Грановский А.Б.)

4.      Магнитные материалы и технологии их получения (проф. В.Н. Прудников)

5.      Экспериментальные методы в физике магнитных явлений (проф. В.Н. Прудников)

6.      Магнитооптика (гнс М.В. Четкин)

7.      Основы квантовой теории магнетизма (доц. О.А.Котельникова)

8.      Физика магнитоупорядоченных структур (доц. А.А.Радковская)

 

Дисциплины специализации по выбору студента

 

1.      Физика микромагнитных структур (гнс Е.Е. Шалыгина)

2.      Магнитооптическая спектроскопия (внс Е.А. Ганьшина)

3.      Сверхзвуковая динамика магнитных солитонов (гнс М.В. Четкин)

4.      Прикладная магнитооптика (гнс В.Е. Зубов, гнс Е.Е. Шалыгина)

5.      Метаматериалы (доц. А.А.Радковская)

6.      Экспериментальное оборудование в современной магнитной лаборатории (доц. Н.С.Перов)

7.      Физика низкоразмерных магнитных структур (гнс В.Е. Зубов)

8.      Численные методы в физике твердого тела (снс Н.В. Стрелков)

9.      Физические основы эволюции и экологии (снс С.А. Копцик)

10.  Инновация и защита интеллектуальной собственности в современной науке (снс А.Д. Кудаков)

11.  Теория групп и магнитные фазовые переходы (доц. О.А.Котельникова)

12.  Физические основы современной магнитной записи (гнс Зубов В.Е.)

 

 

 

1.     Современные проблемы магнетизма (проф. А.Б. Грановский)

Спецкурс предназначен для студентов магистров, специализирующихся в области физики конденсированного состояния вещества. В спецкурсе анализируются основные современные подходы к описанию свойств ферромагнитных металлов, полупроводников и диэлектриков и основные направления современного магнетизма. В частности, излагаются основы первопринципных подходов к описанию электронной структуры металлов и сплавов переходных металлов, основы теории и нерешенные проблемы магнитотранспорта, спинтроники и магнитофотоники, физики магнитных полупроводников, многофункциональных магнитных материалов, сверхплотной магнитной записи, физики магнитных метаматериалов и магнитофотонных кристаллов. В частности, рассматриваются достоинства и недостатки применительно к переходным металлам и сплавам методов ККР, присоединенных и ортогонализованных плоских волн, метода псевдопотенциала и метода функционала плотности, приближения средней Т-матрицы и приближения когерентного потенциала, численных методов расчета зонной структуры некристаллических магнетиков. Рассматриваются основные принципы спинтроники и магнитофотоники, подходы к усилению магнитооптических эффектов в видимой и инфракрасной области спектра, магниторефрактивный эффект в мультислоях, нанокомпозитах и манганитах, одномерные и двумерные магнитофотонные кристаллы. Анализируются перспективы продольной и перепендикулярной магнитной записи, записи с подогревом лазерным лучом (HAМR), самоорганизующихся среды и искусственно сформированные периодические наноструктуры (patterned media) для сверхплотной записи информации записи. В качестве примера многофункциональных материалов рассматриваются сплавы Гейслера с эффектом памяти формы, магнитокалорическим эффектом и высокой степенью спиновой поляризации, а также мультиферроики. Анализируется современное состояние проблемы создания магнитных метаматериалов для видимой области спектра и магнитных полупроводников с высокой температурой Кюри.

 

 

Modern problems of magnetism (Prof. AB Granovsky)

The special course designed for students of master's degrees, specializing in the field of physics of condensed matter. In the special course examines the major contemporary approaches to the description of the properties of ferromagnetic metals, semiconductors and dielectrics, and the main directions of modern magnetism. In particular, sets out the basis of ab initio approaches to the description of the electronic structure of metals and alloys of transition metals, basic theory and unsolved problems in magnetotransport, spintronics and magnetophotonics, the physics of magnetic semiconductors, multifunctional magnetic materials, super-dense magnetic recording, and the physics of magnetic metamaterials, magnetophotonic crystals. In particular, it discusses the advantages and disadvantages with respect to transition metals and alloys by KKR, and the associated orthogonalized plane wave pseudopotential method and the method of density functional approximations of the average T-matrix and coherent-potential approximation, numerical methods for calculating the band structure of non-crystalline magnets. The basic principles of spintronics and magnitofotoniki, approaches to enhance magneto-optical effects in the visible and infrared spectral region, magnetorefractive effect in multilayers, nanocomposites, and manganites, one-and two-dimensional crystals magnetophotonic. Perspectives of the longitudinal and perependikulyarnoy magnetic recording, heated by a laser beam (HAMR), self-organizing medium and artificially generated periodic nanostructures (patterned media) for superdense information recording records. As an example of multi-functional materials are considered Heusler alloys with shape memory effect, magnetocaloric effect and a high degree of spin polarization, as well as multiferroics. We analyze the current state of a magnetic metamaterial for the visible spectrum, and magnetic semiconductors with high Curie temperature.

2.     Основы спинтроники (проф. А.В. Ведяев)

Спецкурс предназначен для студентов магистров, специализирующихся в области физики конденсированного состояния вещества. В курсе изложена теория электронного и спинового транспорта в ферромагнитных металлах. Рассмотрены различные механизмы рассеяния намагниченных электронов проводимости, включая рассеяние на примесях, фононах и спиновых волнах. Выяснены физические причины возникновения спин-поляризованного зарядового и спинового токов.

Изложенная теория обобщается на случай магнитных наногетероструктур. Показано, что явление гигантского магнитосопротивления (ГМС) обусловлено квазиклассическим или квантовым размерными эффектами, то есть может наблюдаться только для систем с размерами, сравнимыми с характерными длинами свободного пробега, лежащими в диапазоне от одного до десяти нанометров.

Представлена теория туннельного магнитосопротивления (ТМС) в наноструктурах ферромагнитный металл/диэлектрик/ ферромагнитный металл. Даны основы теории крутящего спинового момента - спинового торка - в структурах с ГМС и ТМС. Рассмотрены принципиальные схемы устройств, использующих явления ГМС и ТМС, для хранения, записи и считывания информации.

 

'Basics of Spintronics' (Prof. A.V. Vedyayev)

The theory of electron and spin transport in ferromagnetic metals is discussed.The different mechanisms of scattering of spinpolarised electrons on impurities, phonons and spin waves are considered. The basic physical reasons

of creation of spinpolarised charge and spin currents are clarified.

The theory is applied for the case of magnetic hetero nanostructures. It is shown that the effect of giant magnetoresistance (GMR)is due to the classical and quantum

size effect and so may be realized only for the systems with sizes comparable with mean free paths of electrons e.g, lying in interval 1-10nm

The theory of tunnel magnetoresistance (TMR)in nanostructures: ferromagnetic metal/insulator/ferromagnetic metal is discussed. The theory of spintorque in GMR and TMR structures is presented. The main principles of constructions devices using GMR and GMR for the storage, writing and reading information are considered

 

 

3.     Магнитные свойства нано- и биообъектов (проф. А.Б. Грановский)

Спецкурс предназначен для студентов магистров, специализирующихся в области физики конденсированного состояния вещества. Магнитные свойств наночастиц при изменении их размеров : от многодоменных объектов к однодоменным, суперпарамагнитным, кластерам и молекулярным магнитам. Проблема преодоления суперпарамагнитного предела в сверхплотной магнитной записи. Магнитные свойства ансамблей наночастиц. Механизмы поверхностной и обменной анизотропии. Квазиферомагнетизм в наночастицах.

Размерная шкала биологических объектов и биокомпонент в сравнении с размерами естественных и искусственно синтезированных магнитных материалов. Магнитные и электрические свойства некоторых естественных биологических материалов, принадлежащих разным живым системам. Физические факторы окружающей среды, влияющие на жизнедеятельность организмов. Электромагнитные поля в окружении человека. Биологические эффекты электромагнитных полей. Электрокардиограмма и магнитокардиограмма - сравнительный анализ достоинств и недостатков. Биомагнетизм живых систем, использующих магнитное поле Земли для контроля жизненного цикла. Структура и функции биомембран. Биомембрана как селективный барьер. Биосовместимость. Магнетит как уникальный магнитный материал для биомедицинских приложений. Магнитные биодатчики. Классификация существующих типов магнитных биодатчиков. Магнитные маркеры. Основные требования, предъявляемые к магнитным маркерам для биодетектирования.

 

4.     Магнитные материалы для нанотехнологий (проф. В.Н.Прудников, ст.преп.М.В.Прудникова)

Спецкурс предназначен для студентов магистров, специализирующихся в области физики конденсированного состояния вещества, физики магнитных явлений и материаловедения. Цель изучения данного курса - ознакомить студентов магистров и аспирантов с фундаментальными понятиями физики магнитных материалов с ограниченной пространственной и спиновой размерностью, с современным состоянием проблем в этой отрасли, методами теоретических и экспериментальных исследований наноразмерных магнитных материалов и практическими применениями этих материалов.

В курсе приведена современная классификация материалов по размеру частиц (зерен). Приводится классификация наноматериалов и описаны основные методы их получения.

Предлагаемый курс, в предельно концентрированном виде, включает в себя большую часть принципиально важной информации о магнитном состоянии используемых в настоящее время магнитных наноматериалов. Описаны основные свойства магнитных наноматерилов для спинтроники первого и второго поколений. Важное место в курсе занимает изложение материала, посвященного основным методам диагностики, сертификации, контроля и экспериментальных исследований магнитных наноматериалов.

В курсе сделана попытка учесть как чисто научный (фундаментальный) интерес к выяснению природы магнетизма, магнитного состояния магнитных наноматериалов, так и некоторые прикладные аспекты практического применения этих материалов.

 

5.     Методы исследования физических свойств наноструктур (проф. Н.С.Перов)

Спецкурс предназначен для студентов магистров, специализирующихся в области физики конденсированного состояния вещества, физики магнитных явлений и материаловедения. В курсе рассмотрены следующие вопросы. Экспериментальные методы. Датчики, преобразователи, измерения - основные понятия и определения. Стандартные методы, стандарты и эталоны. Наноструктурированные материалы, их особенности, классификация. Нанокомпозиты, тонкие пленки. Основы технологии изготовления наноструктурированных и тонкопленочных материалов. Перспективы применения и развития новых технологий. Вопросы и проблемы микроминиитюризации изделий на основе наноструктурированных материалов. Промышленно выпускаемое оборудование для исследования наноструктур. Основные характеристики. Просвечивающая и сканирующая электронная микроскопия. Атомный туннельный микроскоп, атомный и магнитный силовой микроскопы. Оптический фазовый микроскоп. Сквид-микроскоп. Принципы работы и области использования.

 

Methods for studying the physical properties of nanostructures (Professor N.S.Perov)

The special course designed for students of master's degrees, specializing in the field of physics of condensed matter, physics of magnetic phenomena and materials. The course covers the following questions. Experimental methods. Sensors, transducers, measurement - the basic concepts and definitions. Standard methods, standards and benchmarks. Nanostructured materials, their characteristics, classification. Nanocomposites, thin films. Fundamentals and technology of nanostructured thin-film materials. Prospects for the use and development of new technologies. Issues and challenges mikrominiityurizatsii products based on nano-structured materials. Industrial equipment for the study of nanostructures. Main characteristics. Transmission and scanning electron microscopy. Atomic tunneling microscope, atomic and magnetic force microscopes. The optical phase microscope. SQUID microscope. The principles of operation and use.

 

6.     Семинар 'Спиновый транспорт в наноструктурах' (снс Н.В. Рыжанова)

Спецсеминар предназначен для студентов магистров, специализирующихся в области физики конденсированного состояния вещества. Цель семинара - закрепления навыков решения практических задач на основе теоретического материала, изложенного в магистерских курсах. Уравнение Шредингера для функции Грина тонкой пленки. Аналитические свойства и граничные условия. Параметры спектра, входящие в уравнение.

Формула Кубо-Гринвуда для вычисления удельной проводимости; использование формализма Кубо для вычисления проводимости низкоразмерных систем (тонкой пленки, многослойной структуры). Квантовый и квазиклассический размерные эффекты в проводимости низкоразмерных систем. Квантовый и квазиклассический пределы проводимости. Функции Грина двухслойной структуры, состоящей из двух металлов с разной электропроводностью. Применение формулы Кубо для вычисления плотности тока этой структуры. Основные механизмы рассеяния электронов проводимости. Диффузный и баллистический режимы проводимости. Сопротивление двухслойной металлической структуры в диффузном и баллистическом пределах и в общем случае. Понятие о Гигантском Магнетосопротивлении (ГМС). Применение задачи о вычислении проводимости двухслойной пленки к вычислению ГМС в трех режимах проводимости. Применение формализма Келдыша неравновесных функций Грина для вычисления проводимости различных структур (металлических, туннельных или гибридных) в баллистическом режиме. Понятие о Туннельном Магнитосопротивлении (ТМС) и его вычисление в трехслойной структуре наклонным потенциальным барьером с использованием формализма Келдыша и ВКБ приближения. Пределы применимости последнего. Понятие о крутящем спиновом моменте - спиновом торке. Система уравнений Шредингера для волновых функций в неколлинеарной двухслойной магнитной металлической структуре. Вычисление неравновесной намагниченности электронов проводимости, ответственной за спиновый торк. Спиновый торк в структурах с ТМС.

Seminar: "Spin transport in nanostructures" (Senior researcher Ryzhanova NV)

Special seminar is designed for students of master's degrees, specializing in the field of physics of condensed matter. The purpose of the seminar - fixing skills for solving practical problems on the basis of the theoretical material presented in the Master's courses.

The Schrodinger equation for the Green function of a thin film. Analytical properties and boundary conditions. The parameters of the spectrum included in the equation.

Kubo-Greenwood formula to calculate the conductivity, the use of the Kubo formalism to calculate the conductivity of low-dimensional systems (thin film multilayer structure). Quantum and semiclassical dimensional effects in the conductivity of low-dimensional systems. Quantum and semiclassical limits of the conductivity. Green's function of a two-layer structure consisting of two metals with different electrical conductivity. Application of the Kubo formula to calculate the current density of this structure. Basic mechanisms of scattering of conduction electrons. Diffuse and ballistic regimes of conductivity. The resistance of a two-layer metal structure in the diffusion and the ballistic limits for the general case. The concept of the Giant Magnetoresistance (GMR). Application of the problem of calculating the conductivity of a two-layer film to the calculation of the GMR in three modes of conduction. Application of the Keldysh formalism of nonequilibrium Green functions to calculate the conductivity of different structures (metallic, tunnel or hybrid) in the ballistic regime. The concept of tunneling magnetoresistance (TMS) and its computation in a three-layer structure with a tilted potential barrier Keldysh formalism and the WKB approximation. The limits of applicability of the latter. The concept of spin torque moment - spin Torquay. The system of Schrodinger equations for wave functions in the two-layer non-collinear magnetic structure of the metal. Calculation of the nonequilibrium magnetization of conduction electrons responsible for the spin Torquay. Spin Torque in a region with TMS.

7.     Наногетероструктуры Ферромагнетик-сверхпроводник (асс. Н.Г.Пугач)

Спецкурс предназначен для студентов магистров, специализирующихся в области физики конденсированного состояния вещества, физики магнитных явлений и материаловедения. Ферромагнетизм и сверхпроводимость - явления в некотором смысле антагонистические. Куперовские пары в сверхпроводнике возникают из частиц с противоположно направленными спинами, в то время как в ферромагнитном состоянии спины стремятся выстроиться параллельно. Поэтому сосуществование сверхпроводимости и ферромагнетизма, их конкуренция в наноструктурах, приводит к возникновению множества удивительных явлений.

В предлагаемом курсе 'Наногетероструктуры Ферромагнетик-Сверхпроводник' изучаются основы физики сверхпроводников, теория БКШ (Бардина-Купера-Шриффера), эффекты близости между сверхпроводником и ферромагнетиком, макроскопические квантовые явления, связанные с сосуществованием ферромагнетизма и сверхпроводимости, эффекты Джозефсона. Предусматривается применение квантовой механики и знания в области физики твердого тела.

Исследование наноструктур, содержащих сверхпроводящие и ферромагнитные слои в настоящее время это активно развивающаяся область физики низких температур. За последние 15 лет количество ученых, занятых в этой области выросло приблизительно в 100 раз, соответственно растет и количество публикаций по данной теме. Такой интерес связан с уникальными возможностями использования этих наноструктур в низкотемпературной микроэлектронике, высокочувствительной магнитометрии (СКВИД, СКИФ), и совершенно новой области - реализации квантовых вычислений.

8.     Доменные структуры и процессы перемагничивания (Физика магнитных явлений, часть I). (гнс В.Е. Зубов)

Спецкурс предназначен для студентов магистров, специализирующихся в области физики конденсированного состояния вещества, физики магнитных явлений и материаловедения. Целью курса является изучение основных представлений о механизмах, определяющих доменную структуру и структуру доменных границах в ферромагнетиках, процессы намагничивания ферромагнетиков. В результате прослушивания курса учащиеся получают знания об основных механизмах, определяющих процессы намагничивания ферромагнитных материалов, овладевают навыками выбора ферромагнитных материалов с нужными свойствами и умеют ориентироваться в современной литературе, касающейся свойств ферромагнетиков.

Основные темы курса. Начальная кривая намагничивания и петли гистерезиса ферромагнетика (основные участки начальной кривой намагничивания и физические процессы их обусловливающие, частные и предельная петли гистерезиса). Основные вклады в энергию ферромагнетика (обменное взаимодействие, магнитная кристаллографическая анизотропия, магнитостатическая энергия, магнитоупругая энергия). Энергия обменного взаимодействия, обусловленная неоднородным распределением намагниченности. Магнитная кристаллографическая анизотропия в одноосных и кубических кристаллах. Эффективное поле одноосной и кубической магнитной анизотропии. Поверхностная магнитная анизотропия. Однонаправленная (обменная) магнитная анизотропия. Индуцированная (наведенная) магнитная анизотропия. Магнитоупругая энергия. Понятие о магнитострикции. Магнитострикция в кубических кристаллах. Магнитная анизотропия, индуцированная однородным внешним напряжением. Магнитостатическая энергия. Эффективное поле размагничивания ферромагнитного эллипсоида. Доменные границы. Структура, ширина и энергия 180-градусной границы в одноосном кристалле. 90-градусные границы в кубических кристаллах. Неелевские доменные границы в тонких пленках. Доменные структуры (доменная структура Ландау и Лифшица, доменная структура в кристалле с большой перпендикулярной анизотропией, доменная структура в кубическом кристалле). Однодоменные частицы. Критерий однодоменности. Динамика намагниченности в ферромагнетике. Уравнение Ландау-Лифшица. Механизм движения доменной границы во внешнем поле. Скорость движения доменной границы во внешнем магнитном поле. Эффективная масса границы. Смещение доменных границ (смещение доменных границ при наличии включений, начальная магнитная восприимчивость и коэрцитивная сила). Вращение вектора намагниченности в ферромагнетиках (теория намагничивания монокристаллов в области вращения, вращение вектора намагниченности в одноосном кристалле во внешнем поле). Магнитный гистерезис, обусловленный вращением намагниченности. Кривые намагничивания ферромагнетиков в области сильных полей. Закон приближения к насыщению.

 

9.     Сложные магнетики. Высокочастотные свойства. (Физика магнитных явлений, часть II) (гнс Е.Е. Шалыгина)

Спецкурс предназначен для студентов магистров, специализирующихся в области физики конденсированного состояния вещества, физики магнитных явлений и материаловедения. Метод молекулярного поля Вейсса в теории ферро-, антиферро- и ферримагнетизма. Экспериментальная оценка постоянной молекулярного поля Вейсса. Магнитная структура. Магнитная подрешетка. Антиферромагнетики. Виды магнитных структур. Продольная и поперечная магнитныея восприимчивости. Температурная зависимость магнитной восприимчивости в антифрромагнетиках. Спин-флоп и спин-флип переходы. Ферримагнетики. Температурная зависимость магнитной восприимчивости ферримагнетиков. Основные типы температурной зависимости самопроизвольной намагниченности ферримагнетиков. Ферриты со структурой граната, шпинели, гексагональные ферриты. Геликоидальные магнетики. Слабый ферромагнетизм. Точка Морина. Взаимодействие Дзялошинского-Мория. Аморфные магнетики. Сперо-, спери- и асперомагнетики, спиновые стекла, миктомагнетики, суперпарамагнетики. Термомагнитная теория магнитных превращений по Ландау.

Магнитные вещества в переменных магнитных полях. Уравнение Ландау-Лифщица-Гильберта. Тензор магнитной восприимчивости и магнитной проницаемости. Ферромагнитный резонанс. Влияние размеров, анизотропии, доменной структуры образца на резонансную частоту ферромагнитного резонанса. Резонанс и релаксация доменных границ. Релаксационные процессы в ферромагнетиках. Магнитная вязкость. Предельная скорость движения границ. Магнитный резонанс в антиферромагнетиках и слабых ферромагнетиках. Магнитный резонанс в ферримагнетиках. Ядерный магнитный резонанс.

 

10.                       Квантовая теория твердого тела (проф. Грановский А.Б.)

Спецкурс предназначен для студентов магистров, специализирующихся в области физики конденсированного состояния вещества, физики магнитных явлений и материаловедения. В спецкурсе, являющимся продолжением и дополнением курса ' Основы квантовой теории твердого тела' для бакалавров (4-ий курс), излагаются основополагающие представления о поведении электронов, фононов и магнонов в кристаллических и некристаллических решетках и об основных свойствах металлов, полупроводников, диэлектриков и сверхпроводников. При изложении материала используется квазичастичный подход, метод вторичного квантования, метод функций Грина. Квазичастицы; основные характеристики, статистика, термодинамические свойства. Электроны, фононы, магноны, экситоны, поляроны и биполяроны, плазмоны и магнитоплазмоны, ферроны. Ионная и электронная структура некристаллических твердых тел, модель Фабера-Займана транспортных свойств. Квазикристаллы. Собственные и примесные полупроводники, классические и квантовые размерные эффекты. Поляризация нецентросимметричных диэлектриков. Ферроэлектрики. Основные свойства низкотемпературных и высокотемпературных сверхпроводников, основы теории БКШ и нефононные механизмы сверхпроводимости.

 

11.                       Магнитные материалы и технологии их получения (проф. В.Н. Прудников)

Спецкурс предназначен для студентов магистров, специализирующихся в области физики конденсированного состояния вещества. В курсе рассмариваются следующие вопросы. Структура сплавов. Твердые растворы внедрения и замещения. Упорядоченные и неупорядоченные твердые растворы. Уравнения фазового равновесия. Правило Фаз Гиббса. Диаграмма фазового равновесия. Общая классификация современных магнитных материалов. Магнитомягкие материалы. Магнитотвердые материалы. Магнитные полупроводниковые материалы и магнитодиэлектрики. Ферриты. Магнитные пленки. Аморфные и микрокристаллические материалы. Классификация, предъявляемые требования. и технология производства. Ферромагнитные жидкости. Магнитные материалы специального назначения: с прямоугольной петлей гистерезиса; для работы в СВЧ диапазоне частот; для устройств на ЦМД; для термомагнитной записи; для магнитооптических устройств; нанокристаллические материалы; с гигантским магнитным сопротивлением и колоссальным эффектом Холла. Магнитные материалы со сверхпроводящими свойствами. Магнитные элементы автоматики и вычислительной техники.

 

12.                       Экспериментальные методы в физике магнитных явлений (проф. В.Н. Прудников)

Спецкурс предназначен для студентов магистров, специализирующихся в области физики конденсированного состояния вещества, физики магнитных явлений и материаловедения. Экспериментальные методы исследования магнитного состояния вещества. Экспериментальные методы исследования магнетизма микрочастиц. Основные магнитные характеристики вещества в постоянных и переменных магнитных полях. Методы получения и измерения магнитных полей. Интегральные магнитные характеристики вещества. Методы исследования локальных магнитных параметров в магнитоупорядоченных веществах. Методы изучения доменной структуры ферромагнетиков. Метод порошковых фигур. Нейтронографические методы исследования магнетиков. Методы исследования кристаллографической анизотропии и магнитострикции. Рентгеновские методы исследования спонтанной магнитострикции. Квазиклассические методы исследования электронного спектра. Сверхчувствительная магнитометрия и биомагнетизм.

 

13.                       Магнитооптика (гнс М.В. Четкин)

Спецкурс предназначен для студентов магистров, специализирующихся в области физики конденсированного состояния вещества, физики магнитных явлений и материаловедения. Спецкурс знакомит студентов с основными магнитооптическими эффектами: эффектом Зеемана, Коттона-Мутона, Фарадея и Керра. Изучение основных свойств тензора диэлектрической и магнитной проницаемости позволяет понять причину возникновения частотно-независимого эффекта Фарадея в ферритах-гранатах в инфракрасной области спектра. Большое внимание уделяется изучению различных возможностей использования эффектов Керра и Фарадея для исследования магнитооптических свойств различных материалов. Магнитооптические свойства ферритов-гранатов, ортоферритов и бората железа определяют области практического применения этих материалов. Магнитооптические эффекты могут быть использованы для исследования динамики доменных границ, в том числе и с тонкой структурой, в ферритах-гранатах и ортоферритах в реальном масштабе времени. Благодаря использованию эффекта Фарадея было установлено, что скорость движения доменных границ и магнитных вихрей в доменных границах пластинок ортоферрита иттрия может значительно превышать скорость звука и достигать максимально возможной величины, равной скорости спиновых волн (20 км/с).

 

14.                       Основы квантовой теории магнетизма (доц. О.А.Котельникова)

Спецкурс предназначен для студентов магистров, специализирующихся в области физики конденсированного состояния вещества, физики магнитных явлений и материаловедения. В курсе лекций рассмотрены вопросы, касающиеся квантовомеханического рассмотрения явления магнетизма. Согласно теореме Бора - ван Леевен - Терлецкого при классическом рассмотрении магнетиков спонтанная намагниченность веществ отсутствует, что делает необходимым использование квантовомеханическое рассмотрения. С помощью релятивистского уравнения Дирака обосновывается наличие спина у электронов и рассчитывается гамильтониан, описывающий систему электронов, движущихся во внешнем магнитном поле. Вводится спин - орбитальное взаимодействие. Анализируется природа обменного взаимодействия как прямого, так и косвенного через коллективизированные электроны проводимости в металлах (РККИ - взаимодействие) или через немагнитные ионы в неметаллических соединениях (модель Крамерса - Андерсона). С помощью метода вторичного квантования обосновывается вид гамильтониана обменного взаимодействия, и обсуждаются свойства модели Гейзенберга. Показано как магнитная кристаллографическая анизотропия влияет на магнитный порядок, и исследуются свойства модели Изинга и ХУ - модели. Для зонных магнетиков обсуждаются свойства модели Стонера.

 

15.                       Физика магнитоупорядоченных структур (доц. А.А.Радковская)

Спецкурс предназначен для студентов магистров, специализирующихся в области физики конденсированного состояния вещества, физики магнитных явлений и материаловедения. В курсе проанализированы основные взаимодействия приводящие к возникновению магнитноупорядоченных состояний в магнетиках. Показано как наличие прямого или косвенного взаимодействия, конкуренции обменных взаимодействий, локальной магнитной анизотропии, спин орбитального взаимодействия может приводить к появлению тех или иных магнитных структур. Свойства кристаллических и аморфных магнетиков (ферро- , антиферро- и ферримагнетиков) с локализованными на атомах магнитными моментами рассмотрены в рамках модели Гайзенберга и в приближении среднего (молекулярного) поля. Рассмотрен выход за рамки приближения молекулярного поля и исследованы спиновые волны в ферро - и антиферромагнетиках. Показана возможность существования пространственно модулированных неколлинеарных магнитных структур (геликоидальных магнетики, несоизмеримых магнитные структур). Рассмотрены параметры порядка для всех типов перечисленных выше магнитных структур и возможные спонтанные и индуцированные магнитные фазовые переходы.

 

16.                       Физика микромагнитных структур (гнс Е.Е. Шалыгина)

Спецкурс предназначен для студентов магистров, специализирующихся в области физики конденсированного состояния вещества, физики магнитных явлений и материаловедения. Понятие о микромагнитной структуре, основных положений теории микромагнетизма. Возможные типы микромагнитных структур в реальных магнитных материалах. Влияние размеров образца, объемной и поверхностной магнитной анизотропии, намагниченности на характер микромагнитной структуры. Микромагнитные структуры в тонких пленках, микропроволоках, совершенных частицах. Особенности процессов перемагничивания низкоразмерных магнитных структур. Моды перемагничивания - "Ripple"структура, "cuirling и buckling".

Обменное взаимодействие. Прямой и косвенный обмен. Взаимодействие Рудермана-Киттеля-Касуйи-Иосида. Многослойные тонкопленочные структуры. Обменное взаимодействие через металлические и неметаллические слои. Экспериментальные методы исследования микромагнитных структур.

 

17.                       Магнитооптическая спектроскопия (внс Е.А. Ганьшина)

Спецкурс предназначен для студентов магистров, специализирующихся в области физики конденсированного состояния вещества, физики магнитных явлений и материаловедения.

В курсе даются основы метода магнитооптической спектроскопии: феноменологическая теория магнитооптических эффектов, понятие о тензоре диэлектрической проницаемости, основы зонной теории магнитооптических эффектов, связь магнитооптических спектров с параметрами электронной структуры магнитных материалов. Рассмотрены особенности магнитооптических спектров в наноструктурированных материалах. Показано, что магнитооптическая спектроскопия может успешно применяться для изучения современных магнитных материалов: гранулированных сплавов, нанокомпозитов, мультислойных систем, материалов с гигантским и колоссальным магнитосопротивлением, разбавленных магнитных полупроводников.

 

18.                       Сверхзвуковая динамика магнитных солитонов (гнс М.В. Четкин)

Спецкурс предназначен для студентов магистров, специализирующихся в области физики конденсированного состояния вещества, физики магнитных явлений и материаловедения.

Курс знакомит с основными экспериментальными методами исследования динамики доменных границ в прозрачных ферромагнетиках: методом Сикстуса-Тонкса, его магнитооптическим аналогом, а также с методом двух и трех кратной высокоскоростной фотографии. Экспериментальные результаты по динамике доменных границ сравниваются с данными теоретических исследований. Скорость движения доменных границ в ортоферрите иттрия может значительно превышать скорость распространения звука в этих материалах и достигать предельной скорости движения доменных границ, равной 20 км/с. Особое внимание уделяется исследованию динамики доменных границ с тонкой структурой в пленках ферритов-гранатов и в пластинках ортоферрита иттрия. В последнее время исследование динамики магнитных вихрей в различных материалах привлекает особое внимание ученых благодаря возможности использования этих объектов в системах для обработки информации. Магнитные вихри в доменных границах пластинок ортоферрита иттрия обладают большей подвижностью, чем доменные границы. Скорость движения этих вихрей достигает 20 км/с, именно поэтому исследование их динамических свойств особенно актуально.

 

19.                       Прикладная магнитооптика (гнс В.Е. Зубов, гнс Е.Е. Шалыгина)

Спецкурс предназначен для студентов магистров, специализирующихся в области физики конденсированного состояния вещества, физики магнитных явлений и материаловедения.

Целью курса 'Прикладная магнитооптика' является изучение возможностей использования магнитооптических методов для исследования свойств магнитных материалов, а также изучение физических принципов работы устройств и приборов, использующих магнитооптические эффекты в ферромагнетиках. В результате прослушивания курса учащиеся получают знания об основных магнитооптических эффектах в ферромагнетиках, получают представление о возможностях использования магнитооптических эффектов в современных измерительных приборах и технических устройствах.

 

20.                       Метаматериалы (доц. А.А.Радковская)

Спецкурс предназначен для студентов магистров, специализирующихся в области физики конденсированного состояния вещества, физики магнитных явлений и материаловедения.

В рамках курса лекций рассмотрены основные свойства, способы получения и возможные практические применения метаматериалов.

Метаматериалы - это искусственно созданные среды, чьи свойства зависят не от химического состава, а от геометрических параметров элементов, составляющих среду. Управлять свойствами метаматериалов можно, варьируя параметры системы. В метасредах, обладающих одновременно отрицательной диэлектрической проницаемостью ε и магнитной восприимчивостью μ, наблюдается отрицательный показатель преломления, 'переворачиваются' многие физические законы (эффект Доплера, излучение Вавилова-Черенкова, эффект Гуса-Хансена и др.). Активное изучение метаматериалов началось с первой практической демонстрации отрицательного преломления в 2001 году и с тех пор привлекает внимание исследователей по всему миру, хотя первая теоретическая работа появилась в 1960 г.

Более подробно рассматриваются магнитные метаматериалы, состоящие из микрорезонаторов. Благодаря взаимодействию между элементами в среде возникают медленные магнито-нидуктивные (МИ) волны, определяющие взаимодействие метаматериала с электромагнитным полем. В зависимости от величины и знака взаимодействия между элементами среды, в ней будут распространяться как прямые, так и обратные МИ-волны. Обсуждается возможность управления дисперсией МИ-волн. В частности, в случае бипериодической системы в дисперсии наблюдается 'акустическая' и 'оптическая' ветви (приводится аналогия с дисперсией фононов). Рассматриваются принципы создания 'супер-линзы' с субволновым разрешением, достигающем в случае МГц величины порядка λ/300.

Исследование метаматериалов представляет как фундаментальный интерес, так и открывает широкие прикладные возможности по созданию приборов для управления ближним электромагнитным полем, включая новые типы электромагнитных сенсоров, линзы с субволновым разрешением, малогабаритные антенны, объекты, 'невидимые' в определенном диапазоне частот и др.

 

Metamaterials (Associate Professor A.A.Radkovskaya)

The special course designed for students of master's degrees, specializing in the field of physics of condensed matter, physics of magnetic phenomena and materials.

The course of lectures the basic properties, methods of preparation and possible practical applications of metamaterials.

Metamaterials - is artificially created environment, whose properties do not depend on the chemical composition and the geometrical parameters of the elements that make up the environment. You can control the properties of metamaterials, by varying the parameters of the system. In metamedia possessing simultaneously negative permittivity ε and magnetic permeability μ, there is a negative index of refraction, "roll over" many of the laws of physics (the Doppler effect, Cerenkov radiation, the effect of Gus-Hansen et al.) The active study of metamaterials started with the first practical demonstration of negative refraction in 2001 and has since attracted the attention of researchers around the world, although theoretical work first appeared in 1960

Discussed in more detail the magnetic metamaterials composed of microcavities. Because of the interaction between elements in the environment occur slow magneto-inductive (MI) waves that determine the interaction of a metamaterial with the electromagnetic field. Depending on the magnitude and sign of the interaction between elements of the environment, it will be distributed both direct and backward-wave MI. We discuss the possibility of controlling the dispersion of the MI-waves. In particular, in the case of biperiodic system in the observed dispersion "acoustic" and "optical" branch (is analogous to the phonon dispersion). The principles of creation of "super-lens" with subwavelength resolution, reaching in the case of the order of MHz λ/300.

The study of metamaterials is both fundamental interest and opens up wide possibilities for application development of devices to control the short-range electromagnetic field, including new types of electromagnetic sensors, lenses with subwavelength resolution, small antennas, the objects 'invisible' in a certain range of frequencies, etc.

 

21.                       Экспериментальное оборудование в современной магнитной лаборатории (доц. Н.С.Перов)

Спецкурс предназначен для студентов магистров, специализирующихся в области физики конденсированного состояния вещества, физики магнитных явлений и материаловедения. В курсе рассмотрены следующие вопросы. Экспериментальные методы. Датчики, преобразователи, измерения - основные понятия и определения. Основные области использования магнитных методов измерения (биология и медицина; геофизика; радиофизика; ядерная физика; физика твердого тела; магнетизм). Стандартные методы, стандарты и эталоны в магнетизме. Промышленно выпускаемое оборудование для магнитных измерений. Основные характеристики. Принципы работы и области использования. Магнитный импеданс и методы его измерения. Особенности магнито-импедансных свойств различных материалов. ГМИ. Колоссальное магнитосопротивление. Особенности автоматизации современных магнитометрических установок, обработки и отображения результатов. Исследование релаксационных характеристик магнитных материалов. Спектральная зависимость магнитной проницаемости. Основы технологии изготовления наноструктурированных и тонкопленочных материалов. Перспективы применения и развития новых магнитных технологий. Вопросы и проблемы микроминиитюризации изделий из магнитных материалов.

 

22.                       Физика низкоразмерных магнитных структур (гнс В.Е. Зубов)

Спецкурс предназначен для студентов магистров, специализирующихся в области физики конденсированного состояния вещества, физики магнитных явлений и материаловедения. Целью курса является изучение основных представлений о механизмах, определяющих наличие низкоразмерных магнитных структур и поверхностного магнетизма в ферромагнетиках, а также изучение методов их исследования. В результате прослушивания курса учащиеся получают знания об основных свойствах низкоразмерных магнитных структур, приповерностных магнитных структур и их роли в процессах намагничивания ферромагнетиков.

Содержание курса.

1. Классификация низкоразмерных микромагнитных структурных элементов в объеме и в приповерхностной области магнетиков.

2. Физические механизмы, приводящие к появлению низкоразмерных магнитных структур:

- Поверхностная магнитная анизотропия. Теория поверхностной анизотропии Нееля.

- Поле размагничивания поверхности.

3. Поверхностный магнетизм, обусловленный поверхностной магнитной анизотропией. Энергия и толщина приповерхностного магнитного слоя.

4. Приповерхностные низкоразмерные магнитные структуры, обусловленные полем размагничивания поверхности: приповерхностные линейные и точечные структурные элементы.

5. Низкоразмерные магнитные структуры в магнитном поле:

- Поверхностный магнетизм при наличии магнитного поля. Структура, энергия и толщина приповерхностного магнитного слоя во внешнем поле.

- Намагничивание низкоразмерных магнитных структур путем смещения линейных и точечных структурных элементов во внешнем поле.

- Влияние размерности структурных магнитных элементов (доменных границ, блоховских и неелевских линий и блоховских точек) на их коэрцитивную силу.

- Взаимные превращения и аннигиляция точечных структурных магнитных элементов в 180-градусной доменной границе под действием магнитного поля.

6. Современные методы исследования магнитных структурных элементов на поверхности и в объеме магнетиков.

 

23.                       Численные методы в физике твердого тела (снс Н.В. Стрелков)

Спецкурс предназначен для студентов магистров, специализирующихся в области физики конденсированного состояния вещества, физики магнитных явлений и материаловедения. В данном курсе рассматривается численное решение типовых задач квантовой физики твердого тела (движение электронов в потенциальной яме и периодическом потенциале, расчет зон Бриллюэна, туннелирование через потенциальный барьер, моделирование доменной границы и ее движения), статистической физики твердого тела (моделирование ферро- и антиферромагнетика в 2-мерной модели Изинга методом метрополиса, моделирование колебаний кристаллической решетки и нахождение фононного спектра). Так же, студенты кратко знакомятся с современным программным обеспечением, применимым для решения подобного рода задач (Mathematica, Matlab и Simulink, COMSOL Multiphysics). В курсе кратко затрагиваются проблемы взаимодействия программного обеспечения с современным измерительным оборудованием, рассматриваются интерфейсы GPIB (IEEE 488), VXI, PXI, программные интерфейсы (API) SCPI, VISA и технология IVI. Цель курса - это рассмотреть примеры решения типовых задач физики твердого тела, сделать обзор современных программных продуктов, их применимости и стоимости, и дать общее представление о взаимодействии программ с измерительными комплексами.

 

24.                       Физические основы эволюции и экологии (снс С.А. Копцик)

Программа курса рассчитана на студентов и аспирантов физического факультета и не требует предварительной специальной подготовки по биологии и наукам о земле. Курс лекций не ставит своей задачей подготовку специалистов-экологов и не дублирует общие курсы по эволюции, экологии и эволюционной экологии, читаемые, как правило, студентам-биологам. Цель состоит в расширении естественно-научного мировоззрения слушателей в области живой природы, минимально необходимого для университетского образования; курс стремится заложить основу, необходимую для дальнейшего самостоятельного развития слушателей в области наук о жизни и о биосфере, перебросить мостики между уже полученными физическими знаниями и начальными представлениями о жизни и биосфере. Наряду с рассмотрением основных понятий экологии, в лекциях также излагаются отдельные вопросы приложения физических методов в экологии, рассматриваются принципы самоорганизации и эволюции материи, анализируется применимость методологии точных наук и принципиальные ограничения, накладываемые все более часто используемой в экологических работах методологией точного знания на объект и парадигму исследования.

 

25.                       Инновация и защита интеллектуальной собственности в современной науке (снс А.Д. Кудаков)

Курс представляет собой попытку ликвидировать существующую неграмотность в области охраны интеллектуальной собственности у будущих создателей этой собственности.

В рамках курса лекций будут рассмотрены:

 понятие инновации и роль ее на современном этапе, сформулированы основные критерии выбора объектов инноваций.

 различные объекты интеллектуальной собственности, такие как изобретения, полезные модели, промышленные образцы, товарные знаки.

 основные сведения из области охраны авторского права

 'ноу-хау' как альтернатива патентным методам охраны интеллектуальной собственности

 права авторов на научные результаты, полученные в ходе выполнения служебных обязанностей, а также с ограничениями, накладываемыми при этом на исполнителя и работодателя.

 различные вопросы, касающиеся интеллектуальной собственности, при заключении договоров и контрактов на выполнение научных исследований.

 основные способы выявления патентоспособных объектов интеллектуальной собственности, а также выбор способов охраны выявленных объектов.

 вопросы оценки результатов научной деятельности с точки зрения возможности коммерциализации.

 критерии определения цены объекта интеллектуальной собственности

 вопросы патентования за рубежом, система международного патентования, а также оценки необходимости зарубежного патентования

 вопросы охраны интеллектуальной собственности в Интернете.

 

26.                       Теория групп и магнитные фазовые переходы (доц. О.А.Котельникова)

Спецкурс предназначен для студентов магистров, специализирующихся в области физики конденсированного состояния вещества, физики магнитных явлений и материаловедения. В курсе рассмотрены основы теории групп. Аксиоматика, основные понятия и определения (подгруппы классы, изоморфизм и гомоморфизм групп, прямое произведение групп, таблицы умножения). Особое внимание уделено пространственным группам симметрии (точечным группам симметрии, трансляционной симметрии). Подробно изложена теория представлений. Исследованы операции симметрии, возникающие при наличии магнитных моментов и возникающие магнитные группы симметрии. В качестве примера использования симметрийного анализа рассмотрены свойства пространственно модулированных неколлинеарных магнитных структур.

 

27.                       Физические основы современной магнитной записи (гнс Зубов В.Е.)

Спецкурс предназначен для студентов магистров, специализирующихся в области физики конденсированного состояния вещества, физики магнитных явлений и материаловедения. Целью курса является учащимися знаний, позволяющих самостоятельно принимать решение о выборе устройств магнитной записи и хранения информации, необходимых для решения стоящей задачи, с учетом физических принципов, лежащих в основе работы устройств, их стоимости, быстродействия, объемов сохраняемой информации, надежности ее длительного хранения и возможности гарантированного уничтожения. В результате прослушивания курса учащиеся получают знания об основных тенденциях развития современной магнитной и магнитооптической записи информации, о новых физических принципах, которые могут определить развитие техники магнитной записи информации в ближайшем будущем.

Содержание курса

История развития магнитной записи (продольная запись на стальную проволоку, на магнитную пленку, на винчестер; продольно-поперечная запись; интегральные магнитные головки; магниторезистивные считывающие головки; перпендикулярная магнитная запись; рост плотности и быстродействия записи).

Основные физические понятия и эффекты, используемые в технике магнитной записи (магнитное поле, намагниченность, петля гистерезиса, коэрцитивная сила, остаточная намагниченность, размагничивающее поле, магнитная анизотропия, механизмы перемагничивания, суперпарамагнетизм).

Физика записи и считывания информации.

Факторы, определяющие плотность продольной магнитной записи и пути ее повышения.

Вопросы сохранения и защиты информации в технике магнитной записи.

Физические основы перпендикулярной магнитной записи. Физические и технологические предпосылки для развития перпендикулярной магнитной записи. Особенности записи и считывания информации при перпендикулярном намагничивании носителя.

Сравнительная характеристика продольной и перпендикулярной магнитной записи.

Перспективы развития магнитной записи.

Физические основы магнитооптической записи. Магнитооптические устройства записи информации. Способы записи и считывания информации в магнитооптических устройствах.

Пределы поверхностной плотности записываемой информации для различных физических способов записи (продольная магнитная запись, перпендикулярная магнитная запись, магнитооптическая запись)

Роль магниторезистивных головок считывания в процессе развития магнитной записи