-
Основные направления исследований:
Исследования, проводимые в лаборатории со времени ее основания по настоящее
время, лежат, главным образом, в русле двух научных направлений: акустоэлектроника
и магнитоэлектроника. В частности, исследовались и исследуются:
- Явления, связанные с возбуждением и распространением магнитостатических
волн (МСВ) и поверхностных акустических волн (ПАВ) в твердотельных структурах,
содержащих магнитные слои. Методы измерения магнитных параметров пленок
магнетиков, в том числе и наноразмерной толшины.
- Особенности распространения ПАВ в узких металлических волноводах
типа ΔV/V (шириной ~λ) на подложках из «сильного» пьезоэлектрика, разработка
принципов построения узкоапертурных ПАВ-устройств обработки информации.
- Явления, связанные с распространением ПАВ при протекании сорбционных
процессов на поверхности звукопровода с целью разработки новых физических
принципов построения химических датчиков на основе ПАВ-устройств.
Научный руководитель:
Александр Владимирович Медведь, д.ф.-м.н.
Основные результаты исследований:
Ниже кратко перечислены некоторые из основных
результатов, полученных в ходе этих исследований.
- Проведены систематические исследования
явления неупругого рассеяния магнитостатических волн (МСВ) на
ПАВ в структурах ГГГ-пленка ЖИГ и ГГГ-пленка ЖИГ-пленка ZnO.
Обнаружен новый эффективный механизм рассеяния, связанный с
трансформацией исходной поверхностной моды МСВ в другие моды
МСВ. Впервые обнаружено и исследовано влияние затухания волн
на параметры рассеяния, получено удовлетворительное согласия
теории и эксперимента. Впервые экспериментально исследовано
рассеяние при сравнительно большой мощности волн. Экспериментально
обнаружен эффект сдвига резонансной частоты рассеяния при увеличении
мощности падающей МСВ, что подтвердило предсказание теории.
- Экспериментально подтверждено существование
так называемых анизотропно-дипольных МСВ, ранее предсказанных
теоретически. Предложен ряд новых перестраиваемых устройств
обработки сигналов в СВЧ-диапазоне, принцип действия которых
основан не явлении неупругого рассеяния МСВ на ПАВ. На основе
явления неупругого рассеяния МСВ на ПАВ разработаны методика
прецизионных измерений дисперсионных характеристик МСВ при произвольном
направлении внешнего магнитного поля.
- Исследованы угловые зависимости анизотропного
магнетосопротивления (АМ) в электропроводящих ферромагнитных
пленках наноразмерной толщины и слоистых структурах, содержащих
такие пленки и имеющие форму узких прямоугольных полосок, применяемую
при изготовлении спин-туннельных магнитных переходов, обладающих
гигантским магнетосопротивлением. Разработана высокочувствительная
методика определения из сравнительно простых угловых измерений
АМ основных магнитных параметров, знание которых необходимо
при создании спин-туннельных магнитных переходов.
- Экспериментально исследовано влияние электрического
поля, сосредоточенного в пьезоэлектрике вблизи металлического
волновода, на распространение ПАВ вдоль этого волновода. Установлено,
что фаза ПАВ, прошедшей вдоль узкого волновода (шириной ~λ),
по сторонам которого расположены так называемые управляющие
электроды, линейно изменяется с изменением величины электрического
напряжения, приложенного между волноводом и управляющими электродами.
- Обнаружено с помощью акустооптической
методики и дано качественное объяснение явлению перераспределения
энергии ПАВ, распространяющейся в двух акустически связанных
металлических волноводах, под действием электрического напряжения,
приложенного между волноводами. Обнаруженные явления лежат в
основе принципа действия целого ряда предложенных новых датчиков
и перестраиваемых устройств обработки информации, среди которых
особо следует отметить датчик электростатического напряжения,
лабораторный макет которого продемонстрировал рекордную на сегодняшний
день чувствительность среди всех известных датчиков электрического
поля на ПАВ.
- Предложен и исследован новый принцип построения
датчиков для систем типа «электронный нос», основанный на использовании
явления влияния электрического поля на параметры распространения
ПАВ в акустических волноводах. Обнаружено, что электрическое
напряжение, приложенное между волноводом и управляющими электродами
на поверхности пьезоэлектрического звукопровода, приводит к
изменению величины воздействия сорбционных процессов на параметры
распространения ПАВ (амплитуды и фазы), причем степень изменения
различна для различных аналитов, таким образом, имеет место
электронная перестройка химической селективности. Разработана
конструкция и изготовлен лабораторный макет газового волноводного
ПАВ-датчика с перестраиваемой селективностью. Продемонстрирована
работоспособность принципа на примере детектирования паров различных
спиртов, ацетона и воды.
- Экспериментально исследовано распространение
ПАВ в волноводе типа Δv/v, изготовленном на пластине 1280
Y-X LiNbO3 , «поврежденной» электронным лучом энергией
20 кeV. Обнаружены скачки и гистерезис на кривых зависимостей
фазы ПАВ от температуры и аномальные изменения фазы, вызванные
адсорбцией молекул воды, имеющие противоположный знак и больше,
чем на порядок величины превышающие изменения фазы, имеющие
место в аналогичных условиях в образцах, не подвергавшихся воздействию
электронного луча. Дано качественное объяснение наблюдаемым
явлениям, основанное на известном факте возникновения в приповерхностном
слое сегнетоэлектрика под действием электронного луча микродоменной
структуры и ее перестроения при изменении экспериментальных
условий. Обнаруженное явление перспективно для создания датчиков
влажности с чрезвычайно низким порогом чувствительности.
- Предложен новый принцип построения газового
датчика на ПАВ, который, по существу, являясь датчиком сорбционного
типа, обладает еще и некоторыми свойствами датчиков на ПАВ теплометрического
типа. Этот принцип заключается в создании некоторой задержки
при распространении потоков тепла между звукопроводом ПАВ-датчика
и рабочей поверхностью термостабилизирующей системы. Датчик,
построенный с использованием этого принципа, способен детектировать
не только пары летучих веществ, но и газы по их тепловым свойствам,
при этом сохраняется высокая термостабильность и быстродействие,
в отличие от известных ПАВ-датчиков теплометрического типа.
Экспериментально подтверждена работоспособность датчика, использующего
этот принцип. Разработан, изготовлен лабораторный прототип такого
датчика, предназначенного для использования в качестве газового
детектора в хроматографе. Испытания прототипа показали, что
такой датчик заменяет сразу несколько стандартных хроматографических
детекторов и перспективен для применения в портативных хроматографах.
- Предложено использование фазового формата
выходного сигнала в датчиках на основе резонаторов на ПАВ, что
увеличивает чувствительность датчика в Q раз (Q –добротность
резонатора) по сравнению с датчиками, использующими традиционный
частотный формат выходного сигнала. Экспериментально продемонстрировано
увеличение чувствительности резонаторного газового датчика и
датчика температуры.
- Обнаружен аномально большой нелинейный
положительный сдвиг резонансной частоты двухвходового кварцевого
резонатора на поверхностных акустических волнах (ПАВ), работающего
в режиме газового датчика. На частоте 390 MHz в атмосфере протекающего
газообразного азота, содержащего пары воды, сдвиг резонансной
частоты при увеличении интенсивности ПАВ > 15 mW/cm на порядок
величины превышает сдвиг, происходящий из-за известного для
кварцевых ПАВ-резонаторов амплитудно-частотного нелинейного
эффекта. Доказано, что такой аномальный сдвиг не является следствием
разогрева звукопровода акустической волной, а обусловлен влиянием
стоячей ПАВ на сорбцию молекул воды на поверхности резонатора.
- Предложен и исследован принцип построения
высокоселективных химических датчиков на ПАВ на основе структур
содержащих слои молекулярно-импринтированных полимеров (МИП)
синтезированных с использованием заданных молекул-шаблонов.
В качестве примеров, демонстрирующих работоспособность предложенного
принципа, изготовлены и экспериментально исследованы лабораторные
макеты газовых датчиков на релеевских ПАВ и жидкостных датчиков
на ПАВ горизонтально-сдвиговой поляризации (типа волн Гуляева-Блюштейна)
с повышенной селективностью к молекулам морфолина - токсичного
вещества, относящегося ко второму классу опасности.
- Экспериментально показана принципиальная
возможность распознавания жидких аналитов в одноканальном датчике
- линии задержки на поверхностных акустических волнах сдвигово-горизонтальной
поляризации, изготовленной на основе слоистой структуры на подложке
из 36О YX LiTaO3. Откликом датчика служит
изменение под действием аналита импульсной характеристики, получаемой
путем преобразования одного из измеряемых S-параметров линии
задержки из частотной области во временную. Такой датчик эквивалентен
решетке датчиков, обычно используемой при распознавании жидкостей
в системе типа «электронный язык».
- Разработана и экспериментально продемонстрирована методика измерения
малых изменений температуры объекта, вплоть до 0,001 К, основанная на измерении фазовой характеристики параметра
S11 резонатора на ПАВ, подложка которого находится в тепловом контакте с объектом. С помощью резонатора на подложке
из ниобата лития с центральной частотой 427 МГц по данной методике измерены, в качестве примера, малые изменения
температуры поверхности термоэлектрического элемента Пельтье (в качестве объекта) от 0,001 К до 0,6 К при её
исходной температуре 313 К.
- Развита концепция динамических магнонных кристаллов, как магнитной среды для распространения спиновых волн в
магнетиках с периодическими магнитными неоднородностями, создаваемыми распространяющимися в этих магнетиках поверхностными
акустическими волнами. Разработаны методики применения динамических магнонных кристаллов для измерения параметров поверхностных
спиновых волн и объемных анизотропно-дипольных магнитостатических волн в структурах ГГГ-пленка ЖИГ и ГГГ-пленка ЖИГ-электропроводящая
пленка и для создания устройств обработки СВЧ-сигналов.
Деятельность по внедрению результатов исследований в производство.
Самыми значимыми результатами являются следующие.
- Разработка и внедрение в массовое производство серии прецизионных
полосовых фильтров на ПАВ для трактов промежуточной частоты
телевизионных приемников различных международных стандартов
и систем спутникового телевидения, полосовых фильтров на ПАВ
с малыми вносимыми потерями для оконечных каскадов устройств
мобильной связи (1992-1996 г.г., Samsung Electro-mechanic Co.)
- Разработка и испытание прототипа универсального газового
детектора на ПАВ для серийных газовых хроматографов (2003г.
– наст.время., Московский завод «Хроматограф»)
Подготовка высококвалифицированных специалистов.
В лаборатории выполнили дипломные проекты и защитили дипломы
3 студента МФТИ, защищено 8 кандидатских и 2 докторские диссертации.
Прошли стажировку по разработке устройств на ПАВ 5 инженеров из
Samsung Electro-mechanic Co и 4 научных работника из Сирийского
научного центра.
Список основных
публикаций
1983
- Гуляев Ю. В., Медведь А. В. Устройства на поверхностных акустических
волнах и их применение в радиоэлектронике // Изв. ВУЗов, сер. Радиофизика.
1983, Т. 26, № 8, С. 911-948.
1984
- Гуляев Ю. В., Медведь А. В., Мишкинис Р. А., Рутковский П. Ф.
Влияние электрического поля на распространение поверхностных акустических
волн в слабо связанных волноводах типа Δ v/v. // Письма в ЖТФ. 1984.
Т. 10, № 14, С. 870-874.
- Федорец В.Н., Крышталь Р.Г. Акустоэлектронное взаимодействие
в структуре пьезоэлектрик - двухслойная полупроводниковая пленка.
//Акустический журнал 1984, т.XXX, в.2, Стр. 277-279
- Гуляев Ю.В., Медведь А.В., Крышталь Р.Г., Мальцев О.А. Экспериментальное
исследование сужения спектра ПМСВ в пленке железоиттриевого граната
при изменении направления магнитного поля. //Письма в ЖТФ, 1984,
т.10, в.10, стр.610-613.
- Медведь А. В., Крышталь Р.Г., Мальцев О.А., Тер-Маркарян А.А.,
Валянский В.Ф. Авторское свидетельство №3727082/23 «Регулируемый
фазовращатель на поверхностных акустических волнах.» Москва, 1984,
№3727082/23.
1985
- Гуляев Ю. В., Медведь А. В., Мишкинис Р. А. Авторское свидетельство
№ 1166650. Акустоэлектронный генератор. Москва, 1985, № 116650.
- Гуляев Ю. В., Медведь А. В., Мальцев О. А. Отражение поверхностных
акустических волн в волноводе типа Δv/v с периодически изменяющейся
шириной. //Микроэлектроника 1985, № 14, в.6, стр. 562.
- Гуляев Ю. В., Мальцев О. А., Медведь А. В., Мишкинис Р. А. Управляемый
фазовращатель на основе акустического волновода типа Δ v/v. // Письма
в ЖТФ. 1985, Т. 11, № 13, С. 824-828.
- Крышталь Р. Г., Медведь А. В., Никитин И. П., Дробязко И. Б.
Неупругое рассеяние поверхностных магнитостатических волн на поверхностных
акустических волнах в пленках ЖИГ, обусловленное анизотропией //
Материалы II Всесоюзной школы-семинара «Спинволновая электроника СВЧ». Ашхабад. ФТИ. 1985, С. 105.
1986
- Крышталь Р. Г., Медведь А. В., Никитин И. П., Дробязко И. Б.
Неупругое рассеяние поверхностных магнитостатических волн на поверхностных
акустических волнах в пленках ЖИГ, обусловленное анизотропией //
ЖТФ. 1986, Т. 56, № 9, С. 1835-1837.
- Гуляев Ю. В., Крышталь Р. Г., Медведь А. В., Сорокин В. Г. Неупругое
рассеяние поверхностных магнитостатических волн на ПАВ в монолитной
структуре ZnO –ЖИГ-ГТТ // Письма в ЖТФ. 1986, Т. 12, № 9, С. 502-507.
- Крышталь Р. Г., Медведь А. В., Осипенко В. А., Шахназарян Д.
Г. Неколлинеарное неупругое рассеяние поверхностных магнитостатических
волн на ПАВ // Письма в ЖТФ. 1986, Т. 12, № 23, С. 1448-1451.
- Крышталь Р. Г., Медведь А. В. Применение поверхностных акустических волн
для изучения дисперсии поверхностных магнитостатических волн //
ЖТФ. 1986, Т. 56, № 12, С. 2399-2402.
- Медведь А.В., Крышталь Р.Г., Мальцев О.А. Исследование поглотителей
ПМСВ в пленках железоиттриевого граната. //Радиотехника и электроника.
1986, №1, Стр.17-19.
1987
- Крышталь Р. Г., Медведь А. В. Дисперсия магнитостатических волн
в пленках ЖИГ, обусловленных магнитной анизотропией // ЖТФ. 1987.
Т. 57. № 10. С. 1936-1941.
1988
- Медведь А.В., Крышталь Р.Г., Лисовский Я.Л., Попков А.Ф. Способ
измерения параметра затухания поверхностных магнитостатических волн.
Авторское свидетельство №1614671. Москва, 1988 г.
- Медведь А.В., Крышталь Р.Г., Осипенко В.А., Попков А.Ф. Трансформация
мод МСВ волн при рассеянии их на поверхностной акустической волне
в пленках ЖИГ”. //ЖТФ. 1988, т.58, в.12, стр.2315-2322.
1989
- А.В. Медведь, Р.Г. Крышталь. Рассеяние ПМСВ на ПАВ в невзаимной
структуре пленка ЖИГ- металл. //ЖТФ, 1989, т.59, в.6, стр.82-87.
1990
- Медведь А.В., Крышталь Р.Г., Лисовский Я.Л. Способ измерения
параметра затухания ПМСВ. Авторское свидетельство №1614671. Москва.
1990 г., ИРЭ АН СССР.
1991
- Медведь А.В., Крышталь Р.Г. Влияние электропроводности металлической
пленки на рассеяние ПМСВ на ПАВ в структуре ГГГ-ЖИГ-пленка металла.
//ЖТФ., 1991, т.61, в. 4, стр.105-110.
- Медведь А.В., Крышталь Р.Г. Устройства обработки СВЧ-сигналов,
основанных на явлении рассеяния магнитостатических волн на ПАВ.
//Радиотехника и электроника. 1991, т.36, в.8, стр.1571-1577.
1992
- Медведь А.В., Крышталь Р.Г. Экспериментальное исследование рассеяния
нелинейных ПМСВ на ПАВ. //ФТТ. 1992., т.34., в.1., стр.333-335.
1993
- Medved A. V., Kryshtal R.G. Magnetostatic waves scattering on
a surface acoustic wave in YIG films: some signal processing applications.
//Proceedings of 38-th Annual conference on magnetism and magnetic
materials. Minneapolis, Minnesota, 1993, AP-18, p.15-18.
1994
- Медведь А.В., Крышталь Р.Г., Попков А.Ф. Влияние затухания ПМСВ
на параметры рассеяния ПМСВ на ПАВ в структуре ГГГ-пленка ЖИГ. //Радиотехника
и электроника.1994, т.39, в.4, стр.647-652.
- Медведь А.В., Крышталь Р.Г., Попков А.Ф., Островская Н.В. Импульсное
рассеяние магнитостатических волн на поверхностной акустической
волне. //Радиотехника и электроника. 1994, т.39, в.5, стр.748-757.
- Dikshtein I. E., Medved A.V., Kryshtal R.G. Critical scattering
of electromagnetic waves on spin fluctuations in non saturated magnetic
films under acoustic pump. //J.Appl.Physics.1994, v. 76(10), p.6880-6882.
1996
- Gulyaev Yu.V., Fedosov V. I., Medved A. V., Kryshtal R.G. Surface
acoustic wave filters for modern communication systems.//Proceedings
of AFCSG-96. Russia, Moscow 1996, 17-19 September p. 301- 311.
- Medved A. V., Kryshtal R.G., Diordiev P. A. One more confirmation
of the hypothesis of critical scattering of electromagnetic wave
in non saturated YIG films under acoustic pumping. //Proceedings
of AFCSG-96. Russia, Moscow 1996, 17-19 September, р. 57- 61.
- Medved A. V., Mirgorodsky V. I., Kryshtal R.G., Peshin S.V.
Sounding of SAW Devices Insertion Loss by means of Photoacoustic
Method. //Proceedings of IEEE Ultrasonics Symposium. 1996, San Diego
USA, p. 183 - 186.
1998
- Медведь А.В., Kryshtal R.G., Миргородский В.И.,Пешин С.В. Зондирование
потерь в приборах на ПАВ фотоакустическим методом. //Акустический
журнал, 1998 г. т.44, №1, с. 89-93.
- Анисимкин В.И., Верона Э., Медведь А.В., Крышталь Р.Г., Земляков
В.Е. Интегральная решетка датчиков для анализа многокомпанентных
газовых смесей. //Письма ЖТФ,1998 г, т.24, в.16, с. 40-45.
- Anisimkin V.I., Fedosov V.I., Kryshtal R.G., Medved A.V., ZemlyakovV.E.,
Verona E. Integrated array of SAW sensors for gas analysis. // Proceedings
of IEEE International Ultrasonics Symposium, Sendai, Japan, 1998,
5-8 October, p.217-218.
- Anisimkin V.I., Medved A.V., Kryshtal R.G., Zemlyakov V.E,Verona
E. Integrated array of SAW gas sensors .//Electronics Letters. Vol.
4, №13, 1998., 25 June. p.p.1360-1361
1999
- Medved A.V., Kryshtal R.G., Shemet V. V., Zemlyakov V.E. Electronically
tunable SAW chemosensors. //Electronics Letters, Vol. 35, №8, 1999,
p.p.676-678.
2000
- Gulyaev Yu.V., Kryshtal R.G., Medved A.V., Shemet V. V., ZemlyakovV.E.
Gas sensors based on SAW narrow aperture devices.// Proceedings
of 2000 IEEE International Ultrasonics Symposium and Short Courses
San Juan, Puerto Rico, October 22-25, 2000, P.441-444.
- Медведь АВ., Крышталь р.Г., Земляков В.Е., Шемет В.В. Газовый
датчик с перестраиваемой селективностью на основе ПАВ-волновода.
//Тезисы докладов Всеросийской конф. с международным участием. «Сенсор
2000. Сенсоры и микросистемы» 21-23 июня 2000., Санкт-Петербург,
стр. 192.
- Анисимкин И.В., Анисимкин В.И., Гуляев Ю.В., Верона Э., Крышталь
Р.Г., Медведь А.В., Земляков. В.Е., Хоанг ван Фонг. Газовые сенсоры
на поверхностных акустических волнах: Новые аналитические возможности.
//Тезисы докладов Всеросийской конф. с международным участием. «Сенсор
2000. Сенсоры и микросистемы», 21-23 июня 2000., Санкт-Петербург,
стр.50.
- Анисимкин И.В., Анисимкин В.И., Гуляев Ю.В., Верона Э., Крышталь
Р.Г.,Медведь А.В., Земляков В.Е., Хоанг ван Фонг. //Акустический
датчик для анализа физико-химических процессов в микропористых адсорбентах.
Датчики системы, 2000 г. №10., Стр.51-53.
2001
- Гуляев Ю.В., Крышталь Р.Г., Медведь А.В., Земляков В.Е., Шемет
В.В., Хоанг ван Фонг. Перестраиваемый газовый датчик на основе акустического
волновода. //Акустический журнал. № 1, 2001 г., т.47, стр.39-42.
- Крышталь Р.Г., Медведь А.В., Земляков В.Е., Шемет В.В., Газовый датчик
с перестраиваемой селективностью на основе ПАВ-волновода. //Микросистемная
техника. № 4, 2001 г., стр.40-43.
- Kryshtal R.G., Medved A.V. Saw propagation in LiNbO3 damaged
by E-beam. //Proceedings of IEEE International Ultrasonics Symposium
. October7-10, 2001, Atlanta, Georgia, p.371-372.
- Gulyaev Yu.V., Kryshtal R.G., Medved A.V., Shemet V. V. Electronically
tunable saw gas sensors. //Fruit, Nut, and Vegetable Production
Engineering. Proceedings of International Symposium. September 11-14,
2001, Potsdam, Germany, p. 519-524.
2002
- Крышталь Р.Г., Кундин А.П., Медведь А.В., Шемет В.В. Газовый
датчик сорбционного типа на поверхностных акустических волнах, чувствительный
к тепловым свой
| |