Инженеры РТУ МИРЭА разработали метод моделирования магнитооптических эффектов Керра в многослойных тонкопленочных структурах. Эти структуры состоят из десятков и сотен ультратонких слоёв толщиной в несколько нанометров и обладают уникальными оптическими свойствами, которые невозможно получить в обычных материалах. Разработанная модель позволяет точно рассчитывать, как свет взаимодействует с такими структурами, что важно для создания новых типов сенсоров, устройств записи информации и элементов оптической связи.
«Мы разработали универсальный математический аппарат, который позволяет исследовать магнитооптические свойства многослойных структур любой сложности. Наши матрицы учитывают все три типа эффекта Керра, что даёт возможность моделировать реальные экспериментальные установки. Это особенно важно для поиска новых материалов с заданными магнитооптическими характеристиками», — рассказывает Игорь Гладышев, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры наноэлектроники Института перспективных технологий и индустриального программирования РТУ МИРЭА.
Магнитооптические эффекты Керра — это явления, при которых свет, отражаясь от намагниченной поверхности, меняет свои свойства: плоскость поляризации поворачивается, а интенсивность отражённого света изменяется. Эти эффекты используются в современных технологиях — от магнитных дисков до оптических датчиков. Особый интерес представляют многослойные структуры, в которых чередуются магнитные и немагнитные слои толщиной всего в несколько атомов. В таких системах возникают эффекты, которых нет в объёмных материалах. Однако их точное моделирование — сложная задача из-за интерференции света и анизотропии свойств.
Ученые РТУ МИРЭА использовали метод Берремана — математический подход, который позволяет точно рассчитывать, как свет проходит через сложные материалы, в том числе магнитные. В отличие от упрощённых моделей, он учитывает, что в таких материалах свойства зависят от направления, что критически важно для расчётов. Авторы вывели формулы для всех трёх вариантов магнитооптического эффекта Керра и показали, как последовательность расчётов влияет на результат. Также они придумали способ учитывать толстые слои, что позволяет моделировать более широкий класс реальных структур.
«Метод Берремана известен уже более полувека, но его применение к магнитооптическим структурам требует отдельной проработки. Мы получили аналитические выражения для матриц распространения, которые позволяют вычислять магнитооптический отклик без громоздких численных расчётов. Это открывает путь к быстрому скринингу потенциальных материалов для спинтроники и магнитофотоники — областей, где свет и магнитные свойства работают вместе», — комментирует Алексей Юрасов, доктор физико-математических наук, профессор кафедры наноэлектроники Института перспективных технологий и индустриального программирования РТУ МИРЭА.
«Наша работа важна ещё и потому, что мы предложили способ учитывать толстые слои, толщина которых превышает длину когерентности света. Это расширяет класс структур, которые можно моделировать, и приближает теорию к реальным устройствам, где подложки и промежуточные слои могут быть значительно толще активных магнитных плёнок. Теперь мы можем точнее предсказывать поведение света в таких системах, а значит — проектировать устройства с заранее заданными свойствами», — добавляет Максим Яшин, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры наноэлектроники Института перспективных технологий и индустриального программирования РТУ МИРЭА.
Исследование опубликовано в журнале «Russian Technological Journal». Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации. Разработанная модель поможет учёным и инженерам быстрее находить и создавать материалы для устройств, где свет и магнитные свойства работают вместе — например, для сверхбыстрых оптических датчиков, компактных систем хранения данных и элементов квантовой связи.
https://doi.org/10.32362/2500-316X-2026-14-3-72-82
Информация и фото предоставлены пресс-службой РТУ МИРЭА
Источник фото: Аксана Колесник / пресс-служба РТУ МИРЭА
