Лаборатория научного приборостроения создана в конце 2018 года в рамках реализации национального проекта "Наука" как молодежная лаборатория для организации процессов разработки и опытного производства новых устройств СВЧ-техники, магнитометров, приборов измерения магнитных характеристик тонких пленок, различных автоматизированных измерительных комплексов.

Основные направления исследований

• Разработка и опытное производство миниатюрных высокоизбирательных частотно-селективных устройств, фазовращателей, антенн и других СВЧ-приборов.
• Разработка и опытное производство высокочувствительных широкополосных магнитометров на основе микрополосковых резонаторов с тонкими магнитными пленками.
• Разработка новых принципов и методов измерения магнитных характеристик тонких магнитных пленок.
• Разработка и опытное производство современных приборов для проведения локальных и интегральных измерений магнитных характеристик тонких пленок.
• Проектирование, разработка и создание различных средств автоматизации физического эксперимента.

Направление в рамках Программы фундаментальных научных исследований в Российской Федерации на долгосрочный период (2021-2030 годы): 1.3.2. Физика конденсированных сред и физическое материаловедение; 1.3.2.3. Физика магнитных явлений, магнитные материалы и структуры, спинтроника.

Наименование тематики исследований на 2019-2021 гг.: Разработка новых приборов для исследования перспективных материалов радиоэлектроники и создание устройств на их основе.

Наименование тематики исследований на 2022-2024 гг.: Разработка и производство новых сверхвысокочастотных устройств, приборов для измерения параметров магнитных полей, устройств на основе тонких магнитных пленок, автоматизированных научных установок и систем магнитной связи.

Основные приборы и оборудование

Лаборатория оснащена современным радиотехническим оборудованием:

• малошумящие линейные источники стабилизированного напряжения и тока;
• импульсные источники питания с выходной мощностью до 5 кВт;
• НЧ-генераторы сигналов произвольной формы;
• СВЧ-генераторы на частотный диапазон до 20 ГГц с выходной мощностью до 100 Вт;
• осциллографы с полосой пропускания до 6 ГГц;
• СВЧ-анализаторы спектра на частотный диапазон до 20 ГГц;
• НЧ-анализаторы спектра на частотный диапазон от 0,1 мГц;
• измерители S-параметров на частотный диапазон до 50 ГГц, зондовая станция;
• прецизионные вольтметры, амперметры, микроомметры, широкополосные анализаторы импеданса на частотный диапазон до 3 ГГц;
• оборудование для монтажа СВЧ-устройств, печатных плат.

Оборудование для проведения магнитных измерений:

• экранированная комната 2х2х2 м;
• многослойные пермаллоевые магнитные экраны;
• различные системы колец Гельмгольца и катушек Фанселау, в том числе с автоматизированным вращением магнитных систем;
• тесламетры, магнитные антенны на частоты от 1 Гц до 6 ГГц;
• феррозондовый магнитометр, квантовый магнитометр на эффекте Оверхаузера
• Различное оборудование механического производства и испытательное оборудование:
• фрезерные станки с ЧПУ;
• пневматический ударный маркиратор;
• станки для намотки катушек индуктивности, колец Гельмгольца, катушек Фанселау;
• климатическая камера.

Основные достижения

Широкополосный магнитометр слабых магнитных полей на основе микрополоскового резонатора с тонкой магнитной пленкой

Разработана и исследована новая конструкция магнитометра слабых магнитных полей на основе микрополоскового резонатора с тонкой магнитной пленкой. Датчик является универсальным магнитометрическим устройством и может использоваться при решении широкого круга научно-технических и исследовательских задач, например, при реализации различных методов электромагнитных геофизических исследований, в системах магнитной связи в качестве широкополосной антенны, в медицине и в охранной сигнализации. Разработанный датчик имеет малые массу и габариты, является простым и сравнительно дешевым при серийном производстве, при этом он обладает чувствительностью, превышающей более чем на порядок чувствительность известных конструкций тонкопленочных датчиков. Уровень собственных шумов датчика на частоте 1 Гц составляет 10^-11 Тл/Гц^1/2; на частотах более 10² Гц чувствительность датчика превышает чувствительность лучших феррозондовых преобразователей, а на частотах выше 10⁴ Гц, вплоть до частоты до 10⁶ Гц, уровень шумов снижается до 10^-13 Тл/Гц^1/2.

Слева на рисунке фотографии опытной партии разработанных магнитометров слабых магнитных полей и феррозонд английской компании Bartington Mag-13MCL100. Справа – измеренные зависимости уровней собственных шумов разработанных устройств и феррозонда Bartington Mag-13MCL100.

– разработаны и изготовлены несколько новых образцов автоматизированного сканирующего спектрометра ферромагнитного резонанса, предназначенного для проведения локальных измерений магнитных свойств тонкопленочных образцов, все приборы находятся в опытной эксплуатации, изготовлен предсерийный образец, готовый к передаче заказчику;

– разработаны и исследованы несколько новых конструкций широкополосного высокочувствительного датчика слабых магнитных полей на основе микрополоскового резонатора с тонкой магнитной пленкой, разработаны векторные магнитометры на их основе;

– разработаны и изготовлены несколько новых экземпляров высокочувствительного феррометра (петлескопа) – устройства, предназначенного для измерения параметров петель гистерезиса тонких магнитных пленок, устройства находятся в опытной эксплуатации, проведены многочисленные измерения петель гистерезиса ряда экспериментальных образцов тонких магнитных пленок, в том числе образцов пермаллоя толщиной менее 50 Å;

– разработана, изготовлена и исследована новая конструкция умножителя частот на основе микрополосковой структуры с тонкой магнитной пленкой пермаллоя, разработана теория нелинейных процессов в пленках пермаллоя, позволяющая рассчитывать нелинейные тонкопленочные устройства для практических применений;

– разработаны и изготовлены десятки различных конструкций частотно-селективных устройств и диплексеров, документация на часть из них передана для серийного изготовления на АО «НПП «Радиосвязь»;

– разработаны несколько конструкций новых цифровых передатчиков ближнепольных магнитных систем связи с частотной и амплитудно-фазовыми манипуляциями, устройства прошли испытания на полигоне АО «НПП «Радиосвязь».

Список РИД

1.      Бабицкий А.Н., Беляев Б.А., Боев Н.М., Изотов А.В., Бурмитских А.В., Волошин А.С., Афонин А.О., Угрюмов А.В. Магнитометр на тонкой магнитной пленке. – 2021. – Патент на изобретение. – № 2743321.

2.      Беляев Б.А., Клешнина С.А., Боев Н.М., Изотов А.В. Феррометр для измерения характеристик тонких магнитных пленок. – 2021. – Патент на изобретение. – № 2743340.

3.      Беляев Б.А., Горчаковский А.А., Боев Н.М., Изотов А.В., Шабанов Д.А. Сканирующий спектрометр ферромагнитного резонанса. – 2021. – Патент на изобретение. – № 2747100.

4.      Беляев Б.А., Бурмитских А.В., Изотов А.В., Боев Н.М. Устройство для измерения параметров тонких магнитных пленок методом ферромагнитного резонанса на радиочастотах. – 2021. – Патент на изобретение. – № 2747595.

5.      Бабицкий А.Н., Беляев Б.А., Боев Н.М., Изотов А.В., Бурмитских А.В., Клешнина С.А., Горчаковский А.А., Шабанов Д.А. Датчик слабых магнитных полей на тонких магнитных пленках. – 2021. – Патент на изобретение. – № 2758817.

6.      Бабицкий А.Н., Беляев Б.А., Боев Н.М., Изотов А.В., Горчаковский А.А., Клешнина С.А., Бурмитских А.В., Шабанов Д.А. Широкополосный датчик переменного тока на тонкой ферромагнитной пленке. – 2021. – Патент на изобретение. – № 2762518.

7.      Бабицкий А. Н., Беляев Б. А., Боев Н. М., Изотов А. В., Бурмитских А. В., Клешнина С. А. Тонкопленочный магнитометр слабых магнитных полей // Патент на изобретение РФ. – 2020. – № 2712926.

8.      Бабицкий А. Н., Беляев Б. А., Сушков А. А., Клешнина С. А., Изотов А. В., Боев Н. М. Устройство ближнепольной магнитной связи // Патент на изобретение РФ. – 2020. – № 2728757.

9.      Беляев Б. А., Клешнина С. А., Боев Н. М., Изотов А. В., Горчаковский А. А., Шабанов Д. А. Петлескоп для исследования тонких магнитных пленок // Патент на изобретение РФ. – 2020. – № 2737030.

10. Боев Н. М., Креков С. Д., Изотов А. В., Сушков А. А., Горчаковский А. А., Говорун И. В., Лемберг К. В., Подшивалов И. В., Грушевский Е. О. Цифровой 148

передатчик ближнепольной магнитной системы связи с амплитудно-фазовой манипуляцией // Патент на изобретение РФ. – 2020. – № 2738410.

11. Бабицкий А.Н., Беляев Б.А., Боев Н.М., Изотов А.В., Бурмитских А.В. Датчик слабых магнитных полей. - 2019. - Патент на изобретение. - № 2682076.

12. Беляев Б.А., Боев Н.М., Изотов А.В. Чувствительный элемент сканирующего спектрометра ферромагнитного резонанса. - 2019. - Патент на изобретение. - № 2691996.

Список публикаций

1 B. A. Belyaev, S. A. Khodenkov, I. V. Govorun, and A. M. Serzhantov. Wideband Microstrip Filters. // Technical Physics Letters. – 2021. – Vol. 47, No. 4. – P. 344–348. (Q3 WoS).

2 Izotov A. V., Belyaev B. A., Solovev P. N., Boev N. M. Grain-size dependence of magnetic microstructure and high-frequency susceptibility of nanocrystalline thin films: A micromagnetic simulation study. // Journal of Magnetism and Magnetic Materials – Vol. 529. – 2021. – P. 1–12. 167856. (Q2 WoS).

3 B. A. Belyaev, An. A. Leksikov, V. V. Tyurnev, and D. A. Shabanov. Study of a Composite Consisting of Metal Nanoparticles in a Dielectric Matrix and Multilayer Bandpass Filters Based on It // Doklady Physics. – 2021. – Vol. 66, No. 3. – P. 59–63. (Q3 WoS).

4 Kleshnina S. A., Belyaev B. A., Boev N. M., Burmitskikh A. V., Podshivalov I. V. Measuring Unit for the Observation of Hysteresis Loops in Thin Ferromagnetic Films // Proceedings – 2021 Ural Symposium on Biomedical Engineering, Radioelectronics and Information Technology, USBEREIT 2021. – 2021. – P. 264–266. – DOI: 10.1109/USBEREIT51232.2021.9455065.

5 Solovev P.N., Izotov A.V., Belyaev B.A., Boev N.M. Micromagnetic simulation of domain structure in thin permalloy films with in-plane and perpendicular anisotropy // Physica B: Condensed Matter. – 2021. – V. 604. – P. 412699. (Q3 WoS)

6 Belyaev B.A., Boev N.M., Izotov A.V. Skomorokhov G.V., Solovev P.N. Magnetic Properties of Permalloy Thin Film Edges // Russian Physics Journal. – 2020. – Vol. 63, Is. 1. – P. 16-22. (Q4 WoS)

7 Kleshnina S., Belyaev B., Boev N., Izotov A., Burmitskikh A., Gorchakovsky A. Unit for Measuring the Magnetic Characteristics of Thin Ferromagnetic Films // Proceedings - 2020 Ural Symposium on Biomedical Engineering, Radioelectronics and Information Technology, USBEREIT 2020. – 2020. – P. 9117609. – DOI 10.1109/USBEREIT48449.2020.9117609.

8 Belyaev B. A., Izotov A. V., Solovev P. N., Boev N. M. Strain-Gradient-Induced Unidirectional Magnetic Anisotropy in Nanocrystalline Thin Permalloy Films // Physica Status Solidi – Rapid Research Letters. – 2019. – P. 1900467. (WoS Q2).

9 Belyaev B. A., Babitskii A. N., Boev N. M., Izotov A. V., Sushkov A. A., Korolev E. V., Burmitskikh A. V. Compact Non-Linear Power Amplifier for Wideband Underwater and Underground Near-Field Magnetic Communication Systems // Proceedings of 2019 International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON). – 2019. DOI: 10.1109/SIBCON.2019.8729580.

Сотрудники

Заведующий лабораторией Боев Никита Михайлович +79082208967 boev@iph.krasn.ru