Лаборатория электронной и спиновой структуры наносистем под руководством д.ф.-м.н. Е.В. Чулкова (профессор Университета Страны Басков, Испания) создана в 2015 году в рамках финансирования деятельности исследовательских лабораторий под руководством ведущих ученых за счет средств СПбГУ.

Цель научного исследования:
Основной целью лаборатории является предсказание, создание и детальное изучение новых квантовых материалов – магнитных и немагнитных топологических изоляторов, графена, систем с эффектом Рашбы, а также с обменным взаимодействием, квазидвумерных магнитных структур и 4f-материалов с целью их дальнейшего применения в спинтронике, наноэлектронике и квантовых вычислениях.

Актуальность проблемы, предлагаемой к решению:
Деятельность лаборатории охватывает широкий спектр задач, связанных с анализом спиновой и электронной структуры наносистем. Совместное использование теоретических и экспериментальных методов позволяет создавать наносистемы с необходимыми свойствами для конструирования приборов спинтроники и квантовых компьютеров. Помимо вклада в фундаментальную физику, предполагается, что исследуемые наносистемы будут широко применяться в устройствах спинтроники и в области цифровых технологий. Полученные в 2015-2023 годах результаты лаборатории демонстрируют возможность реализации ключевых элементов квантовых компьютеров и спинтроники даже при комнатной температуре, что может привести к прорывным технологиям в области квантовых вычислений, симуляторов и криптографии.

Описание задач лаборатории:
1. Экспериментальное и теоретическое исследование особенностей электронной и спиновой структуры магнитных и немагнитных топологических изоляторов различного типа и стехиометрии, с топологически защищенными поверхностными состояниями, а также графена, синтезированного на поверхности металлов с высоким спин-орбитальным взаимодействием.
2. Теоретическое и экспериментальное исследование влияния различного типа беспорядка, включая доменные стенки, на электронную и спиновую структуру поверхностных состояний в магнитных топологических изоляторах.
3. Экспериментальные исследования возможности управления электронной структурой немагнитных и магнитных соединений с гигантским спиновым расщеплением Рашбы, а также изучение их фазового перехода в состояние топологического изолятора.
4. Изучение возможности и методов функционализации графена, позволяющих придать графену новые необходимые функциональные свойства с целью эффективного использования в электронных устройствах. Для создания устройств спинтроники на основе графена решается проблема инжекции спин-поляризованных токов между графеном и ферромагнитным контактом и последующего эффективного транспорта спиновых токов в графене.
5. Экспериментальное и теоретическое определение электронной и спиновой структуры поверхностных состояний в материалах с сильным спин-орбитальным и магнитообменным взаимодействиями.
6. Экспериментальное и теоретическое определение возможностей получения информации о магнитном упорядочении поверхности материалов на основе лантаноидов из анализа матричного элемента фотоионизации открытой 4f оболочки.

Планируемые показатели лаборатории на финансовый год: Публикации в научных журналах, индексируемых в международных базах научного цитирования (Web of Science Core Collection и (или) Scopus) - 20 публикаций.

Использование оборудования Научного парка СПбГУ: В 2024 году планируется использование оборудования следующий ресурсных центров Научного парка СПбГУ:
1) Ресурсный центр “Физические методы исследования поверхности”
2) Междисциплинарный ресурсный центр по направлению "Нанотехнологии"
3) Ресурсный центр "Вычислительный центр"
4) Ресурсный центр "Центр диагностики функциональных материалов для медицины, фармакологии и наноэлектроники"

Сайт лаборатории: https://spin.lab.spbu.ru/