Структурная эволюция самоорганизующихся твердотельных систем (на мезо- и атомарном уровнях)НИР

Structurre

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
14 1 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. Структурная эволюция самоорганизующихся твердотельных систем (на мезо- и атомарном уровнях)
Результаты этапа: Проведено обобщение теоремы Ван Циттерта-Цернике на случай источника излучения с произвольными пространственной и временной когерентностью. Проведен теоретический анализ трансформации функции пространственно-временной когерентности в плоскости наблюдения в зависимости от расстояния до источника, его размеров, длины пространственной когерентности и времени когерентности излучения источника и т.п. Показано, например, что форма функции когерентности начинает отличаться от исходного гауссова вида. Более того, оказывается, что эта функция зависит еще и от выбора точки в поперечной плоскости. Развита многоволновая динамическая теория дифракции нейтронов на движущейся решетке, в какой-то степени удовлетворяющая этому требованию. Она основана на методе связанных медленно меняющихся амплитуд и учитывает взаимное влияние волн разных порядков по мере прохождения нейтронов в глубь 3D фазовой решетки. Проведен анализ понятия группового времени задержки (ГВЗ) при отражении электромагнитных волн и нейтронов от резонансных и нерезонансных сред и слоистых структур. Рассмотрена связь ГВЗ с временной задержкой импульсов и пространственным продольным сдвигом пучков. Проведены теоретические исследования, методами первопринципной молекулярной динамики, свойств атомной и электронной структуры нанопроводов и наноконтактов на основе одномерных цепочек атомов металла (Au, Pd и Pt) между двумя электродами в присутствии магнитных примесей 3d-металлов. В рамках проекта дополнительно были проведены теоретические исследования смешанных 3d-Pd, 3d-Pt, 3d-Au нанопроводов из атомов благородных (Au) и переходных (Pd, Pt) металлов с атомами магнитных 3d элементов (V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni). Проведено расширенное исследование процесса образования монатомных цепочек Mn, Fe и Co, и их магнитных свойств на реконструированной поверхности Cu3N-Cu(110). Проведено расширенное исследование электронных и магнитных свойств монатомных нанопроводов Co на поверхности Cu(210) и реконструированной поверхности (2x1)O-Cu(210). Проведено исследование из первых принципов свойств магнитной анизотропии монатомных проводов и монослоя Fe на поверхности Ir(110) с учетом спин-орбитального взаимодействия между проводом и подложкой и в присутствии примеси газа (кислорода). Проведено исследование электронных и магнитных свойств металл-оксидных проводов Mn и Ni на вицинальной поверхности Rh(553). Проведены исследования стабильности структурных изгибов углеродных цепочек, входящих, как структурные блоки, в состав углеродного плёночного материала - ориентированных плёнок линейно-цепочечного углерода (ЛЦУ). Предложена методика расчета упругих постоянных щелочных ОЦК металлов с применением радиальных и тангенциальных силовых постоянных, рассчитанных из зависимости потенциала парного межатомного взаймодействия от расстояния. Закончено исследование изменения профиля намагниченности по глубине многослойного образца [57Fe (3.0 нм)/Cr (1.2 нм)]10 с антиферромагнитным межслойным упорядочением под действием поля, изменяющегося от 0 Ое до 1500 Ое, в результате комплексной обработки совокупности экспериментальных данных (угловых зависимостей мгновенного и задержанного (ядерно-резонансного) отражения, а также временных спектров ядерно-резонансного отражения в разных порядках брэгговского отражения), измеренных на синхротроне SPring8. Проведены рентгендифракционные исследования исходно деформированного однофазного образца сплава Pd-25.5ат.%Ni, который электролитически насыщался водородом, в процессе его 500-часовой релаксации. Предложена и применена рентгендифракционная методика моделирования распределения легирующего компонента по глубине его залегания в матрице водородсодержащего сплава на основе анализа интегральной интенсивности, формы и ширины дифракционных максимумов двух порядков отражения. Написана компьютерная программа и проведено численное моделирование интенсивности поверхностной электромагнитной волны оптического диапазона длин волн, возбуждаемой в тонкой пленке (толщина пленки много меньше длины волны возбуждающего оптического излучения), расположенной на поверхности одномерной периодической многослойной структуры ( одномерного фотонного кристалла). Проанализированы угловое положение (или длина волны) при которой возникает поверхностная волна в зависимости от толщины тонкой плёнки и материала из которого она изготовлена. Исследована возможная минимальная толщина плёнки, при которой ещё возможно возбуждение поверхностной волны. Исследовано влияние негативно заряженных структурных дефектов на формирование ферромагнетизма при комнатной температуре в пленках диксида титана, допированного атомами ванадия (1ат.%), обладающими различной проводимостью. Исследовано распределение магнитных моментов в интерметаллиде Lu2Fe16.5Ru0.5 (TN = 208K) при частичном замещении атомов железа атомами рутения. Проанализирована спектральная зависимость положения брэгговского максимума в условиях резко асимметричной дифракции в рамках кинематического и динамического приближения теории дифракции. На синхротроне ESRF (Гренобль, Франция) был выполнен эксперимент по наблюдению интерференции магнитного и многоволнового рассеяния рентгеновских лучей в гематите при энергии падающего излучения вблизи К-края поглощения железа. На синхротроне ESRF(Гренобль, Франция) проведен эксперимент по измерению кругового дихроизма в резонансном рассеянии рентгеновского излучения на монокристалле метабората меди. Изучено влияние гидрирования на структуру и физические свойства ряда высокочистых редкоземельных металлов и их сплавов. Осуществляется непрерывный поиск новых материалов для постоянных магнитов, магнитострикторов, хладоагентов для магнитных рефрижераторов и датчиков различного назначения (термодатчиков, датчиков давления водорода и т.д.) Проведены исследования упругих свойств ряда керамик и монокристаллов высокотемператур-ных сверхпроводников. Напряжения несоответствия и термо-упругие напряжения в ВТСП слоев 1-2-3, выращенных на различных подложках, рассматривались с использованием данных ультразвуковых измерений модуля Юнга в YBa2Cu3O7-x. Впервые учитывался вклад напряже- ний несоответствия в формирование деформации слоев ВТСП. Разработан способ синтеза металл-полимерных композитов, представляющих собой пространственно стабилизированные в матрице полимера частицы механосинтезированного магнитострикционного сплавав FeGa. Изучено влияние формирования локальной структуры частиц на этапах механоактивации порошковых прекурсоров Fe/Zr и Fe2O3/(Fe/Zr) на микроструктуру нанокомпозитов Fe2O3/Fe/Zr/ZrO2, синтезируемых в режиме горения в процессе СВС. Методами рентгендифракционного анализа, мессбауэровской спектроскопии и электронной сканирующей микроскопии исследованы синтезированные полититаны калия (ПТК), затем протонированные в водном растворе серной кислоты, а затем интеркалированные ионами железа.
15 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. Структурная эволюция самоорганизующихся твердотельных систем (на мезо- и атомарном уровнях)
Результаты этапа: • Выполнено преобразование пакета программ REFTIM в REFSPC для обработки результатов ядерно-резонансных экспериментов на синхротроне в Гренобле. • Проведены расчеты поляризационных свойств зеркально отраженного излучения от анизотропных сред. • Проанализирована роль модуля и аргумента коэффициентов дискретного Фурье-преобразования при анализе изображений тестовых объектов и изображений дефектов структуры монокристаллов, теоретически рассчитанных по модифицированным уравнениям Инденбома-Чамрова, а также по экспериментальным данным, полученным методов рентгеновской топографии. • Проведен анализ понятия группового времени задержки (ГВЗ) при отражении электромагнитных волн и нейтронов от резонансных и нерезонансных сред и слоистых структур. Рассмотрена связь ГВЗ с временной задержкой импульсов и пространственным продольным сдвигом пучков. Обсуждены возникающие при этом мнимые парадоксы и влияние ГВЗ на форму отраженных импульсов и пучков. • Проведено моделирование резкой асимметрии мессбауэровских спектров отражения, измеренных вблизи «магнитного» максимума отражения от антиферромагнино-упорядоченной многослойной структуры [57Fe/Cr]. • Проведено измерение зависимости интенсивности запрещенного отражения 002 в кристалле КДП от температуры в интервале 80 К-400К при энергии падающего излучения, близкой к К-краю фосфора. • На синхротроне PETRA III (Гамбург, Германия) были проведены измерения набора многоволновых рефлексов Реннингера для право- и левокругополяризованного излучения в метаборате меди CuB2O4 в интервале температур 10-20К. • На синхротроне ESRF была исследована локальная электронная структура ионов меди в кристалле метабората меди CuB2O4 с использованием поляризационно зависимой спектроскопии поглощения рентгеновского излучения. Измерен рентгеновский естественный круговой дихроизм (XNCD) вблизи K-края поглощения меди в направлении, перпендикуляр¬ном оси с кристалла. Полученные данные свидетельствуют о наличии p-d гибридизованных электронных состояний меди. С помощью теоретических расчетов удалось разделить вклады в спектры поглощения и рентгеновского кругового дихроизма, от двух кристаллографически неэквивалентных позиций атомов меди в элементарной ячейке CuB2O4. • Проведены расчеты ближней тонкой структуры спектра поглощения меди в метаборате меди, а также спектра рентгеновского естественного кругового дихроизма, ранее измеренные на синхротроне ESRF. • Развита модель, позволяющая описать перестройку энергетических спектров запрещенных отражений калия в дигидрофосфате калия как результат интерференции трех вкладов; диполь-квадрупольного, термоиндуцированного и вклада, соответствующего мгновенным конфигурациям, образованным атомами водорода. • Проведены структурные исследования в рамках интеграционной программы РАН по созданию новых конструкционных и функциональных материалов на базе нанотехнологий по изучению механизмов взаимодействия реагентов на этапах технологической цепочки синтеза функциональных композитных порошковых железосодержащих материалов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза с использованием механоактивированных прекурсоров (МА СВС). Исследования выполнены на дифрактометре, закупленном по Программе развития МГУ. • Проведены исследования механохимического взаимодействия в тройных системах при взаимодействии твердых и жидких металлов. Методами мессбауэровской спектроскопии, рентгеновской дифракции, электронной сканирующей и просвечивающей микроскопии проведены структурные исследования механохимического взаимодействия железа с жидкой эвтектикой Ga-In с образованием композитных частиц Fe-Ga-In. Изучены их морфологические и магнитные характеристики. Исследования выполнены на дифрактометре, закупленном по Программе развития МГУ. • Проведено исследование состояния длительной релаксации фольги сплава Pd-5.3ат.%In-0.5ат.%Ru после ее электролитического гидрирования. • Методами высокоразрешающей рентгеновской рефлектометрии, резер¬фордовского обратного рассеяния и спектральной эллипсометрии проведены исследования структурных изменений в приповерхностных слоях подложек Si(001), подвергнутых воздействию плотной гелиевой импульсной плазмы с энергией ионов 2-5 кэВ и дозой D = 6×1015 – 5×1017 см –2. Показано, что совместное применение указанных методов исследования позволяет опреде¬лить распределение плотности (z) по глубине слоя, его фазовое состояние и элементный состав. Установлено, что в результате обработки подложек кремния в гелиевой плазме при дозах 6×1016 см-2 вблизи поверхности формируется аморфизованный слой толщиной 20-30 нм с плотностью близкой к плотности кремния. С увеличением дозы ионов гелия происходит формирование внутреннего пористого слоя.
16 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Структурная эволюция самоорганизующихся твердотельных систем (на мезо- и атомарном уровнях)
Результаты этапа: Получены данные о линейной и нелинейной динамике лазерных импульсов при динамической дифракции в фотонных кристаллах. Получены данные о влиянии гидрирования на свойства высокочистых редкоземельных металлов со структурой композитного типа и соединений RFe2. Разработать пакет программ REFTIM для обработки ядерно-резонансных экспериментов с мессбауэровским изотопом Dy161, запланированных на синхротроне в Гренобле и обработать спектры, полученные в 2015 г. в трех экспериментальных сессиях на синхротронах ESRF и PETRA. Получены данные по резонансной дифракции кругополяризованного синхротронного излучения в метаборате меди при температуре ниже 20 К на синхротроне ESRF Установить взаимосвязь условий синтеза сложных конденсированных систем с их физико-химическими характеристиками. Разработать дополнительные модули к пакету программ REFTIM, предназначенных для обработки ядерно-резонансных экспериментов с мессбауэровским изотопом Dy161, которые планируются начать совместно с ИФМ Уро РАН на синхротроне в Гренобле.
17 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Структурная эволюция самоорганизующихся твердотельных систем (на мезо- и атомарном уровнях)
Результаты этапа: Получены данные о характере распространения пучков и пространственно ограниченных лазерных импульсов в фотонных PT-симметричных кристаллах в геометрии дифракции по Лауэ Установлены условия формирования нового типа эффективной квазисинхронной генерации второй гармоники лазерного излучения за счет неоднородной локализации поля накачки при маятниковом эффекте в дифракционно толстых фотонных кристаллах. Получены модели процессов роста полупроводниковых наностуктур на основе новых методов , позволяющих преодолеть основные ограничения , связанные с пространственными и временными масштабами; Определена роль локальных колебаний и выяснение влияния дальнего порядка изотопов на энергетический спектр фононов для ВТСП и классических сверхпроводников. Установлены условия, при которых формируются структуры с практически важными реакционными и механическими свойствами.
18 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Структурная эволюция самоорганизующихся твердотельных систем (на мезо- и атомарном уровнях)
Результаты этапа: Проведены теоретические исследования взаимосвязи изотопического эффекта и особенностей и электрон-фононного взаимодействия в ВТСП и классических сверхпроводниках. Проведены теоретические исследования взаимосвязи изотопического эффекта особенностей и электрон-фононного взаимодействия в ВТСП и классических сверхпроводниках. Созданы компьютерные программы для моделирования кривых зеркального отражения и прохождения света через периодический одномерный фотонный кристалл с многократными разделительными слоями. Созданы компьютерные программы для моделирования кривых зеркального отражения и прохождения света через периодический одномерный фотонный кристалл с многократными разделительными слоями. Изучено влияние внешних электрических полей на структуру и свойства наносистем. Изучено влияние внешних электрических полей на структуру и свойства наносистем Развита теория двухстадийной линии задержки фемтосекундных импульсов рентгеновского лазера на свободных электронах (РЛСЭ) на основе двухкристальной схемы брэгговской дифракции, которая учитывает реальную пространственную и временную когерентность падающих импульсов Европейского РЛСЭ (Гамбург, Германия). Развита теория двухстадийной линии задержки фемтосекундных импульсов рентгеновского лазера на свободных электронах (РЛСЭ) на основе двухкристальной схемы брэгговской дифракции, которая учитывает реальную пространственную и временную когерентность падающих импульсов Европейского РЛСЭ. Проведены исследования металло-полимерных композитов методом ядерно-резонансного рассеяния синхротронного излучения в рамках поддержанного проекта на станции европейского синхротронного центра ESRF (Гренобль, Франция). Проведены исследования металло-полимерных композитов методом ядерно-резонансного рассеяния синхротронного излучения в рамках поддержанного проекта на станции европейского синхротронного центра ESRF (Гренобль,Франция). Разработаны алгоритмы и отлажены программы малоуглового рассеяния в скользящей геометрии (GISAXS метод) для кластерно-периодических мультислоев. Разработаны алгоритмы и отлажены программы малоуглового рассеяния в скользящей геометрии (GISAXS метод) для кластерно-периодических мультислоев. Проведено определение вероятностей мгновенных конфигураций, образованных атомами водорода в параэлектрической фазе, и сделано сравнение с результатами, полученными ранее для К-края калия. Проведено определение вероятностей мгновенных конфигураций, образованных атомами водорода в параэлектрической фазе, и сделано сравнение с результатами, полученными ранее для К-края калия. Проведены структурные и магнитные исследования коллекций образцов ископаемых минералов, сформировавшихся в результате биоорганической активности бактерий и других микроорганизмов. Проведены структурные и магнитные исследования коллекций образцов ископаемых минералов, сформировавшихся в результате биоорганической активности бактерий и других микроорганизмов.
19 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Структурная эволюция самоорганизующихся твердотельных систем (на мезо- и атомарном уровнях)
Результаты этапа: Проведены теоретические исследования взаимосвязи изотопического эффекта особенностей электрон-фононного взаимодействия в ВТСП и классических сверхпроводниках. Проведены теоретические исследования взаимосвязи изотопического эффекта особенностей и электрон-фононного взаимодействия в ВТСП и классических сверхпроводниках. Созданы компьютерные программы для моделирования кривых зеркального отражения и прохождения света через периодический одномерный фотонный кристалл с многократными разделительными слоями. Созданы компьютерные программы для моделирования кривых зеркального отражения и прохождения света через периодический одномерный фотонный кристалл с многократными разделительными слоями. Изучено влияние внешних электрических полей на структуру и свойства наносистем. Изучено влияние внешних электрических полей на структуру и свойства наносистем Продолжено развитие теории двухстадийной линии задержки фемтосекундных импульсов рентгеновского лазера на свободных электронах (РЛСЭ) на основе двухкристальной схемы брэгговской дифракции, которая учитывает реальную пространственную и временную когерентность падающих импульсов Европейского РЛСЭ (Гамбург, Германия). Развита теорию двухстадийной линии задержки фемтосекундных импульсов рентгеновского лазера на свободных электронах (РЛСЭ) на основе двухкристальной схемы брэгговской дифракции, учитывающая реальную пространственную и временную когерентность падающих импульсов Европейского РЛСЭ. Проведены исследования металло-полимерных композитов методом ядерно-резонансного рассеяния синхротронного излучения в рамках поддержанного проекта на станции европейского синхротронного центра ESRF (Гренобль, Франция).Проведены исследования металло-полимерных композитов методом ядерно-резонансного рассеяния синхротронного излучения в рамках поддержанного проекта на станции европейского синхротронного центра ESRF (Гренобль,Франция). Разработаны алгоритмы и отлажены программы малоуглового рассеяния в скользящей геометрии (GISAXS метод) для кластерно-периодических мультислоев. Разработаны алгоритмы и отлажены программы малоуглового рассеяния в скользящей геометрии (GISAXS метод) для кластерно-периодических мультислоев. Проведено определение вероятностей мгновенных конфигураций, образованных атомами водорода в параэлектрической фазе, и сравнение с результатами, полученными ранее для К-края калия. Проведено определение вероятностей мгновенных конфигураций, образованных атомами водорода в параэлектрической фазе, и сравнение с результатами, полученными ранее для К-края калия. Проведены структурные и магнитные исследования коллекций образцов ископаемых минералов, сформировавшихся в результате биоорганической активности бактерий и других микроорганизмов. Проведены структурные и магнитные исследования коллекций образцов ископаемых минералов, сформировавшихся в результате биоорганической активности бактерий и других микроорганизмов.
20 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. Структурная эволюция самоорганизующихся твердотельных систем (на мезо- и атомарном уровнях)
Результаты этапа:
21 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. Структурная эволюция самоорганизующихся твердотельных систем (на мезо- и атомарном уровнях)
Результаты этапа: Исследованы возможности распространения локализованных лазерных импульсов в квази-PT-симметричных фотонных кристаллах с неоднородно уширенной линией резонанса в условиях брэгговской дифракции в геометрии Брэгга. Развита многоволновая теория дифракции коротких лазерных импульсов в одномерных PT-симметричных фотонных кристаллах и описание сингулярностей в зеркальном отражении на основе точных рекуррентных соотношений Парратта. Проведена теоретическая интерпретация экспериментальных данных по дифракции нейтронов на периодической решетке, созданной при возбуждении в кристалле поверхностной бегущей и стоячей акустических волн. Проведены исследования из первых принципов абсорбции водорода на основе экспериментальных данных полученных при допировании дейтерием оксидной пленки VO2 с тетрагональной структурой и сдвигов атомов кислорода из регулярных позиций в тетрагональной пленке VO2 в процессе фазового перехода «металл-диэлектрик». Исследована динамика переключения атомных спинов магнитных наноструктур в рамках обобщенного спинового гамильтониана с применением системы компьютерной алгебры и изучение возникновения квантового запутывания и квантового возрождения в процессе динамики атомных спинов квантовых цепочек. Завершена обработка спектров, полученных методом мёссбауэровской синхротронной рефлектометрии на Европейском синхротроне для многослойных образцов [57Fe/V]20 иb [Fe/Cr]. Продолжено изучение влияния внешних воздействий: электрического поля и акустических колебаний на структуру и свойства функциональных материалов. При условии снятия ограничений из-за пандемии будут выполнены эксперименты по изучению влияния ультразвуковых колебаний, возбуждаемых в парателлурите, на азимутальную и энергетическую зависимость запрещенных отражений и смоделировать процессы, происходящие в приповерхностном слое, возникающие при возбуждении ультразвуковых колебаний. Адаптированы разработанные методы анализа синхротронных данных на язык программирования Python и подготовлен дидактический материал по обработке и визуализации синхротронных данных. Проведены исследования эффективности дисперсных катализаторов на основе Fe3O4. Проведено изучение влияния способа получения на структуру и функциональные свойства частиц ферритов и содержащих их полимерных композитов (Работа в рамках проекта РФФИ). Исследованы магнитоактивные металл-полимерные композиты, содержащие частицы высокомагнитострикционных соединений. Проведены теоретические исследования локализованных стоячих рентгеновских волн с целью определения возможности их возбуждения в эксперименте и получена информация о структуре границы раздела сверхрешетка/пленка. Проведены численные моделирования и анализ обнаруженных спин-позиционных членов в сечениях поглощения и рассеяния. Разработано новое программное обеспечение для прогнозирования локальных радиационных условий функционирования бортовой радиоэлектронной аппаратуры космических аппаратов во время полета. Исследованы влияния атомов легких элементов внедрения на свойства высокочистых редкоземельных металлов, а также их сплавов и соединений. Теоретически исследованы аномальные упругие свойства поликристаллического титана в области температурно-индуцированного электронно-топологического перехода Лифшица (ЭТП). Изучены сопряжения кристаллических решеток при превращениях в кристаллах мартенсита. Разработан метод модельного потенциала для решения проблемы знака ближнего порядка в бинарных сплавах.
22 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. Структурная эволюция самоорганизующихся твердотельных систем (на мезо- и атомарном уровнях)
Результаты этапа: Запланированные на 2022 год научно-исследовательские работы выполнены полностью. Результаты НИР были доложены на международных и национальных конференциях, опубликованы в рецензируемых научных журналах.
23 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. Структурная эволюция самоорганизующихся твердотельных систем (на мезо- и атомарном уровнях)
Результаты этапа: В соответствии с техническим заданием, целью исследований в 2023 году было: проведение обновления программы обработки спектров и угловых зависимостей мессбауэровского отражения для учета селекции по поляризации отраженного пучка; продолжение работы по интерпретации спектров мессбауэровского отражения, измеренных ранее на ESRF с поляризационным анализом; дальнейшее развитие статистической теории формирования изображения составными преломляющими рентгеновскими линзами с шероховатыми поверхностями и случайными флуктуациями объемной плотности; продолжение комплексных экспериментальных исследований по установлению особенностей структурно-фазовых, механических и трибологических характеристик вакуумных покрытий, полученных методом магнетронного напыления, в зависимости от типа используемой мишени и содержания газовой смеси; продолжение экспериментальных исследований по использованию различных видов ионизирующих излучений для радиационной обработки продуктов питания с целью установления доз облучения, приводящих к увеличению срока пригодности их употребления; исследование динамики переключения атомных спинов магнитных наноструктур 3d-переходных металлов; проведение экспериментальных исследований механосинтезированных композиционных материалов, содержащих активированные металлы, оксиды, карбиды и полимеры, разной взаимной концентрации; проведение экспериментальных исследований частиц ферритов для использования в качестве компонент композиционных материалов биомедицинского назначения; проведение комплексных структурных, мессбауэровских и магнитных исследований нанокатализаторов на основе наночастиц Fe; продолжение работ по изучению поляризационных эффектов в поглощении и резонансной дифракции синхротронного излучения с конденсированными средами; построение математической модели для описания экспериментально наблюдавшегося эффекта быстрого изменения давления воздуха в окрестности проводника при изменении протекающего в нем электрического тока; разработка и исследование свойств новых высокоэффективных материалов для магнитного охлаждения и для постоянных магнитов; усовершенствование алгоритма расчета возможности сопряжения анизотропных структур и расчета индексов габитусной плоскости. В результате проведенных в 2023 году исследований: 1. Было проведено обновление программы обработки спектров и угловых зависимостей мессбауэровского отражения для учета селекции по поляризации отраженного пучка. Обновленное программное обеспечение использовалось при интерпретации спектров мессбауэровского отражения, измеренных ранее на ESRF с поляризационным анализом. 2. Были продолжены работы по интерпретации спектров мессбауэровского отражения, измеренных ранее на ESRF с поляризационным анализом. Ультратонкие монокристаллические пленки Y57FeO3, изготовленные в Институте физики металлов УрО РАН, являются уникальными объектами исследования, также, как и эксперимент по измерению ядерно-резонансной рефлекометрии, проведенный на ESRF в интервале температур от 3.6 до 773K. В результате обработки данных эксперимента прослежена эволюция спектров мессбауэровских спектров отражения от набора ультратонких монокристаллических пленок ортоферрита Y57FeO3 разной толщины с изменением температуры в интервале от 3.6 до ~773K, характеризующая последовательность изменения магнитных состояний. Получены значения температуры Нееля и критического параметра. Анализ изменения соотношения интенсивностей линий в зеемановском секстете с температурой позволяет проследить за последовательным разворотом направления антиферромагнитных осей в Y57FeO3 к плоскости поверхности при увеличении температуры, а также при уменьшении толщины пленки. Проанализировано проявление эффектов преломления и фарадеевского вращения плоскости поляризации линейно поляризованного рентгеновского излучения при отражении от резонансной пленки. Показано, что, когда намагниченность ориентирована в направлении пучка излучения, магнитные добавки к восприимчивости не влияют на фазовые сдвиги между волнами, отраженными от поверхности и подложки, но определяют появление в отраженном пучке «ортогональной поляризации», что соответствует повороту плоскости поляризации. Поворот плоскости поляризации максимален для критического угла полного внешнего отражения и характеризуется осциллирующей зависимостью от угла скольжения. Изученные изменения магнитных параметров при переходе от объемных образцов к ультратонким пленкам является важным результатом (иногда решающим) при их использовании в микроэлектронике (спинтроники). Обнаруженные поляризационные особенности резонансного отражения могут использоваться для варьирования состояния поляризации пучков рентгеновского излучения. 3. Было проведено дальнейшее развитие статистической теории формирования изображения составными преломляющими рентгеновскими линзами с шероховатыми поверхностями и случайными флуктуациями объемной плотности. Цели и задачи исследования заключались в проведении анализа влияния случайных объёмных неоднородностей плотности материала и шероховатостей поверхностей на фокусировку составными преломляющими рентгеновскими линзами. Расчеты проводились в рамках статистической волновой оптики. Источник рентгеновского излучения характеризовался размером и функцией пространственной (поперечной) когерентности с произвольной длиной когерентности. Флуктуации плотности вещества в объеме параболических двояковогнутых рентгеновских линз описывались двумерными корреляционными функциями с соответствующими продольной и поперечной длинами корреляции. Полученные конкретные результаты – на основе развитой теории рассчитано пространственное распределение полной интенсивности поля (суммы когерентной и малоугловой диффузной составляющих) в фокальной плоскости составной рентгеновской линзы в зависимости от статистических параметров источника синхротронного излучения и расстояния от него до линзы, от среднеквадратичной величины отклонения флуктуаций плотности от среднего значения, от длин корреляции объемных и поверхностных неоднородностей, а также от материала и количества линз. Актуальность и перспективы определяются возможностью более корректной интерпретации экспериментальных результатов по измерению размера фокуса и рекомендациями по выбору материала линз, геометрической и эффективной апертуры, радиуса линз в точке вершины, числа индивидуальных линз, расстояний от источника и других параметров падающего синхротронного излучения. Новизна – ранее такие теоретические исследования не проводились. 4. Были продолжены комплексные экспериментальные исследования по установлению особенностей структурно-фазовых, механических и трибологических характеристик вакуумных покрытий, полученных методом магнетронного напыления, в зависимости от типа используемой мишени и содержания газовой смеси. Знание структурно-фазового состояния износостойких упрочняющих покрытий способствует увеличению ресурса их работы в сложных условиях трения, циклического нагружения и воздействия активных сред. В отчетном периоде было проведено комплексное исследование (рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия, рентгенофазовый анализ, рамановская спектроскопия) четырех образцов, полученных методом катодного распыления циркониевой мишени в атмосфере азота и аргона в присутствии небольшого количества кислорода и углерода на стальную подложку. В каждом из четырех образцов покрытий было обнаружено 5 фаз : ZrN, ZrN0.99, ZrC, ZrO и фаза чистого Zr. Установлено, что исследованные покрытия являются алмазоподобными, имеют многокомпонентную нанокомпозитную структуру на основе нитридной, карбидной и оксидной фаз циркония и гидрогенизированного аморфного углерода. Для всех образцов покрытий максимальные размеры областей когерентного рассеяния соответствуют фазам ZrO и Zr, а минимальные - фазе ZrN0.99 . Во всех фазах покрытий присутствуют микронапряжения, как сжимающие, так и растягивающие. Полученные результаты (многофазовый состав, большая доля нитридных фаз и наличие углеродных кластеров преимущественно с sp-3 гибридизацией) позволяют заключить, что полученные покрытия обладают высокими трибологическими характеристиками (низким коэффициентом трения и высокой работоспособностью). Проверка данного заключения будет проведена в следующем отчетном году. 5. Были продолжены экспериментальные исследования по использованию различных видов ионизирующих излучений для радиационной обработки продуктов питания с целью установления доз облучения, приводящих к увеличению срока пригодности их употребления. При хранении свежих овощей и фруктов часто проводят дезинфекцию, чтобы предотвратить размножение бактерий. Для этих целей применяются химикаты, которые вредят экологии и здоровью. Высокоэнергетическая электронная и рентгеновская обработка пищевых продуктов может быть использована для продления срока их хранения и борьбы с вредителями и патогенами. Для оценки доз облучения пищевых продуктов в настоящее время применяют несколько инструментальных методов, но эти методы сложны и трудоемки, требуют дорогостоящего оборудования и не всегда позволяют определять малые дозы, тогда как при использовании рентгеновской и электронной обработки необходимо строго контролировать поглощенную дозу радиации и держать ее в требуемом диапазоне: достаточном для уничтожения бактерий, но недостаточном для нанесения вреда при использовании в пище или ухудшения вкуса облученного продукта. Целью исследования была разработка простого метода обнаружения облучения клубней картофеля разных сортов и оценки их доз облучения. Была использована стратегия метода «отпечатков пальцев», которая не предполагает количественного определения какого-либо соединения; вместо этого измеряют скорость индикаторных реакций с участием карбоцианиновых красителей. Содержание красителя контролировали по интенсивности его флуоресценции в ближнем инфракрасном диапазоне и поглощению видимого света. Было установлено, что картофель, не подвергавшийся обработке, и картофель, облученный разными дозами (10, 100, 1000, 5000 или 10 000 Грей), можно отличить с помощью линейного дискриминантного анализа. Оказалось, что, порядок величины поглощенной дозы можно оценить с точностью 89% ± 3% для смеси клубней двух сортов картофеля, облученных электронным пучком, или с точностью 95% ± 8% для одного сорта картофеля, облученного рентгеновским излучением Примененный метод является универсальным и в будущем позволит контролировать состав любых других продуктов, дезинфицированных с помощью ионизирующих излучений. 6. Была исследована динамика переключения атомных спинов магнитных наноструктур 3d-переходных металлов. Под мезоскопическим несоответствием принято понимать деформации поверхности и осажденных на них наноструктур, вызванные многочисленными эффектами, связанными с конечными размерами системы или принципиальным несовпадением параметров решётки составляющих её материалов. Как известно, не только в гетероэпитаксиальных, но и в гомоэпитаксиальных системах наблюдаются сложные и высокоанизотропные поля деформаций как в подложке, так и в осаждённой наноструктуре. В свою очередь, деформации решётки и магнетизм тесно связаны магнитоупругой связью, что отражается в зависимости магнитной анизотропии от деформаций. На примере линейных кластеров из атомов ферромагнитных металлов на поверхности Cu2N/Cu(001) проводилось моделирование переключение намагниченности с помощью уравнения Ландау-Лифшица-Гильберта. Предпринимается попытка выявить особенности перемагничивания цепочек в зависимости от начальной конфигурации спинов атомов и энергетических параметров. 7. Были проведены экспериментальные исследования механосинтезированных композиционных материалов, содержащих активированные металлы, оксиды, карбиды и полимеры, разной взаимной концентрации. Методами мессбауэровской спектроскопии, рентгеновской дифракции, электронной микроскопии было проведено комплексное исследование механизмов структурных превращений в процессах механохимического синтеза порошковых композиционных материалов на основе карбидов и интерметаллических соединений. Металломатричные композиты, содержащие в матрице металла (сплава) керамические частицы, считаются перспективными материалами, обладающими повышенными механическими и триботехническими свойствами. Среди них композиты Fe-TiC уже более двух десятилетий активно используются в различных сферах промышленности благодаря сочетанию высокой износостойкости и ударной вязкости. Карбид титана, вследствие высокой твердости, химической и термической стабильности, а также хорошей смачиваемости железной матрицей, может оказывать как армирующее, так и абразивное воздействие. Сочетание магнитных и абразивных свойств вызывает интерес к их применению в качестве рабочей среды для магнитно-абразивной обработки (МАО). Особый интерес вызывают ферроабразивные алмазосодержащие композиты, которые перспективны для прецизионного полирования методом МАО. Однако слабая адгезия на границе раздела алмаза и железа приводит к быстрому выкрашиванию зерна и потери работоспособности порошка. В этом случае введение титана как адгезионно-активного металла является перспективным для повышения стойкости порошков композита за счет химического взаимодействия с образованием карбида титана. В результате структурных исследований установлено, что растворимость титана в железе при механическом сплавлении может быть повышена до 20 мас. % за счет измельчения структуры до наноуровня кристаллитов 8-14 нм и зернограничного взаимодействия. При повышении содержания титана до 40 мас. % его растворимость с образованием зернограничного твердого раствора при МАО снижается, что связано со снижением его способности к диспергированию с сохранением включений кристаллической фазы титана до 10 мас.%. Установлено, что карбид титана взаимодействует с железом при 2 мин механоактивации с его обеднением углеродом и образованием композиционной структуры железа и зернограничной фазы неупорядоченного твердого раствора Fe(C,Ti). Установлено, что в условиях механической активации составов Fe/Ti-алмаз титан повышает реакционную способность механокомпозита в 2 раза и приводит к растворению углерода и титана в железе с формированием фаз объемного твердого раствора, зернограничного и карбидов железа, титана с общим содержанием до 67%. В результате синтеза в смесях Fe/Ti-алмаз получены композиционные порошки железо/алмаз с металломатричной структурой в диапазоне размеров композиционных частиц 1–25 мкм и размером алмаза 0,5 мкм. Установлено, что для получения порошков ферроабразивных композитов Fe/алмаз целесообразно использовать механосинтезированные сплавы Fe/Ti c содержанием титана не более 20%. 8. Были проведены экспериментальные исследования частиц ферритов для использования в качестве компонент композиционных материалов биомедицинского назначения. Интерес к ферритам связан с возможностью получения составов с контролируемыми электромагнитными свойствами в широком интервале параметров, подходящих для высокочастотных радиоприборов, сенсоров, систем магнитной памяти, магнитных жидкостей, спинтроники, биомедицинского применения, а также каталитических систем, систем очистки реакционных масс. Несмотря на многочисленные методы, которыми получают частицы ферритов, получение чистых по составу ферритов и с заданным распределением по размерам все еще трудоемкая и сложная задача, зависящая от целого ряда факторов. Перспективным методом получения чистых по составу частиц ферритов за считанные минуты, имеющих фазовую однородность и распределение по размерам, является метод растворного горения. В отчетный период методами рентгеновской дифрактометрии, мессбауэровской спектроскопии и спектроскопии комбинационного рассеяния, магнитных измерений полевых и температурных зависимостей намагниченности проведено исследование наноразмерных частиц магниевого феррита MgFe2O4 со структурой шпинели, полученных методом глицин-нитратного горения. Установлены диапазоны размеров частиц с разным магнитным поведением от ферри- до суперпарамагнитного, что позволяет объяснить магнитотепловые характеристики синтезированных частиц. Методами рентгеновской дифрактометрии, рамановской и мессбауэровской спектроскопии, измерением полевых и температурных зависимостей намагниченности насыщения и магнитокалорических эффектов в переменном магнитном поле проведено комплексное исследование влияния легирования алюминием на кристаллическую структуру, магнитные и магнитотермические свойства частиц железо-иттриевого граната, полученных методом коллоидной химии. Результаты проведенных исследований показали, что селективность ионов алюминия к замещению железа в оном из двух возможных кислородных окружениях в кристаллической решетке граната может быть чувствительна как к методу приготовления и термической обработке, так и к концентрации легирующего элемента. Установлено, что легирование алюминием приводит к ослаблению суперобменного взаимодействия в субмикронных частицах граната, что обусловлено распределением алюминия по двум кислородным окружениям в кристаллической решетке. Установлено, что легированием немагнитными катионами структуры граната возможно модулировать величину разогрева частиц в переменном магнитном поле. Интерес к магнитным наночастицам оксида железа (магнетита) обусловлен их высоким потенциалом в области биомедицины (адресной доставки лекарств, магнитной гипертермии). Интересным с фундаментальной и практической точки зрения является спин-вортексное состояние, обнаруженное в субмикронных частицах магнетита, которое может быть использовано при оптимизации практических свойств. В отчетный период проведены мессбауэровские и магнитные исследования наноразмерных частиц кубической формы (кубиков) магнетита, синтезированных гидротермальным методом. Анализ диаграмм кривых перемагничивания (FORC) при разных температурах показал формирование и аннигиляцию спинового вихря в образцах. Анализ профиля мессбауэровских спектров, снятых при разных температурах в модели, включающей представление кристаллической и магнитной структуры магнетита с выявлением размерных эффектов, стехиометрии частиц и их поверхностных состояний, позволила получить дополнительную информацию о факторах, влияющих на особенности магнитного поведения образцов. 9. Были проведены комплексные структурные, мессбауэровские и магнитные исследования нанокатализаторов на основе наночастиц Fe. Были проведены рентгеновские и мессбауэровские структурные исследования, а также магнитные исследования полученных на разных этапах синтеза наноразмерных продуктов на основе окислов железа при использовании в качестве диспергирующей среды силикагеля SiO2 с порами фиксированного размера (30нм, 15 нм и 10нм). Это позволило проследить цепочку происходящих в процессе синтеза восстановительных и окислительных процессов в порах силикагеля FeNO3 – α-Fe2O3 – Fe3O4 – γ-Fe2O3 и выявить особенности этих превращений, характерные для разных размеров пор. Было выявлено, что изначально образующиеся в порах наночастицы α-Fe2O3 покрыты тонкой оболочкой (2 нм) α-FeOOH(Si), которая сформировалась в результате взаимодействия поверхностного слоя гематита с поверхностным слоем стенок пор силикагеля. Размеры наночастиц всех окислов железа, образующихся на разных этапах синтеза, определяются размерами пор в структуре силикагеля. Было показано, что предложенный химический метод получения моноразмерных нанокатализаторов γ-Fe2O3/Q30, γ-Fe2O3/Q15 и γ-Fe2O3/Q10 оказался эффективным. В дальнейшем планируется проведение исследования эффективности полученных нанокатализаторов в зависимости от размеров их наночастиц и магнитных свойств. 10. Были продолжены работы по изучению поляризационных эффектов в поглощении и резонансной дифракции синхротронного излучения с конденсированными средами. Была закончена обработка экспериментальных данных, полученных на станции ID12 ESRF, демонстрирующих изменения спектра запрещенного отражения 002 в дигидрофосфате калия в широком интервале температур, включающем температуру сегнетоэлектрического фазового перехода, при энергиях падающего излучения, близких к K-краю поглощения фосфора. Обработка энергетических спектров отражения 002 в параэлектрической фазе выполнена в предположении, что в их интенсивность дают вклад диполь-квадрупольный переход и одна низколежащая оптическая мода колебаний, наилучшее согласие с экспериментом дает мода с частотой ω = 526 ± 2 см-1. Отсутствие роста интенсивности отражения с температурой объясняется компенсацией тероминдуцированного вклада в амплитуду рассеяния фактором Дебая-Валлера. Поскольку существует визуализация 24 оптических мод колебаний в рассматриваем кристалле, отобрана та из мод, которая наиболее соответствует по частоте полученным данным. В этой моде происходит вращение кислородного тетраэдра вместе с атомом фосфора. Начата работа по обработке эксперимента, выполненного на станции XMAS ESRF, в котором изучалось температурное поведение энергетического спектра отражения 700 в кристалле Rb2ZnCl4, с целью наблюдения фазовых переходов из немодулированной фазы в фазу с несоразмерной модуляцией и далее в соразмерную фазу. Выполнены расчеты компонент тензорного структурного фактора, определяющего разрешенные мультипольные переходы в регулярной и соразмерной фазах. С помощью программы FDMNES выполнены предварительные расчеты энергетических спектров в обеих фазах. Были проведены теоретические оценки влияния допирования атомами германия и галлия бората железа на спектры запрещённых отражений. Эксперимент по изучению этих спектров был поставлен на источнике СИ «КИСИ Курчатов» c целью изучения влияния такого допирования на знак и величину вектора Дзялошинского-Мории. Эксперимент был удачно выполнен для чистого кристалла бората железа и полностью воспроизвел результаты, полученные ранее на синхротроне третьего поколения ESRF, однако качество образцов бората железа, допированных германием и галлием, не позволило получить качественных экспериментальных данных, пригодных для теоретической обработки. 11. Была построена математическая модель для описания экспериментально наблюдавшегося эффекта быстрого изменения давления воздуха в окрестности проводника при изменении протекающего в нем электрического тока. Проведен качественный анализ и дано объяснение полученным экспериментальным результатам по осуществлению регулируемого точного перемещения на малые дистанции цилиндрического держателя вместе с образцом при передаче движения от толкающих цилиндрический держатель с закрепленным образцом поршней при изменении давления. Изменение давления происходило вследствие прохождения импульсного электрического тока в проводниках, расположенных в запаянных стеклянных трубках. При прохождении импульса тока в проводнике происходило быстрое увеличение давления воздуха в трубке и отводе, приводящее к перемещению поршня. Показана линейная зависимость перемещения поршня от амплитуды импульсного тока в проводнике при фиксированной длительности прилагаемого импульса. Проведенные эксперименты и теоретический анализ экспериментальных результатов позволили показать возможность применения эффекта быстрого изменения давления воздуха в окрестности проводника при изменении протекающего в нем электрического тока для осуществления малых управляемых перемещений объектов при решении научно-технических задач. 12. Были разработаны и исследованы свойства новых высокоэффективных материалов для магнитного охлаждения и для постоянных магнитов. Работа была направлена на решение важной научной проблемы, связанной с разработкой, исследованием свойств и изучением возможности практического использования новых высокоэффективных материалов для магнитного охлаждения, а также для постоянных магнитов. Актуальность решения данной проблемы связана, прежде всего, с развитием энерго- и ресурсосберегающих технологий, а также экологическими проблемами современного мира. Целью данной работы являлось получение и комплексное экспериментальное исследование структурных, магнитных, магнитотепловых и магнитоупругих свойств новых соединений и сплавов на основе 3d–переходных и редкоземельных металлов для создания материалов с заданным комплексом функциональных свойств, перспективных для практического применения в различных областях науки и техники, включая твердотельное охлаждение/нагревание. Новизна исследование состоит в использовании при разработки новых материалов одновременно атомов замещения и атомов внедрения. В работе были получены следующие научные результаты. - показано, что легирование титаном соединений (Gd,Tb)5Si2Ge2 с гигантским магнитокалорическим эффектом (МКЭ) позволяет разделить по температуре структурный и магнитный фазовые переходы, сохранить не только величину МКЭ, но и воспроизводимость эффекта при циклировании по температуре. - для многокомпонентных сплавов (R1-xYx)0.8Sm0.2Fe2 (R – тяжелые редкоземельные металлы) со структурой фаз Лавеса определены компенсационные составы, в которых намагниченность подрешеток 3d–переходных и редкоземельных металлов сравнимы по величине, но противоположны по направлению в широкой области температур. Явление магнитной компенсации по температуре обнаружено в составах R2Fe10Al7 (R = Dy и Ho). Данное явление позволяет наблюдать знакопеременный МКЭ и разрабатывать тепловые датчики на их основе. - новые материалы на основе многокомпонентных соединений типа RCo2 и RMnSi, а также их гидрированные аналоги предложены для твердотельного магнитного охлаждения, как в области комнатных температур, так и в области криогенных температур. - проведено комплексное исследование структурных и магнитных гистерезисных свойств порошковых образцов Nd2Fe14B до и после процедуры селективного лазерного спекания. Показано, что с помощью аддитивных технологий можно получить образцы разной (в том числе и достаточно сложной) формы с магнитными свойствами, приближенными к свойствам исходных образцов. Результаты данной работы открывают перспективы для научного исследования и практического использования полученных новых материалов не только в зависимости от их состава, но и от способов их получения и дальнейшей обработки. 13. Был усовершенствован алгоритм расчета возможности сопряжения анизотропных структур и расчета индексов габитусной плоскости. Предложенная ранее методика определения положения габитусной плоскости кристаллов мартенсита в аустенитной матрице не учитывала ряд особенностей геометрии сопряжения кристаллических структур в сплавах с мартенситными превращениями, в результате чего наблюдалась недостаточная корреляция расчетных индексы искомой плоскости габитуса с экспериментальными данными. В текущем году был рассмотрен иной подход к решению задачи по поиску габитуса. Поскольку однородная деформация переводит сферу единичного радиуса в трехосный эллипсоид деформации, то пересечение сферы и эллипсоида происходит по некоторой пространственной кривой L, точки которой принадлежат одновременно сфере и эллипсоиду и позволяют выявить направления, вдоль которых деформация не меняет длин и направлений векторов. Эти направления - образующие конической поверхности (вершина конуса - в начале координат), проходящей через кривую пересечения единичной сферы с эллипсоидом деформации (эллипсоидом обратной деформации). Если одна из главных деформаций равна нулю, а две другие имеют разные знаки, то конические поверхности вырождаются в плоскости, которые и определяют инвариантную плоскость, не меняющую своей ориентации при превращении - плоскость габитуса. Можно предположить, что плоскости, касательные к поверхности в точках минимальной кривизны, наиболее приближены к искомым плоскостям габитуса. Необходимо определить кривизну конической поверхности для точек на кривой L и найти точку с минимальной средней кривизной поверхности. Данная задача была формализована методами дифференциальной геометрии и определен «пошаговый» алгоритм вычисления индексов искомой габитусной плоскости. Работа в данных направлениях важна для понимания кристаллографических особенностей при превращениях аустенит-мартенсит и, в конечном итоге, для прогнозирования возможности эффекта памяти формы в конкретных сплавах. Полученные результаты включены в учебный процесс кафедры физики твердого тела физического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова (специальные курсы лекций «Современные проблемы физики», «Современные проблемы физики конденсированного состояния вещества», «Фемтосекундные рентгеновские эксперименты», «Резонансная дифракция синхротронного излучения в конденсированных средах», «Основы физики функциональных магнитных материалов»). Новизна проведенных в 2023 году исследований определяется тем, что ранее такие исследования не проводились.
24 1 января 2024 г.-31 декабря 2024 г. Структурная эволюция самоорганизующихся твердотельных систем (на мезо- и атомарном уровнях)
Результаты этапа: В соответствии с техническим заданием, целью исследований в 2024 году было: проведение экспериментальных и теоретических исследований по резонансному малоугловому рассеянию рентгеновского излучения в условиях зеркального отражения в нанокомпозитных образцах; дальнейшее развитие статистической теории формирования изображения составными преломляющими рентгеновскими линзами с шероховатыми поверхностями и случайными флуктуациями объемной плотности; проведение теоретического анализа распространения волнового пакета и лазерного импульса в квази-PT-симметричном фотонном кристалле с усилением и поглощением в геометрии дифракции Брэгга; продолжение комплексных экспериментальных исследований по установлению особенностей структурно-фазовых, механических и трибологических характеристик вакуумных покрытий, полученных методом магнетронного напыления, в зависимости от типа используемой мишени и содержания газовой смеси; продолжение экспериментальных исследований по использованию различных видов ионизирующих излучений для радиационной обработки продуктов питания с целью установления доз облучения, приводящих к увеличению срока пригодности их употребления; проведение молекулярно-динамического моделирования процесса активной растворимости примеси Ni в LSNT-перовските; продолжение экспериментальных исследований механосинтезированных композиционных материалов, содержащих активированные металлы, оксиды, карбиды и полимеры, разной взаимной концентрации; продолжение комплексных экспериментальных исследований частиц ферритов; продолжение работ по изучению поляризационных эффектов в поглощении и резонансной дифракции синхротронного излучения с конденсированными средами; разработка предложений по включению событий потенциального нарушения штатных режимов функционирования бортовой аппаратуры за счет радиационных эффектов в структурную схему надежности космических аппаратов; проведение теоретических исследований рентгеновских поверхностных волноводных мод, возбуждаемых на границе между двумя различными периодическими многослойными структурами; продолжение разработки и исследования свойств новых высокоэффективных материалов для магнитного охлаждения и для постоянных магнитов; продолжение исследований сопряжения кристаллических решеток при фазовых превращениях в твердом состоянии. В результате проведенных в 2024 году исследований: 1. Были проведены экспериментальные и теоретические исследования по резонансному малоугловому рассеянию рентгеновского излучения в условиях зеркального отражения в нанокомпозитных образцах. Методом малоуглового рассеяния рентгеновского излучения в условиях зеркального отражения (GISAXS) выявлены кластеров (FeCoZr)х в матрице (MgF2)1-x нанокомпозита (FeCoZr)x(MgF2)1−x с разной концентрацией x металлических включений. Было установлено существование ближнего порядка кластеров в данных структурах, определено расстояние между кластерами и размер кластеров в зависимости от концентрации x. Данный результат важен для технологических процессов приготовления образов, т.к. размер кластеров существенно влияет на магнитные и проводящие свойства нанокомпозитов Для обработки картин GISAXS была развита теория малоуглового рассеяния рентгеновского излучения для кластерных структур, находящихся в глубине образца. Получено обобщение формулы рассеяния на радиальном паракристалле с учетом преломления и затухания излучения в отражающей и рассеивающей среде. Формула применима для описания карт рассеяния GISAXS на нанокомпозитных квази-аморфных структурах. Подготовлена программа обработки таких спектров, введены в программу модули, учитывающие резонансное анизотропное поглощение в толстых образцах. 2. Было проведено дальнейшее развитие статистической теории формирования изображения составными преломляющими рентгеновскими линзами с шероховатыми поверхностями и случайными флуктуациями объемной плотности. Актуальность и перспективы исследований определяются возможностью более корректного теоретического описания фокусировки синхротронного излучения и интерпретации экспериментальных результатов по измерению размера фокуса, а также практическими рекомендациями по выбору материала линз, геометрической и эффективной апертуры, радиуса и числа индивидуальных линз, расстояний от источника и других параметров частично когерентного падающего синхротронного излучения. Цели и задачи исследования заключались как в проведении анализа влияния шероховатостей поверхностей линз и случайных объёмных неоднородностей плотности материала на фокусировку составными преломляющими рентгеновскими линзами, так и в модернизации компьютерной программы. Расчеты проводились в рамках статистической волновой оптики. Источник синхротронного излучения характеризовался размером и функцией пространственной (поперечной) когерентности с произвольной длиной когерентности. Флуктуации плотности вещества в объеме параболических двояковогнутых рентгеновских линз описывались корреляционными функциями, шероховатости – среднеквадратичными высотами и длинами корреляции. Новизна исследования состоит в том, что ранее такие теоретические исследования не проводились. На основе развитой теории рассчитано пространственное распределение полной интенсивности поля (суммы когерентной и малоугловой диффузной составляющих) в фокальной плоскости составной рентгеновской линзы в зависимости от статистических параметров источника синхротронного излучения и расстояния от него до линзы, от среднеквадратичной величины отклонения флуктуаций плотности от среднего значения, от длин корреляции объемных и поверхностных неоднородностей, а также от материала и количества линз. Практическая значимость полученных результатов состоит в возможности определения наиболее оптимальных параметров составных рентгеновских линз с заранее требуемыми характеристиками. 3. Был проведен теоретический анализ распространения волнового пакета и лазерного импульса в квази-PT-симметричном фотонном кристалле с усилением и поглощением в геометрии дифракции Брэгга. Актуальность исследования определятся тем, что первоначально в квантовой физике (1998 г.), а затем и в оптике (2005 г.) при условии (r)=*(r) для функции диэлектрической проницаемости было предсказано, что в РТ-симметричных (parity-time-symmetric, PTS) квантовых системах, несмотря на наличие усиления и поглощения, могут существовать незатухающие РТS моды. В таких средах существует особая точка (ОТ) спонтанного распада РТS состояний, т.е. такие значения параметров системы, при изменении которых в среде появляются РТ-несимметричные моды, распространяющиеся с усилением и поглощением. Интерес к этой области исследований невероятно сильно возрос. Именно вблизи ОТ теоретически предсказаны и экспериментально обнаружены такие необычные оптические явления, как: однонаправленное брэгговское отражение, однонаправленная невидимость, увеличение пропускания среды при повышении поглощения в случае пассивных РТS материалов, асимметричное деление коротких оптических импульсов в диспергирующей РТS среде, спектральная сингулярность. В рамках спектрального подхода в двухволновом приближении динамической дифракции решена задача распространения волновых пакетов в РТS фотонных кристаллах (ФК) в условиях дифракции в геометрии Брэгга. Показано: 1) существование явления асимметрии динамики распространения импульсов вблизи ОТ при изменении знака брэгговского угла падения; 2) существование частотных сингулярностей в спектрах отраженных и проходящих импульсов (стремление спектральных коэффициентов отражения и прохождения к бесконечности) при определенных толщинах ФК в области выше ОТ; 3) значительное (на 1-2 порядка и выше) увеличение длительности и энергии отраженных и прошедших импульсов по отношению к падающему; 4) нарушение принципа причинности и дано его объяснение. Новизна исследования состоит в изучении динамики распространения лазерных импульсов в РТS ФК в области выше ОТ, в которой отсутствует запрещенная (брэгговская) фотонная зона и которая ранее теоретически ещё не исследовалась. Практическая значимость полученных результатов состоит в теоретическом обосновании новых способов управления динамикой и параметрами лазерных пучков и импульсов в структурах с материальной и решеточной дисперсией. 4. Были продолжены комплексные экспериментальные исследования по установлению особенностей структурно-фазовых, механических и трибологических характеристик вакуумных покрытий, полученных методом магнетронного напыления, в зависимости от типа используемой мишени и содержания газовой смеси. Использование кремния для легирования алмазоподобных покрытий (АПП) получило широкое распространение вследствие его способности снижать внутренние напряжения, вызывающие появление микротрещин и поврежденных участков на дорожках трения, улучшать температурную стабильность свойств, коррозионную и износостойкость. Наличие кремния также позволяет снизить влияние влажности окружающей среды на коэффициент трения, что связывают с образованием гидроокислов кремния при трении. Покрытия наносились на подложки из стали марки 12Х18Н10Т в виде шайб диаметром 30 мм, толщиной 3.5 мм методом магнетронного распыления. В качестве рабочего газа использовался аргон, в качестве реактивной атмосферы – как чистые ацетилен или азот, так и их смеси с 20, 40. 60 и 80об.% азота; материалом распыляемой мишени служил кремний. При этом из числа полученных механически стабильными оказались только покрытия, нанесенные при 40, 80 и 100об.% азота (другие покрытия через короткое время после извлечения из вакуумной камеры разрушились из-за высокого уровня внутренних напряжений). В результате комплексного исследования (рентгеновская дифрактометрия, КР-спектроскопия, растровая электронная микроскопия, нанотвердометрия, трибометрия) структурно-фазового состояния и функциональных свойств покрытий на основе кремния, полученных реактивным магнетронным распылением в смеси ацетилен-азот, установлено, что: все изученные покрытия обладают нанокомпозитной структурой на основе кремния и его карбидных (SiC), оксидных (SiO2 со структурой стишовита) и нитридных (Si3N4) фаз. преобладающий тип которых определяется конкретным составом смеси реактивных газов; области когерентного рассеяния кремния и его фаз отличаются характерным размером, который составляет 10 - 20 нм для соответствующих соединений кремния и 40 - 50 нм для чистого кремния; трибологические свойства покрытий, полученных реактивным магнетронным распылением, оказались существенно выше, чем у PACVD покрытий, легированных кремнием и кислородом. В частности, покрытия, полученные магнетронным распылением в смеси ацетилен-азот, содержащие 60об.% С2Н2. обладали высоким сопротивлением фрикционной усталости в условиях тяжело нагруженного контакта, что можно объяснить как близостью их состава к стехиометрии (SiC), а также тем, что углерод, присутствующий в них в свободном виде, имеет алмазоподобную структуру; фаза нитрида кремния, образующаяся в нанокомпозитных покрытиях, полученных реактивным магнетронным распылением кремния в чистом азоте, имеет аморфную структуру. 5. Были продолжены экспериментальные исследования по использованию различных видов ионизирующих излучений для радиационной обработки продуктов питания с целью установления доз облучения, приводящих к увеличению срока пригодности их употребления. Предложен универсальный подхода к заданию оптимального диапазона доз облучения продуктов питания, предполагающей, что эффективное подавление патогенных микроорганизмов происходит при учете критериев: равномерность дозы облучения по всему продукту, вероятность поражения излучением микроорганизмов и неоднородность их радиобиологической чувствительности. Экспериментально доказано, что оптимальный диапазон доз для продуктов животного происхождения выше, чем для продуктов растительного происхождения. Однако растительные продукты, в которых целевые патогены обнаруживаются главным образом на поверхности, требуют использования излучения, создающего максимальное воздействие на поверхностные слои при минимальном воздействии на внутренние слои продукта, содержащие важнейшие биологические структуры, ответственные за прорастание, урожайность и качество растительной продукции. 6. Было проведено молекулярно-динамическое моделирование процесса активной растворимости примеси Ni в LSNT-перовските. Соединение на основе титаната стронция La0.2Sr0.7Ni0.1Ti0.9O3-δ (LSNT) используется для изготовления электродов для твердооксидных топливных элементов и интересно тем, что в нем наблюдается сегрегация частиц никеля из кристаллического массива к поверхности электрода и формирование каталитических кластеров. В результате возрастает интенсивность химических реакций окисления в топливном элементе. Предполагается, что процесс сегрегации обусловлен наличием структурных дефектов, которые приводят к активной кластеризации атомов никеля вблизи границ дефектов структуры. Для исследования процесса сегрегации были проведены расчеты полной энергии исследуемой структуры в рамках теории функционала электронной плотности (ТФЭП). Расчеты полной энергии системы проводятся с использованием программного пакета VASP путем решения уравнений Кона – Шэма. Для расчетов была построена модельная ячейка со стехиометрией La0.5Sr0.5TiO3 и на ее основе построены ячейки TiO-терминированной поверхности и TiO-терминированной антифазной границы, формирование которых наблюдается в эксперименте [Han H. et al. // Nat. Commun. 2022. V. 13. P. 6682]. Рассчитанные значения энергии сегрегации для поверхности и антифазной границы отрицательны, что свидетельствует о наличии тенденции к сегрегации атомов никеля к поверхности, и к антифазной границе. Поскольку исследуемое соединение нестехиометрично и в нем присутствуют кислородные вакансии, была проведена дополнительная серия расчетов при разных положениях вакансии, чтобы исследовать их влияние на процесс сегрегации. Проведены расчеты энергий сегрегации, когда примесь Ni образует дефектную пару с кислородной вакансией (Ni-Vac) и когда они находятся на расстоянии друг от друга. Из полученных значений энергий сегрегации следует, что энергетически выгодны следующие процессы: 1) образование дефектной пары Ni-Vac внутри кристалла, 2) образование пары Ni-Vac на поверхности, 3) миграция димера Ni-Vac к поверхности. В присутствии вакансий величины энергий сегрегации больше. Следовательно, кислородные вакансии способствуют более интенсивной сегрегации атомов никеля. Также были проведены расчеты с двумя примесными атомами никеля, для проверки наличия тенденции к кластеризации. Полученные значения энергий связи говорят о том, что такая тенденция есть. Причем в присутствии вакансии энергия связи возрастает, следовательно, вакансии способствуют процессу кластеризации. Чтобы детальнее исследовать физический механизм данного явления, был проведен анализ распределения зарядов для поверхности и антифазной границы. Использовался метод Вороного, который заключается в разделении пространства между ядрами на области, принадлежащие каждому отдельному атому. Тогда для подсчета заряда иона берется заряд, находящийся внутри области, соответствующей данному иону. Установлено, что при всех конфигурациях рассчитанный эффективный заряд иона никеля заметно меньше заряда титана. Этот результат согласуется с меньшей электроотрицательностью титана по сравнению с никелем. Уменьшение зарядов ионов на поверхности при сегрегации приводит к уменьшению электростатического отталкивания ионов, что в свою очередь приводит к понижении полной энергии системы. Распределение зарядов на антифазной границе имеет аналогичных характер: при сегрегации уменьшается заряд ионов у границы, уменьшается их электростатическое отталкивание. Данные рассуждения могут служить объяснением, почему сегрегация примесей никеля энергетически выгодна. Помимо указанных выше дефектов структуры, таких как поверхность и антифазная граница, проведено исследование процесса сегрегации примесных атомов вблизи ядра дислокации. Данный структурный дефект является благоприятным местом для сегрегации согласно экспериментальным данным. Результаты расчетов значений энергий сегрегации показали их отрицательную величину, что позволяет говорить о наличии тенденции к сегрегации к ядру дислокации. В результате исследования выявлена тенденция к сегрегации примесей никеля к границам структурных дефектов перовскита LSNT. Обнаружено, что при наличии вакансий энергетически выгодно формирование дефектных пар Ni-вакансия и их сегрегация к границам дефектов, при этом процесс сегрегации примесей тесно связан с перераспределением зарядов атомов вблизи дефектов структуры. В присутствии вакансий величины энергий сегрегации возрастают. Следовательно, кислородные вакансии способствует более интенсивной сегрегации атомов никеля. Кроме того, обнаружена тенденция к кластеризации атомов никеля. Кислородные вакансии также способствуют кластеризации. 7. Были продолжены экспериментальные исследования механосинтезированных композиционных материалов, содержащих активированные металлы, оксиды, карбиды и полимеры, разной взаимной концентрации. Механохимический синтез оксидов функциональных систем в порошковом виде привлекает к себе внимание в связи с необходимостью получения в промышленных масштабах систем пониженной размерности и композиционных материалов, что обусловлено широким спектром областей использования в технологиях материалов для жизнеобеспечения: флюоресцентных и защитных экранов, материалов и компонентов для оптоэлектроники и сенсорики. Среди спектра оксидов практически важными все еще остаются ферритовые составы смешанных систем, характерными особенностями которых является их сложное магнитное упорядочение, являющееся результатом конкуренции различных видов обменных взаимодействий, смешанных валентных состояний, дефектности. До сих пор существует достаточно много открытых вопросов фундаментального и практического характера, связанных с механизмами формирования необходимой структуры и достижения чистоты фазового состава. В отчетном периоде исследовались механизмы твердофазного взаимодействия механоактивированных смесей порошков оксидов железа и иттрия с целью выявления оптимальных условий активации и температурных обработок для получения частиц со структурой граната с минимальным количеством примесных фаз, используемых в дальнейшем для синтеза полимерных композиционных материалов. Установлено, что кратковременная механоактивация смесей оксидов стехиометрического состава на гранат при установленных условиях механоактивации приводит к образованию контактной поверхности между исходными оксидами, на которой происходит высокотемпературный синтез структуры железо-иттриевого феррита граната без образования промежуточных фаз. Как известно, основные характеристики композита будут зависеть не только от природы выбранного модификатора, его содержания в композите, а также от характера связи полимер-модификатор. В качестве связующего в композиционном материале был использован поли-N-винилпирролидон ПВП, а модификатором выбраны механохимически синтезированные частицы феррита-граната. Интерес к ультрадисперсному состоянию оксида в качестве модификатора связан с тем, что в таком состоянии он обладает развитой удельной поверхностью, обладает высокой адсорбционной способностью, повышенной адгезией; а наличие большого числа нескомпенсированных связей на поверхности частиц оксида определяет его повышенную реакционную способность. Создать активное состояние для взаимодействия с полимером как раз возможно методами механической активации как самого модификатора, так и полимера. Формирование однородных композиционных прекурсоров необходимо для последующих этапов создания из них функциональных материалов как традиционными методами прессования, так и с помощью аддитивных технологий. Изучено влияние условий механохимического синтеза на формирование структуры композиционного материала. Установлено, что при формировании композитной структуры ПВП-феррит увеличение концентрации полимера замедляет разрушение структуры феррита, при этом молекулярный вес самого ПВП уменьшается. 8. Были продолжены комплексные экспериментальные исследования частиц ферритов. Интерес к ферритам связан с возможностью получения составов с контролируемыми электромагнитными свойствами в широком интервале параметров, подходящих для высокочастотных радиоприборов, сенсоров, систем магнитной памяти, биомедицинского применения, а также каталитических систем и систем очистки реакционных масс. Несмотря на многочисленные методы, которыми получают частицы ферритов, получение чистых по фазовому составу ферритов с заданным распределением по размерам все еще трудоемкая и сложная задача, зависящая от целого ряда факторов. Перспективным методом получения за считанные минуты чистых по составу частиц ферритов, обладающих фазовой однородностью и узким распределением по размерам, является метод растворного горения. Методами рентгеновской дифрактометрии, мессбауэровской и рамановской спектроскопии магнитных измерений полевых и температурных зависимостей намагниченности проведено исследование наноразмерных частиц магниевого феррита MgFe2O4 со структурой шпинели, полученных методом глицин-нитратного горения с последующей термической обработкой. Установлено, что в ходе процесса горения раствора получен высокоаморфный продукт с химическим составом магниевого феррита, что гарантировало, что последующий рост кристаллитов будет осуществлятся процедурой отжига, а не условиями синтеза. В зависимости от температуры отжига установлены диапазоны размеров частиц с разным магнитным поведением от ферри- до суперпарамагнитного. Показано, что образцы вплоть до температуры обработки 600 С находятся в суперпарамагнитном состоянии со структурой магниевого феррита. Переход из суперпарамагнитного в магнитно релаксационное состояние происходит при температуре отжига между 600 и 700 С, когда размер кристаллитов основной фазы феррита изменяется с 7 до 24 нм, что согласуется с литературными данными, согласно которым переход в суперпарамагнитное состояние должен осуществлятся при размере частиц 16 нм. Методами рентгеновской дифрактометрии, мессбауэровской и рамановской и мессбауэровской спектроскопии проведено исследование влияния легирования алюминием на кристаллическую и магнитную структуру частиц железо-иттриевого граната Y3Fe5-xAlxO12 (x = 0, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0), полученных методом растворного горения в растворах нитратов железа и иттрия и глицина. Показано, что селективность ионов алюминия к замещению железа в одном из двух возможных кислородных окружениях в кристаллической решетке граната чувствительна к концентрации легирующего элемента. Установлено, что легирование алюминием приводит к ослаблению суперобменного взаимодействия в субмикронных частицах граната, что обусловлено распределением алюминия по двум кислородным окружениям в кристаллической решетке. Установлено, что примесной фазой к основной фазе граната в образцах является фаза гематита, концентрация которой не превышает 10%. Методами рентгеновской дифрактометрии, мессбауэровской и рамановской спектроскопии, измерением полевых и температурных зависимостей намагниченности насыщения и магнитокалорических эффектов в переменном магнитном поле проведено исследование влияния легирования никелем на структуру, магнитные и магнитотермические свойства частиц феррита магния Mg1-хNixFe2O4 (х = 0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0), полученных методом золь-гель. Установлена взаимосвязь катионного распределения, размерного и магнитного доменного состояния частиц ферритов c магнитными и магнитокалорическими свойствами. Показано, что легирование никелем приводит к росту магнитной жесткости образцов, что связано с увеличением магнитной неоднородности. Увеличение концентрации никеля вплоть до х = 0.6 вызывает формирование дефектов решетки, приводящих к усилению магнитной анизотропии и увеличению способности к генерации тепла. Способность к генерации тепла увеличивается с 242 Вт/г для x = 0 до 391 Вт/г для x = 0,6 в переменном магнитном поле частотой 370 кГц. Дальнейшее увеличение концентрации никеля от 0.8 до 1.0 приводит к увеличению намагниченности и коэрцитивной силы, сопровождающееся уменьшением способности к разогреву. Это связано с переходом от смешанной к нормальной структуре феррита и с увеличением размера частиц. 9. Были продолжены работы по изучению поляризационных эффектов в поглощении и резонансной дифракции синхротронного излучения с конденсированными средами. Предложен метод изучения физических причин образования модулированных атомно-кристаллических структур, основанный на изучении температурных и спектральных зависимостей рентгеновских резонансных запрещенных брэгговских отражений. Метод апробирован на примере кристалла Rb2ZnCl4. Экспериментальная апробация была проведена на станции XMAS ESRF, где были получены температурные и спектральные зависимости запрещенного отражения 700 при энергии падающего излучения вблизи K-края поглощения цинка в Rb2ZnCl4. Такие отражения очень чувствительны к изменению локального окружения резонансных атомов, которое в рассматриваемом случае могут быть вызвано как тепловыми колебаниями, так и статическими смещениями атомов, а также упорядочением тетраэдров хлора. Кроме того, из литературных источников следует возможность фазового перехода по типу мягкой моды, что могло бы привести к резкому росту интенсивности запрещенного отражения вблизи температуры фазового перехода. Экспериментальные результаты демонстрируют как изменение интенсивности запрещенного отражения, так и изменение его спектральной формы. Однако, резкого скачка интенсивности отражения при приближении к температуре фазового перехода со стороны параэлектрической фазы, обнаружено не было, что ставит под сомнение механизм фазового перехода по типу мягкой моды. В результате первопринципного квантово-механического моделирования температурной и спектральной зависимостей запрещенного отражения показано, что основное влияние на спектральную форму запрещенного отражения 700 оказывают тепловые колебания атомов цинка. Кроме того, в соразмерной фазе кристалла Rb2ZnCl4 было предсказано появление дополнительного сателлита в спектрах запрещенных отражений, содержащего информацию о влиянии пространственной модуляции атомных смещений на плотность электронных состояний. Была проведена обработка экспериментальных данных по наблюдению спектральных зависимостей запрещенных брегговских отражений в кристаллах U2N3 и U3O8 при энергиях излучения вблизи М4 края поглощения урана, полученных на источнике синхротронного излучения DIAMOND. Актуальность исследования обусловлена необходимостью объяснения некоторых особенностей, связанных с электронной структурой соединений урана. Ранее в литературе указывалось, что в структуре U2N3 одна из двух неэквивалентных позиций урана не дает вклада в диполь-дипольное резонансное рассеяние синхротронного излучения (обусловленное квадрупольными моментами на атомах), а возможны только вклады более высоких порядков, связанные с существованием октуполей. Полученные результаты опровергли эти предположения и убедительно доказали как упорядочение квадруполей, так и интерференцию рентгеновского излучения, рассеянного двумя неэквивалентными позициями урана. На основе полученных результатов показана асферичность 5f незанятых электронных орбиталей урана, что дает шаг к количественному пониманию ковалентности в этих материалах. 10. Были разработаны предложения по включению событий потенциального нарушения штатных режимов функционирования бортовой аппаратуры за счет радиационных эффектов в структурную схему надежности космических аппаратов. Космическая деятельность стала неотъемлемой частью социально-экономического развития современного общества. Расширяется спектр задач, решаемых космическими средствами в различных сферах деятельности. Возрастает численность орбитальных группировок и совершенствуются космические технологии. В этих условиях особое значение приобретает проблема обеспечения высокой надежности космической техники, которая определяется как совокупность свойств, характеризующих способность космических средств и космических комплексов обеспечивать в процессе функционирования получение требуемого в техническом задании (ТЗ) выходного эффекта при заданных условиях, сроке активного существования и режимах эксплуатации. Однако существуют факторы, не способствующие оперативному решению проблем повышения надежности космических аппаратов (КА) как при организации работ по их созданию, так и с точки зрения парирования негативного воздействия внешних факторов, в первую очередь, ионизирующих излучений космического пространства (ИИ КП). Коммерциализация космической деятельности и образование автономных акционерных обществ приводят к необходимости координации работ по созданию ракетно-космической техники и повышению ее надежности. В пункте 1 статьи 26 Федерального закона от 29 июня 2015 года № 162-ФЗ «О стандартизации в Российской Федерации» указано, что «…документы национальной системы стандартизации применяются на добровольной основе одинаковым образом, если иное не установлено законодательством Российской Федерации». К тому же, в ряде случаев ускорение разработки изделий ракетно-космической техники приводит к сокращению объемов наземной экспериментальной отработки, включая радиационные испытания комплектующих изделий электронной компонентной базы (ЭКБ) и составных частей (СЧ) бортовой радиоэлектронной аппаратуры (БРЭА). При воздействии ИИ КП возникают дозовые и одиночные радиационные эффекты (ОРЭ), которые приводят к деградации характеристик, необратимым и функциональным отказам СЧ БРЭА, что снижает надежность систем КА в процессе эксплуатации. Экспертиза отчетных материалов организаций-разработчиков космической техники показывает, что выполнение заданных требований по радиационной стойкости КА в целом подтверждается данными по стойкости комплектующих изделий ЭКБ и СЧ БРЭА, тогда как влияние временного или частичного нарушения работоспособности БРЭА на функционирование КА не рассматривается. Анализ статистики показывает, что среднее число отказов КА последних лет выпуска возросло в 5 – 6 раз по сравнению с КА предшествующих поколений, что связано как с увеличением функциональной сложности БРЭА, так и со снижением качественных характеристик комплектующих изделий ЭКБ, включая показатели радиационной стойкости. При этом по причине низкого качества комплектующих изделий ЭКБ происходит практически половина всех сбоев и отказов бортовой аппаратуры. Основными типами отказов являются нарушения штатных режимов функционирования бортовых систем за счет ОРЭ и электростатических разрядов. Функциональные отказы и сбои составляют 75 – 85% от общего числа зарегистрированных случаев нарушения работоспособности аппаратуры, тогда как на долю традиционных показателей надежности КА приходится не более 15% отказов. Отказы, связанные с деградацией электрофизических характеристик материалов и комплектующих электрорадиоизделий в процессе облучения, имеют место в 4 – 10 % случаев. До 11 – 15% отказов обусловлено другими механизмами нарушения работоспособности бортовых систем. При возникновении сбоев и отказов за счет ОРЭ для восстановления работоспособности применяют операции включения/выключения электропитания схем, узлов или блоков БРЭА, в которых наблюдаются эти эффекты. После воздействия ОРЭ штатный режим функционирования КА нарушается в течение интервалов времени восстановления работоспособности БРЭА. Однако, влияние указанных событий на выполнение целевых задач КА (получение заданного в ТЗ выходного эффекта при заданных условиях эксплуатации), как правило, не учитывается. Изменение показателей надежности КА за счет временных отказов СЧ БРЭА с учетом циклограммы совместного функционирования целевой и служебной аппаратуры не анализируется, тогда как перерывы в работе БРЭА могут привести к срыву рабочих сеансов в заранее установленные промежутки времени, что означает снижение эффективности выполнения целевых задач КА в целом, несмотря на выполнение требований по радиационной стойкости СЧ БРЭА в части допустимой частоты сбоев и вероятности безотказной работы. Таким образом, ОРЭ являются одной из основных причин нарушения штатной работы бортовой аппаратуры, которые должны учитываться при расчете надежности в условиях эксплуатации КА. В настоящее время действуют три основных нормативно-технических документа, которые определяют порядок выполнения работ по обеспечению радиационной стойкости БРЭА КА: ОСТ 134-1044-2007 Изменение 2, ОСТ 134-1034-2012 Изменение 1, РД 134-0139-2005. Методы расчета радиационных условий на борту КА в околоземном космическом пространстве и установления требований по стойкости БРЭА КА к воздействию заряженных частиц естественного происхождения определены в ОСТ 134-1044-2007 Изменение 2. В Приложении М стандарта определен перечень типовых требований по стойкости БРЭА КА к воздействию ИИ КП, которые необходимо включать в подразделы тактико-технический заданий на КА (ТЗ на СЧ БРЭА КА), в том числе, требования по обеспечению стойкости к ОРЭ, а именно по сбое- и отказоустойчивости БРЭА КА в условиях воздействия ИИ КП в течение установленного срока активного существования. Помимо этого, на этапе разработки рабочей конструкторской документации разработчиками СЧ БРЭА должны быть определены требования по их допустимой частоте сбоев (ДЧС) и вероятности безотказной работы (ВБР). При этом оценка надежности КА в условиях эксплуатации по данным о сбое- и отказоустойчивости СЧ БРЭА в стандарте не предусмотрена. Более того, требования по ДЧС и ВБР задаются разработчиками СЧ БРЭА, которые, зачастую, не имеют полной информации о роли СЧ в циклограмме работы бортовой аппаратуры КА в целом. Поэтому корректное задание требований по ОРЭ для конкретной СЧ БРЭА может оказаться недостаточно эффективным с точки зрения общей работы целевой и служебной аппаратуры КА. При проектировании мероприятий по защите от ОРЭ следует учитывать, что вероятность появления ОРЭ увеличивается с ростом плотности упаковки компонентов в составе интегральных микросхем и электронных систем более высокого уровня, а также при снижении напряжения питания. Выбор защиты зависит от типа ОРЭ, способов их парирования и заданных ДЧС и ВБР. Недостаточно полное рассмотрение ОРЭ в элементах БРЭА приводит к завышению ожидаемых показателей стойкости, также, как и чрезмерные защитные мероприятия увеличивают стоимость работ и снижают функциональные возможности изделия. Массовая защита БРЭА (дополнительные экраны, корпуса приборов) не в состоянии ослабить или существенно трансформировать потоки заряженных частиц ИИ КП высокой энергии, поэтому при проведении оценок стойкости по ОРЭ трансформацию спектров частиц при прохождении через материалы конструкции КА можно не учитывать. Требование о проведении анализа опасности ОРЭ как часть оценки надежности на уровне системы в условиях ее эксплуатации зависит от критичности системы к воздействию ОРЭ, а именно от вероятности возникновения критических отказов системы или временного нарушения ее функционирования в критически значимые периоды времени. Частота ошибок, вызванных ОРЭ на системном уровне, интегрируется в частоту отказов/сбоев системы. На системном уровне частота отказов/сбоев за счет ОРЭ должна согласовываться с эксплуатационными функциями и целью миссии КА. Оценка влияния ОРЭ на системном уровне обеспечивает подтверждение надежности КА требованиям ТЗ. Анализ надежности должен проводиться на уровне оборудования с последующим системным обобщением и основываться на определении частоты отказов/сбоев по ОРЭ на соответствующем оборудовании. Последовательно анализируются сначала элементы полупроводниковой электроники, а затем СЧ БРЭА с учетом выполняемых ими функций. Учитываются все типы ОРЭ и изделий ЭКБ, хотя в дальнейшем по критерию функциональности внимание может быть сосредоточено на наиболее опасных типах ОРЭ. Частота отказов/сбоев определяется на различных уровнях системной интеграции (например, электронный компонент, интегральная схема, оборудование и система) и с различными уровнями точности. Выбор и эффективность методов защиты зависят от типа ОРЭ и функций компонента, подлежащего защите. Любые мероприятия по защите влекут за собой увеличение массогабаритных характеристик БРЭА и стоимости работ в целом (штрафные санкции), причем любые меры по смягчению последствий не охватывают весь спектр рисков. Разработчик системы может использовать информацию о схеме, критических элементах и функциях для определения компромиссов между охватом защиты, их эффективностью, степенью парирования последствий и соответствующими штрафными санкциями. Каждая итерация выбора защитных мероприятий является статистически независимым событием. Поэтому на уровне интегральной схемы или СЧ БРЭА КА совокупная частота ошибок из-за ОРЭ является результатом нескольких возможных комбинаций элементарных частот отказов/сбоев за счет ОРЭ. Широкий спектр возможностей составляет стратегию выбора мероприятий по защите от ОРЭ, специфичную для каждого проекта. Если положительный результат достигнуть не удается, требуется перепроектирование БРЭА КА на системном уровне, что может включать изменение состава изделий ЭКБ, СЧ БРЭА и порядка их взаимодействия. По результатам анализа сбоев и отказов РЭА проводят качественную оценку способов и средств защиты от ОРЭ. В случае неопределенности ожидаемых физических эффектов в оценках радиационной стойкости используется консервативный подход, например, все типы ОРЭ принимаются за недопустимые, и все они участвуют в дальнейшем анализе. Далее выполняется оценка показателей стойкости узлов РЭА с помощью расчетно-экспериментального метода. В случае «простой» (нерезервированной и невосстанавливаемой) системы применяется метод оценки, который основан на предположении, что стойкость аппаратуры к сбоям и отказам определяется самым «слабым» звеном в последовательной структурной схеме соединения элементов системы. В случае «сложной» многофункциональной системы со сложными стратегиями восстановления оценку предлагается производить на базе функционального расчета, основанного на методах марковского анализа теории надежности. При применении марковского анализа рассматривается стойкость не блоков, а функций, которые они выполняют в процессе эксплуатации. Для графического представления функционирования системы и моделирования аспектов поведения системы во времени используют структурную схему надежности – диаграмму состояний и переходов, которая математически описывается с помощью дифференциальных уравнений. Частоты сбоев, отказов и их восстановлений предполагаются постоянными, а события независимы друг от друга. При использовании предлагаемого функционального метода строится граф состояний системы при возникновении ОРЭ, который описывается системой дифференциальных уравнений. По результатам их решения наряду со стандартными показателями стойкости можно получить коэффициент готовности, который в теории надежности отвечает на вопрос «Сколько времени БРЭА «простаивает», а сколько полезно работает?». Этот показатель принципиально важен при оценке влияния методов парирования ОРЭ на функционирования БРЭА и определяет эффективность целевого использования БРЭА. Предложенный функциональный метод обеспечивает не только поиск оптимальных решений проектирования аппаратуры с учетом защиты от ОРЭ, но и позволяет оценивать влияние ОРЭ на выполнение целевых задач КА и демонстрирует актуальность проблемы включения показателей радиационной стойкости в расчетные схемы определения надежности КА в условиях воздействия ИИ КП. Таким образом, выполненный анализ подтверждает актуальность определения надежности КА с учетом показателей стойкости БРЭА к воздействию ИИ КП. Рациональным методом решения проблемы является включение событий потенциального нарушения штатных режимов функционирования БРЭА за счет радиационных эффектов в структурную схему надежности КА в целом с проведением последующих количественных оценок. Изложенный подход предлагается учитывать при подготовке новых редакций действующих отраслевых нормативно-технических документов, в первую очередь ОСТ 134-1044-2007, ОСТ 134-1034-2012, РД 134-0139-2005. 11. Были проведены теоретические исследования рентгеновских поверхностных волноводных мод, возбуждаемых на границе между двумя различными периодическими многослойными структурами. При помощи аналитического подхода и методом численного моделирования показано, что на поверхности раздела между двумя различными периодическими многослойными структурами (МС) при условии, что угол скольжения находится в угловом диапазоне, где перекрываются области сильного брэгговского отражения от двух периодических МС, происходит возбуждение рентгеновской волноводной моды. Эта мода распространяется вдоль границы раздела двух структур, причем ее интенсивность экспоненциально убывает с увеличением расстояния от граничной поверхности в глубь каждой из них. Признаком появления поверхностной волны является резонансный минимум на кривой зеркального отражения рентгеновских лучей от системы из двух периодических многослойных зеркал, МС1 и МС2, которые последовательно, друг за другом, расположены на подложке. Предложена оптимальная волноводная структура Si(подложка)/20х[Ni(5 нм)/C(5 нм)]/14х[Ni(1.5 нм)/C(8 нм)]/воздух, в которой максимумы интенсивности интерференционного рентгеновского поля волноводной моды, возникающей на границе раздела между МС1 и МС2, находятся в слоях из материала с малым коэффициентом поглощения (С), что приводит к ослаблению поглощения волноводной моды при распространении внутри волновода. 12. Были продолжены разработки и исследования свойств новых высокоэффективных материалов для магнитного охлаждения и для постоянных магнитов. Для разработки, синтеза, аттестации и исследования свойств и изучением возможности практического использования высокоэффективных материалов для магнитного охлаждения, а также для постоянных магнитов проведено комплексное экспериментальное исследование структурных, магнитных, магнитотепловых и магнитоупругих свойств новых соединений и сплавов на основе 3d–переходных и редкоземельных металлов, а также их гидрированных аналогов. Показано, что легирование тербием и титаном соединения Gd5Si2Ge2 с гигантским магнитокалорическим эффектом в области комнатной температуры приводит к сохранению структурного фазового перехода. Определены параметры сверхтонких взаимодействий для многокомпонентных сплавов (R1-xYx)0.8Sm0.2Fe2 (R – тяжелые редкоземельные металлы) со структурой фаз Лавеса. Показано, что иттрий, введенный в редкоземельную подрешетку сплавов, достаточно активно влияет на основные магнитные характеристики. Рост параметра замещения x приводит к увеличению параметра кристаллической решетки, а, следовательно, межатомных расстояний, что сопровождается изменением межподрешеточных обменных взаимодействий в парах R-Fe и Sm-Fe, но и изменением обменных взаимодействий внутри магнитных подрешеток R-R, R-Sm, Sm-Sm и Fe-Fe. Конкуренция между перечисленными видами взаимодействий позволяет получать составы с полной магнитной компенсацией намагниченности в широком диапазоне температур в области концентрации иттрия x = 0.6. Проведено комплексное исследование структурных и магнитных гистерезисных свойств порошковых образцов Nd2Fe14B до и после процедуры селективного лазерного спекания в широкой температурной области от 80 до 330K. Показано, что все те особенности спин-переориентационного магнитного фазового перехода, которые наблюдаются для образцов, полученных с помощью традиционных методов, сохраняются для образцов, полученных с помощью аддитивной технологии. 13. Были продолжены исследования сопряжения кристаллических решеток при фазовых превращениях в твердом состоянии. Методом рентгеновской дифрактометрии было изучено влияние естественного старения в течение 45 лет на структуру и характеристики мартенситных превращений в никелиде титана (Ti48Ni48Nb4, Ti46Ni46Nb8, Ti44Ni44Nb12). Исходные быстрозакаленные из расплава сплавы Ti46Ni46Nb8, Ti44Ni44Nb12 (скорость охлаждения 105 К/с) по данным рентгеновской дифрактометрии и просвечивающей электронной микроскопии имели кубическую упорядоченную В2 структуру исходного β-аустенита (тип CsCl, пространственная группа Pm3m, с параметром решетки а=0,300нм (сплав Ti48Ni48Nb4) а=0,301нм (сплавы Ti46Ni46Nb8, Ti44Ni44Nb12). Мартенситное превращение при охлаждении имело место лишь в сплаве Ti48Ni48Nb4, мартенсит имел моноклинную В19 структуру с параметрами решетки a=0,288нм, b=0,415нм, с=0,466нм, β=97,50 Рентгеноструктурные исследования, проведенные при комнатной температуре на сплавах после 45 лет старения, показали присутствие исходной β-фазы со структурой В2. Однако в сплавах Ti46Ni46Nb8, Ti44Ni44Nb12 произошли структурные изменения данной фазы, о чем свидетельствует трехкратное увеличение интегральной ширины «реперной» дифракционной линии (110)В2. В сплаве Ti48Ni48Nb4 профиль указанной линии остался неизменным. Причина уширения дифракционной линии, по-видимому, связана с диффузионными процессами – расслоением В2-твердого раствора (профиль линий указывают на их дублетный характер). Полученные результаты включены в учебный процесс кафедры физики твердого тела физического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова (специальные курсы лекций «Современные проблемы физики», «Прикладное и теоретическое магнитное материаловедение», «Физическое материаловедение», «Магнетизм и фазовые переходы», «Синхротронные методы исследования конденсированных сред», «Ядерно-резонансные и синхротронные методы исследования сверхтонких взаимодействий»). Новизна проведенных в 2024 году исследований определяется тем, что ранее такие исследования не проводились. Запланированные на 2024 год научно-исследовательские работы выполнены полностью. Результаты НИР были доложены на международных и национальных конференциях, опубликованы в рецензируемых научных журналах и внедрены в учебный процесс.
25 1 января 2025 г.-31 декабря 2025 г. Структурная эволюция самоорганизующихся твердотельных систем (на мезо- и атомарном уровнях)
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".