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:
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".