| 19. |
Аннотация |
Целями научного исследования являются:
Определение закономерностей формирования аморфно-нанокристаллических структур в сплавах на основе алюминия, железа, кобальта, циркония в процессе термообработки и деформации. Установление влияния параметров внешних воздействий на формирование наноструктуры с разными структурными параметрами. Определение зависимости магнитных свойств от уровня механических напряжений в образцах разной конфигурации. Установление особенностей фазовых превращений в оксидных системах, содержащих редкоземельные компоненты. Развитие методов исследования локальных микроискажений кристаллической решетки, обусловленных дефектами. - Расширение барического диапазона синтеза новых гидридов в атмосфере водорода с 9 ГПа до 11–12 ГПа, предельно достижимых в твердосплавных камерах. Получение массивных образцов гидридов и дейтеридов тантала, родия и циркония, кварцевого стекла и силикатов при давлениях до 7–11 ГПа. Определение позиций атомов водорода в необычных кристаллических структурах полученных новых фаз методом нейтронной дифракции и изучение динамики решетки методами неупругого рассеяния нейтронов и комбинационного рассеяния света. Изучение in situ при высоких давлениях фазовых переходов, кристаллической структуры и фононных спектров новых фаз ферроцена и других металлоценов, а также донорно-акцепторных комплексов фуллерена С60 с металлоценами Будут определены кристаллические структуры новых органических проводников на основе катион-радикальных солей, содержащих анионы с эффектом спин-кроссовера, исследованы структуры новых молекулярных магнетиков на основе молекул с ионами редкоземельных и переходных металлов в неоктаэдрической координации, будет исследовано низкотемпературное поведение молекулярных роторов в кристаллических структурах. Будет проведен обобщенный кристаллохимический анализ для изученных структур, выявлены релевантные структурные параметры для установления связи структура-свойства. Ожидается, что полученные данные позволят установить общие тенденции формирования функциональных молекулярных кристаллов, а также структурные факторы, ответственные за физико-химические свойства этих материалов. Это будет способствовать осуществлению целенаправленных шагов на пути к открытию новых физических явлений и материалов с полезными свойствами. Будут определены закономерности магнитной релаксации и нелинейной динамики неоднородных спиновых структур – доменных границ, вихрей-антивихрей, скирмионов , содержащихся в ферромагнитных слоистых гетероструктурах, исследованы экспериментально и промоделированы численно изменения структуры и смещения доменных границ в них под действием внешних магнитных и электрических полей и протекающего через эти слои тока, установлен характер спин-орбитального взаимодействия на интерфейсе. Исследованы механизмы взаимодействия волновых и вихревых систем на поверхности классической и квантовой жидкостей. Изучены механизмы формирования прямых и обратных каскадов энергии и энтропии в вихревой и волновой системах. Будут получены и исследованы жидкокристаллические фотонные кристаллы с различным типом упорядочения, реализована управляемая трансформация их оптических характеристик при внешних воздействиях и вариации материальных параметров. Будут определены условия возникновения и развития неустойчивостей в двумерных жидкокристаллических структурах с ориентационным и трансляционным упорядочением. Изучены особенности процессов самоупорядочения, явлений, связанных с нелинейной динамикой жидкокристаллических структур.
Актуальность исследования свойств нанокристаллических материалов обусловлена установлением физических закономерностей формирования материалов нового типа, исследованнием их свойств и определением корреляции структуры со свойствами, что необходимо для совершенствования существующего приборного парка и разработки новых приборов с более высокими потенциальными возможностями. Низкоразмерные магнитные нанокомпозиты характеризуются нарушением трансляционной симметрии на их поверхности и границе раздела фаз и, как следствие, появлением новых типов анизотропии – поверхностной и (или) обменной, что приводит к переориентации спинов в основном состоянии и к формированию во внешних магнитных и электрических полях состояний со специфическим спектром и нелинейным откликом, знание которых важно при разработке новых элементов магнитной наноэлектроники и спинтроники. Разрабатываемые технологии материалов и устройств предназначены для механического и химического упрочнения конструкций в полевых условиях (например, корпусов кораблей, трубопроводов, линий электропередач в Арктике), повышения чувствительности рентгеновских детекторов для улучшения медицинской диагностики и радиационного мониторинга, экологичных преобразователей радиации в электроэнергию. С использованием уже имеющихся методик высокого давления будет изучено взаимодействие с водородом железо- и магнийсодержащих минералов в ранее труднодоступном диапазоне температур выше 450 °C. Исследования ИФТТ РАН в этом направлении являются пионерскими и представляют интерес для геофизики и геологии, поскольку, по современным представлениям, в наиболее глубокой части верхней мантии Земли такие минералы пропитаны разнообразными флюидами, значительную часть которых должен составлять молекулярный водород под давлением в несколько ГПа. Кристаллы органических проводников являются новыми объектами в физике конденсированных сред, относятся к сильно коррелированным электронным системам, проявляют богатую P-T фазовую диаграмму электронных состояний: чередование металла, моттовского дилектрика, антиферромагнетика и сверхпроводника в узкой области гелиевых температур и небольших давлений. Исследование механизмов формирования энергетических каскадов в волновых и вихревых системах важно для понимания нелинейных процессов происходящих в космическом пространстве, на поверхности океанов и морей, в атмосфере Земли, в кровеносных сосудах и т.д.
В рамках данной темы предполагается решение следующих основных задач:
- Разработка принципов создания новых материалов с высокими прочностными и магнитными свойствами. Развитие методов исследования структуры и свойств аморфных и нанокристаллических материалов разного состава: металлических оксидных, органических. Определение условий формирования материалов с разными структурными параметрами и установление корреляции структуры/свойства.
- Синтез новых гидридов при давлениях до 7–11 ГПа методом термобарической закалки, изучение их кристаллической структуры и колебательных спектров. Исследование азидов щелочных металлов, металлоценов и их комплексов с фуллеренами in situ при высоком давлении.
- Поисковые исследования связи структура-свойства в кристаллах новых ион-радикальных и молекулярных комплексов.
Разработка методов дизайна функциональных кристаллических структур таких комплексов.
Развитие методов монокристальной и порошковой дифракции для исследования таких кристаллов при низких температурах и высоких давлениях.
Установление закономерностей магнитной релаксации и нелинейной динамики неоднородных спиновых структур – доменных границ, вихрей-антивихрей, скирмионов и т.п., содержащихся в ферромагнитных слоистых гетероструктурах, исследование и моделирование изменений структуры и смещения доменных границ в них под действием внешних магнитных и электрических полей и протекающего через эти слои тока, выяснение характера спин-орбитального взаимодействия на интерфейсе.
Установление механизмов взаимодействия волновых и вихревых систем на поверхности классической и квантовой жидкостей. Определение механизмов формирования прямых и обратных каскадов энергии в вихревой системе. Исследование процессов распространения энтропии в турбулентных системах.
Получение жидкокристаллических фотонных кристаллов с различным типом упорядочения и перестраиваемыми спектральными характеристиками, исследование их оптических свойств. Исследование двумерных жидкокристаллических структур с ориентационным и трансляционным упорядочением. Изучение самоупорядочения, микро- и макродинамики, нелинейной динамики и неустойчивостей в жидких кристаллах.
Предполагаемые результаты и их возможная практическая значимость:
- Определение закономерностей формирования аморфно-нанокристаллических структур в сплавах на основе алюминия, железа, кобальта, циркония в процессе термообработки и деформации. Установление влияния внешних воздействий на формирование наноструктуры с разными параметрами. Определение зависимости магнитных свойств от уровня механических напряжений в образцах разной конфигурации. Установление особенностей фазовых превращений в оксидных системах, содержащих редкоземельные компоненты. Развитие методов исследования локальных микроискажений кристаллической решетки, обусловленных дефектами.
- Расширение барического диапазона синтеза новых гидридов в атмосфере водорода с 9 ГПа до 11–12 ГПа, предельно достижимых в твердосплавных камерах. Получение массивных образцов новых гидридов и дейтеридов переходных металлов и их сплавов, кварцевого стекла и силикатов при давлениях до 7–11 ГПа. Определение позиций атомов и молекул водорода в структурах полученных новых фаз методом нейтронной дифракции; исследование динамики решетки методами неупругого рассеяния нейтронов и комбинационного рассеяния света. Изучение in situ при высоких давлениях фазовых переходов, кристаллической структуры и фононных спектров новых фаз ферроцена и других металлоценов, а также донорно-акцепторных комплексов фуллерена С60 с металлоценами.
- Определение кристаллических структур новых органических проводников на основе ион-радикальных комплексов. Наличие неспаренной электронной плотности на ион-радикалах в составе таких соединений (комплексов) способствует эффективному магнитному обмену, а при условии плотной кристаллической упаковки базовых анионов из стопок, цепочек или слоев – появлению высокой проводимости и, возможно, сверхпроводимости.
Определение структурных особенностей в кристаллах со спин-кроссовера переходом, новых мономолекулярных и цепочечных магнетиков на основе молекул с ионами редкоземельных и переходных металлов в неоктаэдрической координации. Изучение эффекта замораживания вращения молекулярных роторов в кристаллических структурах при понижении температуры.
Анализ структурных проявлений Ян-Теллеровских искажений в анион-радикалах плоских С2, Сs, С3- и С4-симметричных металлорганических молекул и фуллеренов С60.
Будут определены закономерности магнитной релаксации и нелинейной динамики неоднородных спиновых структур – доменных границ, вихрей-антивихрей, скирмионов , содержащихся в ферромагнитных слоистых гетероструктурах, исследованы экспериментально и промоделированы численно изменения структуры и смещения доменных границ в них под действием внешних магнитных и электрических полей и протекающего через эти слои тока, установлен характер спин-орбитального взаимодействия на интерфейсе.
Исследованы механизмы взаимодействия волновых и вихревых систем на поверхности классической и квантовой жидкостей. Изучены механизмы формирования прямых и обратных каскадов энергии и энтропии в вихревой и волновой системах.
Будут получены и исследованы жидкокристаллические фотонные кристаллы с различным типом упорядочения, реализована управляемая трансформация их оптических характеристик при внешних воздействиях и вариации материальных параметров. Будут определены условия возникновения и развития неустойчивостей в двумерных жидкокристаллических структурах с ориентационным и трансляционным упорядочением. Изучены особенности процессов самоупорядочения, явлений, связанных с нелинейной динамикой жидкокристаллических структур.
Возможная практическая значимость ожидаемых результатов:
- Исследование взаимосвязи атомной и магнитной структуры материала, их корреляции со свойствами, позволяют разработать концепцию создания новых функциональных материалов, что открывает возможности разработки приборов или устройств с более высокими потенциальными возможностями и совершенствования существующего приборного парка.
- Обобщенный кристаллохимический анализ изученных структур позволит установить общие тенденции формирования функциональных молекулярных кристаллов, а также структурные факторы, ответственные за физико-химические свойства этих материалов. Эта информация необходима для осуществления целенаправленных шагов на пути к открытию новых физических явлений и материалов с полезными свойствами |