Вибори директора
  1. Головна
  2. Структура
  3. Фізико-хімія і технології наноструктурних і функціональних матеріалів
  4. 04. Відділ функціональних оксидних матеріалів

04. Відділ функціональних оксидних матеріалів


Основні напрямки наукової діяльності

  • Вивчення механізмів фазових переходів в твердих тілах та виробах, фізичних властивостей поблизу фазових переходів з метою створення нових матеріалів з комплексом властивостей, корисних для практичних застосувань.
  • Розробка нових оксидних матеріалів, які володіють механічними, теплофізичними та іншими спеціальними властивостями.

Тематика наукових розробок

Вивчення механізмів фазових переходів і побудова фазових діаграм в оксидних макро- та нанофероїках. Вивчення особливостей їх електричних, магнітних, механічних властивостей та впливу на них зовнішніх полів з метою створення нових матеріалів для новітньої мікро - та наноелектронної техніки. Створення конкурентоздатних оксидних керамічних матеріалів та виробів, що за своїми функціональними характеристиками і ресурсу роботи не поступаються кращим світовим аналогам.

Найкращі результати

1. Для нанорозмірних матеріалів вперше отримані на основі варіаційного методу розв´язку рівнянь Ейлера - Лагранжа аналітичні формули, які описують фізичні властивості наноматеріалів.

M.D.Glinchuk, E.A.Eliseev et al., Ferroelectricity enhancement in confined nanorods: Direct variational method, Phys.Rev. B 73, 214106 (2006)

2. З урахуванням впливу поверхні встановлені механізми, що призводять до появи сегнетоелектрики, феромагнетизму, п´єзомагнетизму та магнітоелектричних властивостей в наночастинках та тонких плівках оксидних матеріалів, які не мають таких властивостей в об´ємі. Основні результати надруковані у статтях:

  • E.A. Eliseev, M.D. Glinchuk, V.V.Skorokhod et al., Surface-induced piezomagnetic, piezoelectric and linear magnetoelectric effects in nanosystems, Phys. Rev. B 82, 085408(7) (2010);
  • E. A. Eliseev, M. D. Glinchukaet al., Surface-induced magnetization of the solids with impurities and vacancies, Physica B: Cond. Matter 406, 1673 (2011);
  • E. A. Eliseev, M. D. Glinchuk et al., Anion vacancy-driven magnetism in incipient ferroelectrics SrTiO3 and KTaO3, J. Appl. Phys. 109, 094105 (2011);
  • M. D. Glinchuk, E. A. Eliseev et al., Ferroelectricity and ferromagnetism in EuTiO3 nanowires, Phys. Rev. B 84, 205403 (2011);
  • E. A. Eliseev, M. D. Glinchuk, V. V. Skorokhod et al., Linear magnetoelectric coupling and ferroelectricity induced by the flexomagnetic effect in ferroics, Phys. Rev. B 84, 174112 (2011);
  • M.D.Glinchuk et al., Oxygen-vacancy-induced ferromagnetism in undoped SnO2 thin films, Phys. Rev. B 85, 165319 (2012).

3. Експериментально методами електронного парамагнітного та ядерного магнітного резонансів, а також вимірами магнітної сприйнятливості у широкому інтервалі температур (4–300 К) досліджено властивості твердих розчинів на основі мультифероїка Pb(Fe1/2Nb1/2)O3. Теоретичне моделювання аномальних властивостей дозволило вперше встановити, що основним магнітним станом є фаза, в якій співіснують антиферомагнітний порядок зі станом спінового скла, тобто так звана поворотна фаза (reentrant phase).

  • V.V. Laguta et al., 93Nb NMR and Fe3+ EPR study of local magnetic properties of magnetoelectric Pb(Fe1/2Nb1/2)O3 , Mater. Res. Bull. 45, 1720-1727 (2010);
  • V.V.Laguta, M.D.Glinchuk et al., Magnetic properties of solid solutions built on the basis of multiferroic Pb(Fe1/2Nb1/2)O3, Phys. Rev. B, у друці.

4. Проведені теоретичні дослідження і створено ряд аналітичних та чисельних методів розрахунку енергетичного електронного спектру в об´ємі і на поверхні актуальних кристалів типу А2В6, А3В5, а також його тонкої та супертонкої електронної будови, яка обумовлена присутністю мілких домішкових центрів, електронно-діркових збуджень, екситонно-домішкових комплексів та впливом зовнішніх факторів, таких як електромагнітне поле, температура, тиск, сплавлення. Запропоновано спосіб прогнозування зонної структури, областей її стабільності та критичних ділянок її різкої зміни, а також фізичних властивостей, що залежать від структури електронного спектра, в тому числі фазових переходів метал–напівпровідник–діелектрик. Створено пакет програм SCPP для розрахунку електронних властивостей в об´ємі і на поверхні алмазо- , сфалерито- та вюрцитоподібних кристалів. Пакет програм представлено на сайті у трьох файлах:

С.М.Зубкова, Л.Н.Русіна та ін., Електронні властивості поверхні (111) в А3 В5 та А2 В6- кристалах. УФЖ, 56, № 2, с. 148-58 (2011);

C.М.Зубкова, Л.Н.Русина и др., Температурная зависимость зонной структуры полупроводников типа А2В6 со структурой вюрцита: ZnS, ZnSе, ZnTe, CdTе, Физика и техника полупроводник., 41, 908 (2007).

5. Видана книга М.Д.Глинчук, А.В.Рагуля, Наноферроики, Київ, Наукова думка, 2010. Доповнене видання книги має з´явитися англійською мовою у видавництві Springer у 2013.

6. Створені керамічні матеріали і вироби на основі оксидних сполук – синтетичний кордієрит і титанат алюмінію з максимально низьким (? 1,0 • 10–6 0С) значенням температурного коефіцієнту лінійного розширення; на основі кордієриту створені носії каталізаторів і сажові фільтри щільникової структури для очистки вихідних газів двигунів внутрішнього згоряння. По результатам випробувань в лабораторії горіння Пенсільванського університету (США) каталізатори і сажові фільтри визнані конкурентоздатними і рекомендовані до сертифікації. На основі розроблених кордієриту, мулліто-кордієриту, плавленого титанату алюмінію, муліто-циркону створені фільтри щільникової і коміркової структури для фільтрації та рафінування розплавів металів.

  • В.М.Павліков, Є.П.Гармаш, В.О.Юрченко та ін., Вплив мінерального й фазового складу вихідних сумішей на твердо фазний синтез кордієриту, Порошкова металургія, № 9, 75-89 (2010);
  • В.М.Павліков, Є.П.Гармаш, В.О.Юрченко, І.В.Плескач та ін., Механохімічна активація каолініту, пірофіліту і тальку та її вплив на синтез кордієриту і властивості кордієритової кераміки, Порошкова металургія, № 9, 89-102 (2010);
  • E.P.Garmash, V.N.Pavlikov et al., Oxidation of fine dispersed carbon on the put oxide catalysts, Theoretical and experimental chemistry, 39, 317-321 (2007).

2016 рік

НОВІТНІ БАГАТОФУНКЦІОНАЛЬНІ НАНОМАТЕРІАЛИ З ГІГАНТСЬКИМ МАГНІТОЕЛЕКТРИЧНИМ ВІДГУКОМ ТА МУЛЬТИФЕРОЇЧНОЮ ФАЗОЮ ПРИ КІМНАТНИХ ТЕМПЕРАТУРАХ НА ОСНОВІ ТВЕРДИХ РОЗЧИНІВ НАНОСТРУКТУРОВАНИХ ПЕРОВСКИТІВ

Описано аномальні магнітні властивості мультифероїчних нанозеренних керамік Pb(Fe1/2Ta1/2)x (Zr0.53Ti 0.47)1-xO3 та Pb(Fe1/2Nb1/2) x(Zr0.53Ti 0.47)1-xO3Розраховано залежності температур сегнетоелектричних, феромагнітних та антиферомагнітних фазових переходів, петель гістерезису, діелектричної сприйнятливості та магнітоелектричного зв´язку від температури, концентрацій компонент і зовнішніх полів. Встановлено, що теорія добре описує основні експериментальні результати. Порівняння експериментальних результатів з теоретичними формулами дозволило отримати концентраційну залежність константи Кюрі-Вейса. Розроблена теорія дозволила зробити передбачення відносно впливу антиферодисторсного параметру порядку на температури фазових переходів і, таким чином, на фазові діаграми та властивості мультифероїків. (чл.-кор. НАН України М.Д. Глинчук, В.В.Лагута, Є.А. Єлісєєв, В.М.Павліков, Є.П. Гармаш)

РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЇ ВИГОТОВЛЕННЯ ТА ДОСЛІДЖЕННЯ СКЛАДНИХ ОКСИДНИХ МУЛЬТИФЕРОЇКІВ НА ОСНОВІ КЕРАМІЧНИХ ТВЕРДИХ РОЗЧИНІВ ТА БАГАТОШАРОВИХ КОМПОЗИТНИХ СТРУКТУР ДЛЯ СТВОРЕННЯ БАГАТОФУНКЦІОНАЛЬНИХ МАГНІТОЕЛЕКТРИЧНИХ МАТЕРІАЛІВ НОВОГО ПОКОЛІННЯ

Розроблені нові способи отримання нанодисперсних порошків мультифероїків на основі твердих розчинів систем хPFT–(1-x)PZT, (x = 0,1 – 0,4), EuxSr1-xTiO3, (x= 0,4 – 0,8), 0,7PMN–0,3PТ, xPFW–(1-x)PZТ (x = 0,1 – 0,4) з врахуванням відмінностей по складу і властивостям індивідуальних компонентів. Встановлені закономірності виникнення МЕ зв´язку в досліджених структурах та виявлено шляхи його підсилення, включаючи внесок внутрішніх та зовнішніх чинників, таких як концентрації немагнітних домішок у твердих розчинах, зовнішні поля, кількість та розміри шарів у композитних структурах. Розроблені феноменологічні та мікроскопічні моделі, що описують особливості фазових переходів і властивостей досліджуваних матеріалів. На основі результатів дослідження фазових діаграм і феноменологічного розгляду запропоновані принципи створення нових багатофункціональних матеріалів з екстремально високими параметрами. Методом трафаретного друку одержані двошарові композитні матеріали на основі Ni/ВаТіО3. Виявлено, що після спікання зразки зберігають форму та суцільність, при цьому товщина композиту зменшується майже вдвічі і відбувається зростання наночастинок BaTiO3 у рихлі агрегати із чіткими межами розділу. (В.В. Лагута, В.М. Павліков, Є.П.Гармаш)

МОДЕЛЮВАННЯ ОСОБЛИВОСТЕЙ ФАЗОВИХ, ДІАГРАМ ТА ФІЗИЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ОКСИДНИХ МУЛЬТИФЕРОЇКІВ З РОТОСИМЕТРІЄЮ, ЕЛЕКТРОННОЇ СТРУКТУРИ РЕАЛЬНИХ ПОВЕРХОНЬ В КРИСТАЛАХ ТИПУ СФАЛЕРИТУ І ВЮРЦИТУ ТА ОКСИДНИХ УОСОБЛЕНИХ НАНОКЛАСТЕРІВ, ІМПЛАНТОВАНИХ МАГНІТНИМИ ДОМІШКАМИ

На основі теорії симетрії вперше встановлена можливість існування при деяких умовах лінійного зв´язку параметрів порядку антиферодисторсного та антиферомагнітного фазового переходу у структурах перовскіту. Вперше проведено теоретичне дослідження і ab initio розрахунки атомної та електронної структури 4-х варіантів полярно поверхні із складною реконструкцією СdTe (111) В - (2√3x4) орт. Спектри ЯМР на ядрах свинцю в зразках Pb(Fe1/2Sb1/2)O3 з контрольованим рівнем впорядкованості в підгратці В перовскитної структури показали наявність двох ліній резонансу. Встановлено, що в областях з хімічним порядком в підгратці В, в яких ядро свинцю перебуває в симетричному оточенні іонів заліза, зв´язок ядерного спіну свинцю з електронними спінами заліза (надтонка магнітна взаємодія) більш ніж в два рази сильніше за зв´язок в шарової конфігурації (плоскі шари іонів заліза чергуються з шарами іонів сурми), яка присутня в невпорядкованих зразках. Показано, що поведінка ЯМР та магнітної сприятливості в матеріалі Pb(Fe1/2Sb1/2)O3 пояснюється повністю випадковим розподілом іонів заліза та ніобію в підградці В. (чл.-кор. НАН України М.Д. Глинчук, С.М.Зубкова, Р.О.Кузян, І.В.Кондакова)

РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЇ ВИГОТОВЛЕННЯ МАГНІТОЕЛЕКТРИЧНИХ КЕРАМІЧНИХ МАТЕРІАЛІВ ДЛЯ ЗАСТОСУВАНЬ В НОВІТНІХ ПРИСТРОЯХ ЕЛЕКТРОННОЇ ТЕХНІКИ

Розроблено ефективні методи синтезу мікродисперсних багатокомпонентних порошків Ca1-xMxTiO3, M=Cu, Mn (0≤ x ≤1) з ізометричною й не ізометричною формою часток. Розроблена технологія виготовлення вказаних мікродисперсних порошків заданих форми й розмірів та на їх основі – технологія виготовлення щільної сегнетомагнітної кераміки двох складів – Ca1-xCu xTiO3 i Ca1-xMnxTiO3 (0≤ x ≤1). Вивчено функціональні властивості розроблених керамічних матеріалів, досліджено вплив границь зерен та текстури сегнетомагнітної кераміки на загальні магнітні та електрофізичні властивості у порівнянні з традиційними полікристалами. Встановлено механізми впливу та оптимальні концентрації легуючих домішок. (чл.-кор. НАН України М.Д. Глинчук, Є.А. Єлісєєв, В.М.Павліков, Є.П.Гармаш)

Координаційна діяльність, міжнародне наукове та науково-технічне співробітництво

Член-кор. М. Д. Глинчук є головою Наукової Ради “Фізика сегнетоелектриків”, що координує діяльність вчених України у цьому напрямку фізики твердого тіла. Докт. фіз.-мат. наук В. В. Лагута входить до складу цієї ради.

М. Д. Глинчук є членом наукових міжнародних рад: Комітету AMPERE, Європейського та Всесвітнього Дорадчих Комітетів з фізики сегнетоелектриків.

Оголошення

Вчені відділу 4 відкриті для пропозицій по співробітництву з вченими України та інших країн.

Корисні посилання

Наукові розробки відділу

Співробітники

Єлісєєв Є.А.
ст.н.сп., д.ф.-м.н.
Глинчук М.Д.
чл.-кор., д.ф.-м.н.
Загородній Ю.О.
к.ф.-м.н.
Кондакова І.В.
ст.н.сп., к.ф.-м.н.
Кричинська В.О.

Кузян Р.О.
ст.н.сп., д.ф.-м.н.
Лагута В.В.
ст.н.сп., д.ф.-м.н.
Лещенко О.В.

Павліков В.М.
ст.н.сп., к.х.н.
Плескач І.В.

Юрченко Л.П.
к.ф.-м.н.

Публікації

2024 << 2013 2012 2011 2010 2009 2008 2007 >> 1997 Всі Довідник

Відділ