Научно-образовательный центр «Физика нанокомпозитных материалов электронной техники»

Описание

Научно-образовательный центр «Физика нанокомпозитных материалов электронной техники» создан в 2005 году на базе учебно-научной лаборатории «Физика нанокомпозитных материалов электронной техники», являющейся совместным проектом СПбПУ, ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН и ПИЯФ им. Б.П. Константинова (НИЦ «Курчатовский институт»).

Основными задачами НОЦ являются исследование и разработка новых наноматериалов для электронной промышленности, а также подготовка специалистов, способных самостоятельно разрабатывать такие материалы и технологии их получения. 

Научно-образовательный центр осуществляет следующие виды деятельности:

• Аттестация и диагностика материалов в условиях низких температур (до 4 К) и сильных магнитных полей (до 9,5 Тл), включая исследования структуры, в том числе на мезоуровне,
• Исследование динамики (как фононной, так и релаксационной) материалов и их изменения при низких температурах;
• Исследование возникновения микротрещин при низких температурах и в сильных магнитных полях;
• Исследование сегнетоэлектрической и магнитной доменных структур и их температурной эволюции;
• Создание и исследование самоорганизованных наноструктурированных материалов для электронной техники
  Основными объектами служат перовскитоподобные соединения с неизовалентным замещением, в которых формируются системы химически упорядоченных и полярных нанообластей. В таких системах за счет формирования полярных нанообластей можно достичь, в частности, эффективности электромеханического преобразования энергии, на порядок превышающей значения для пространственно однородных материалов. В лаборатории проводится комплексное исследование таких структур с использованием комбинации методов зондовой микроскопии и рассеяния нейтронов и рентгеновского (синхротронного) излучения.
• Создание и исследование искусственных нанокомпозитных структур на основе диэлектрических пористых матриц
  В этом случае используются технологии создания больших объемов наноструктурированных материалов с контролируемыми пространственными характеристиками. Особый упор делается на сегнетоэлектрические и магнитные нанокомпозиты. Проведенные исследования таких материалов позволили приблизиться к решению ряда важных прикладных задач. Так были разработаны подходы для преодоления суперпарамагнитного предела, что может послужить основой для создания магнитных носителей информации нового поколения. Анализ поведения сегнетоэлектриков типа порядок-беспорядок в условиях ограниченной геометрии позволил создать высокоэффективный нанокомпозитный материал для малогабаритных конденсаторов, что подтверждено патентом РФ RU 75784 от 20.08.2008.

На основании собственной экспериментальной базы НОЦ имеет возможность проводить исследования материалов:

• Методами импедансной спектроскопии (проводимость, диэлектрический отклик) в диапазоне частот 106 Гц – 109 Гц в интервале температур 3.5 К – 1500 К, в том числе в интервале температур 3.5 К – 300 К в магнитных полях до 9 Тл.
• Методами зондовой микроскопии в интервале температур 3.5 К – 300 К в магнитных полях до 9,5 Тл.
• Методом нейтронной дифракции, дифракции рентгеновского (синхротронного) излучения (в том числе на базе Российских и Международных центров коллективного пользования) кристаллической и магнитной структуры материалов .

Ключевые проекты:

С момента своего создания лаборатория существует на условиях самофинансирования. 90% сотрудников находятся на внебюджетных ставках, вводимых на средства научных грантов. Все сотрудники лаборатории принимают участие в коллективных и индивидуальных Заявках на конкурсах грантов.

• «Структура и свойства самоорганизованных и композитных мезоструктурированных сегнето- и пьезоэлектриков и мультифункциональных материалов» (РНФ, 2014 - 2016)
• Оценка современных трансформаций ландшафтов на основании данных о преобразовании пород и почв: минералогия, геохимия, география» (РФФИ - ЮАР, 2014 - 2015)
• «Теоретические и экспериментальные исследования физических эффектов деформационной природы в ферроидных пленках и гетероструктурах» (РФФИ, 2016 - 2017)
• Разработка и характеризация новых материалов для устройств хранения энергии конденсаторного типа (РФФИ - Индия, 2017-2018)
• Взаимодействие параметров порядка в нанонеоднородных материалах как основа новых электроакустических и магнитоэлектрических материалов (Госзадание, 2017-2019)
• Механизмы влияния внешних электромеханических воздействий на структуру и функциональные свойства активных ферроидных материалов (Госзадание, 2017-2019)
• Разработка нового подхода к проектированию и реализации уникального лавинного переключателя для увеличения точности оптических радаров (СПбПУ, Лейбниц университет Ганновера (Германия), Университет Оулу (Финляндия)
• «Механизм генерации зарядов на гетеропереходе  TiO2—n-Si под действием золотых наночастиц» (СПбПУ Лейбниц университет Ганновера, Физико-технический институт имени А.Ф. Иоффе)

Оборудование Центра:

Лаборатория оснащена высококлассным оборудованием для диагностики наноразмерных систем, высококвалифицированный персонал как из ВУЗовской, так и из академической научной среды, тесные связи с высокотехнологичными компаниями и развитую систему международных контактов. Лаборатория имеет особый сертификат радиационной безопасности. Ниже приведён перечень оборудования, которое использует НОЦ:

• Диэлектрическая спектроскопия в широкой частотной области.
• Ультраширокополосный диэлектрический спектрометр (10-6, 109 Гц) с криосистемой типа turnkey broadband system NOVOCONTROL CONCEPT 80, температурный диапазон 10К, 1500К.
• Атомная силовая микроскопия с возможностью работы по методикам магнитно-силовой микроскопии, силовой микроскопии пьезоотклика, а также в режиме латеральных сил.
• Комплексная система attoAFM I - Cryogenic Microscope System – криогенный сканирующий силовой микроскоп, автономный криостат до 4К, сверхпроводящий магнит до 9,5 Тл.
• Рассеяние синхротронного излучения. Использование центров коллективного пользования в России, Европе и США на конкурсной основе. Опыт использования приборной базы РНЦ КИ, APS (США), ESRF (Франция), SPring-8 (Япония).
• Монокристальный рентгеновский ди фрактометр SuperNova (Agilent) для работы на двух длинах волн, с использованием высокоинтенсивных источников излучения, с быстрым позиционно-чувствительным детектором ATLAS и приставкой Cobra plus и HeliJet, обеспечивающей измерения в интервале температур 15–500К. (Дифракция рентгеновского излучения).

• Ключевые партнеры:

    

    

  • Институт металлургии и материаловедения имени А.А. Байкова
  • Институт кристаллографии
  • Амурский государственный университет
  • Тихоокеанский государственный университет 
  • Белорусский государственный университет;
  • ЕИнститут Лауэ – Ланжевена (ILL). Гренобль, Франция;
  • Эколь Централь Париж (ECP), Париж, Франция;
  • Университет г. Киль, Германия;
  • Университет И. Гуттенберга, Майнц, Германия;
  • Институт Ханна-Майтнера, Берлин, Германия;
  • Центр Синхротронных исследований Spring-8, Япония;
  • Индийский технологический институт, Мадрас, Индия; 
  • Университет Венда, ЮАР;
  • Шанхайский университет (ECNU), Китай;
  • Университет Катманду, Непал;
  • Стэндфордский университет, США;
  • Ок-Риджская Национальная Лаборатория (ORNL), Теннесси, США.

Контакты

• Бурковский Роман Георгиевич
• Филимонов Алексей Владимирович
• Вахрушев Сергей Борисович