Научно-образовательный центр «Физика нанокомпозитных материалов электронной техники»

1. 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;

2. Исследование динамики (как фононной, так и релаксационной) материалов и их изменения при низких температурах;

3. Исследование возникновения микротрещин при низких температурах и в сильных магнитных полях;

4.Исследование сегнетоэлектрической и магнитной доменных структур и их температурной эволюции;

5.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.

6.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 10-6 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.

1. Диэлектрическая спектроскопия в широкой частотной области.

2. Ультраширокополосный диэлектрический спектрометр (10^-6 - 10⁹ Гц) с криосистемой типа turnkey broadband system NOVOCONTROL CONCEPT 80, температурный диапазон 10К - 1500К.

3. Атомная силовая микроскопия с возможностью работы по методикам магнитно-силовой микроскопии, силовой микроскопии пьезоотклика, а также в режиме латеральных сил.

4. Комплексная система attoAFM I - Cryogenic Microscope System – криогенный сканирующий силовой микроскоп, автономный криостат до 4К, сверхпроводящий магнит до 9,5 Тл.

5. Рассеяние синхротронного излучения. Использование центров коллективного пользования в России, Европе и США на конкурсной основе. Опыт использования приборной базы КИСИ, APS (США), ESRF (Франция), SPring-8 (Япония).

6. Монокристальный рентгеновский дифрактометр 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).

Публикации можно посмотреть, перейдя по следующим ссылкам:

Google Scholar ID

Google Scholar ID

Google Scholar ID

НОЦ «ФНК» создан в 2005 году на базе кафедры физической электроники РФФ СПбГПУ, как совместный проект СПбГПУ, ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН и ПИЯФ им. Б.П. Константинова (НИЦ «Курчатовский институт»). За период 2006 – 2026 г. коллектив НОЦ выполнил ряд целевых федеральных проектов: 3 проекта РНПВШ (Рособразование), 7 проектов ФЦП, 14 проектов DAAD-Минобрнауки РФ, 15 региональных проектов (Правительство СПб), 25 проектов РФФИ, 1 Мегагрант (рук. – Таганцев А.К., EPFL (Швейцария)), 17 проектов – РНФ.

Получены 3 патента, 3 свидетельства о регистрации программ для ЭВМ, диплом Международной выставки, студентами и аспирантами получены 11 медалей и 18 дипломов, подготовлены 8 докторов и 12 кандидатов физико – математических наук.

На сегодняшний день СПбПУ вошел в пул пользователей и представил перспективный план исследований на рабочих станциях синхротрона СКИФ (Новосибирск).

В предметной области опубликовано более 200 научных работ. Индексы цитирования основных исполнителей: (Вахрушев – 3 815 (h=30), Набережнов – 1420 (h=18); Королева – 1029 (h=14), Филимонов -1254 (h=16), Бурковский – 823 (h=12)).

1. Открыты триггерные несоразмерные переходы - переходы, в которых несоразмерный параметр порядка образуется не в результате конденсации несоразмерной мягкой моды, но вследствие конденсации мягкой моды, соответствующей другому (второму) параметру порядка. Эффект продемонстрирован экспериментально на примере PbHfO3, где роль второго параметра порядка играют антиферродисторсионные искажения кислородного каркаса. Это новый тип переходов в диэлектриках. [Burkovsky et al., Triggered incommensurate transition in PbHfO3, Physical Review B, 100 (1), art. no. 014107 (2019).].

2. Выявлена роль диполь-дипольных сил в формировании несоразмерных структур в кристаллах со структурой кубического перовскита [Burkovsky, R.G., Dipole-dipole interactions and incommensurate order in perovskite structures, Physical Review B, 97 (18), art. no. 184109 (2018).]

3. Обнаружен эффект размытия антисегнетоэлектрических переходов по температуре, новые кристаллические структуры в эпитаксиальных гетероструктурах PbZrO3/SrRuO3/SrTiO3. В отличие от размытия сегнетоэлектрических переходов, разымытие антисегнетоэлектрических переходов, в силу симметрии проблемы, не может быть сведено к влиянию внутреннего смещающего электрического поля, и требует новых теоретических подходов [Lityagin et al., Intermediate phase with orthorhombic symmetry displacement patterns in epitaxial PbZrO3 thin films at high temperatures, Ferroelectrics, 533 (1), pp. 26-34. (2018).]

4. Идентифицирована качественно новая последовательность фазовых переходов в монокристаллах антисегнетоэлектрика PbZrO3 в условиях высокого гидростатического давления, включающая несоразмерную фазу, образующуюся как результат критического замедления флуктуаций несоразмерного параметра порядка. Пересмотрен качественный вид фазовой диаграммы этого хорошо исследованного соединения в пространстве температура-давление [Burkovsky et al., Scientific Reports, 7, art. no. 41512 (2017).].

5. В системе Tb0.2Dy0.8Co2−Tb0.2Gd0.8Co2 и системе с частичным замещением кобальта на алюминий Tb0.2Dy0.8Co1.9Al0.1−Tb0.2Gd0.8Co1.9Al0.1 обнаружена магнитная морфотропная фазовая граница (МФГ), в области которой происходит усиление магнитострикционных свойств. Температура Кюри не зависит от напряженности внешнего магнитного поля, в то время как МФГ сдвигается в область низких температур. Обнаружено, что в данных системах максимальные значение объемной магнитострикции и MКЭ (в области температуры Кюри) остаются постоянным, тогда как концентрация Gd и Dy варьируется. Данные системы соединений являются особо перспективными в связи с тем, что область рабочих температур (проявления максимальных эффектов) соединений варьируется в интервале от 250 до 320 К, наиболее важном в техническом использовании.

6. Методами атомно-силовой и магнито-силовой микроскопии исследованы особенности структуры поверхности многокомпонентных фаз Лавеса. Установлено, что частичное замещение кобальта на алюминий в соединениях Tb,Dy,Ho(Gd)Co2 приводит не только к диспергированию структуры, но и к изменению функциональных свойств, а именно повышению температуры Кюри и снижению магнитокалорического эффекта. Выявлена связь магнитных и магнитокалорических свойств со структурными особенностями образцов, наблюдаемыми на микро- и наноуровнях.

7. Исследованы структура и магнитные свойства соединения SmFe2 и замещенных соединений на его основе. Методами температурной дифракции и тензометрии уточнены температурные границы существования угловой фазы при переходе из ромбоэдрической в ромбическую фазу в SmFe2. Установлено, что в многокомпонентной системе Sm0.2(Tb1-хYх)0.8Fe2 ромбоэдрические искажения структуры при комнатной температуре обнаруживаются в сплавах c х = 0 – 0.4, в то время как в области низких температур все исследуемые соединения демонстрируют спин-переориентационные фазовые переходы. По результатам исследований построена магнитная фазовая диаграмма. Исследовано поведение намагниченности и магнитострикции в области магнитных фазовых переходов.

• 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.