Аннотация результатов, полученных в 2014 году
Разработан обобщенный квантовый алгоритм Монте-Карло, с помощью которого удалось в рамках полной двухорбитальной модели при конечных температурах рассчитать энергию и числа заполнения кластеров FeAs, моделирующих сверхпроводники на основе железа. Кодировка квантовых состояний позволила учесть сложные обменные слагаемые между орбиталями, что явилось ключевым моментом при реализации квантового алгоритма Монте-Карло. Проведен расчет термодинамики и энергии связи в кластерах новых высокотемпературных сверхпроводников на основе железа. Выполнен анализ двух-орбитальной и пяти-орбитальной моделей, расчет методом точной диагонализации и методами Монте-Карло двумерных кластеров. Разработан метод расчета парных корреляционных функций конечных двумерных кластеров FeAs больших размеров с помощью нового метода квантового Монте-Карло в рамках двух-орбитальной модели. Проведено моделирование вихревых процессов в высокотемпературных сверхпроводниках с ферромагнитными примесями самосогласованным методом Монте-Карло. Выполнен расчет процессов перемагничивания по полю и току. Обнаружен нелинейный характер вольт-амперных характеристик, ВТСП с ферромагнитными примесями, который объясняется самосогласованным взаимодействием магнитных моментов примесных частиц с вихревой системой. Разработан метод численного расчета распределений намагниченности сверхпроводящих пленок произвольной формы и пакетов пленок. Нестационарное изменение намагниченности и поле наведенных сверхпроводящих токов описывается уравнениями Максвелла, а дополняющее их материальное уравнение предполагает бесконечную проводимость в областях с амплитудой токов ниже некоторой критической величины, и конечное сопротивление в областях, где она равна или превышает критическую. В использованном приближении независимости критического тока от индукции магнитного поля данный подход эквивалентен общепринятой биновской модели критического состояния. Для прямоугольных пленок и лент с дефектами типа несверхпроводящих включений и трещин рассчитаны распределения наведенных токов при различных значениях внешнего магнитного поля. Характерной особенностью рассчитанных распределений является наличие токовых доменов – областей с критическим значением плотности тока - и изломов токовых линий на границах доменов. Показано, что в бездефектных областях формируются домены в форме треугольников или трапеций, а форма домена вблизи дефектной области определяется конфигурацией токов, обтекающих дефект, и непрерывностью тока на границе с соседними доменами бездефектных областей . В диапазоне температур 4,2-80 К и магнитных полях до 14 Тл проведены экспериментальные исследования намагниченности сверхпроводящих образцов, состоящих из моно- и мульти- ВТСП слоев. Установлено, что при увеличении числа мультислоев N остаточная намагниченность испытывает нелинейный рост и выходит на насыщение для N>100. Максимальное значение остаточной намагниченности для N=250 равнялось 2,7 Тл при Т=4,2 К. Для N ≤ 5 проведены детальные сравнения экспериментальных результатов и расчетных данных, полученных численным моделированием в рамках модели Кима и показано, что уменьшение остаточной намагниченности вызвано взаимной экранировкой слоев ВТСП. При Т=77 К в полях до 8 Тл проведены исследования магнито-угловых и магнито-полевых зависимостей критического тока ВТСП слоев на металлической подложке с различным типом пиннинга (точечные центры пиннинга, протяженные центры пиннинга) Показано, что характер зависимостей критического тока и магнитосопротивления от угла и величины внешнего магнитного поля удовлетворительно описывается на основе моделей, учитывающих как анизотропию электронной массы и ВТСП материала, так и наличие в сверхпроводящем слое центров пиннинга различной размерности (точечные, колончатые, плоскостные). Установлено, что в образцах с сильным пинингом на протяженных дефектах в полях выше 3 Тл наблюдается слабая магнито-угловая зависимость критического тока, объясняемая усилением пиннинга на столбчатых дефектах, параллельных оси с ВТСП. Данный результат указывает на изменение фазового состояния вихревой системы с различными центрами пиннинга при увеличении поля. Разработана методика получения сплавов с ЭПФ в аморфном и аморфно-кристаллическом состоянии с помощью сверхбыстрой закалки из расплава. Получены быстрозакаленные сплавы интерметаллических систем на основе TiNi различного легирования (Cu, Zr, Hf, Fe), в том числе сплавы квазибинарных систем TiNi-TiCu с содержанием меди от 10 до 32 ат.% и TiNi-HfNi с содержанием Hf до 20 ат.%, а также четырехкомпонентные сплавы Ti-Ni-Cu-Hf, в виде лент толщиной от 20 до 60 мкм и шириной от 0,5 до 8 мм. Установлено, что в исходном состоянии после закалки при скорости охлаждения около 10^6 К/с сплавы с содержанием Cu более 25 ат.% или Hf более 15 ат.% имеют аморфную структуру, тогда как при меньшем содержании Cu или Hf они находятся в субмикрокристаллическом или аморфно-кристаллическом состоянии со средним размером зерна 0,4-0,6 мкм. Показано, что изотермическая кристаллизация сплавов системы TiNi-TiCu в основном формирует метастабильную однофазную структуру В2-типа, претерпевающая мартенситное превращение с образованием ромбического мартенсита В19, что сопровождается ярко выраженным эффектом памяти формы. Однако в сплавах с большим содержанием меди образуется двухфазная структура В2+В11 (тип CuAu), в результате чего хрупкий интерметаллид TiCu со структурой В11 резко снижает пластичность материала и препятствует мартенситному превращению В2􀀀В19. Увеличение скорости изотермической кристаллизации приводит к наноструктуризации сплавов, при этом наблюдается значительное улучшение свойств ЭПФ, что обусловлено подавлением процесса образования хрупкой фазы В11 (TiCu) при распаде метастабильной В2-фазы. Разработан лабораторный метод динамической кристаллизации быстрозакаленных аморфных сплавов при пропускании импульсов электрического тока с варьируемой длительностью в диапазоне от 1 до 100 мс. Показано, что уменьшение времени импульсного воздействия электрического тока до 2 мс приводит к значительному измельчению структуры сплава, сопровождающемуся формированием наноразмерных мартенситных пластин (20-60 нм), а также к снижению критических температур мартенситного превращения на 2-4 °С. На примере исследования структурного перехода пирохлор-флюорит в сложных нанокристаллических оксидах Ln2Hf2O7, на основе гафния и редкоземельных элементов (РЗЭ) Sm, Eu, Gd, Tb, Dy изучен процесс перестройки локальной атомной структуры при фазовом переходе порядок-беспорядок. По результатам EXAFS- спектроскопии и исследования парной функции распределения атомов установлена ярко выраженная неэквивалентность локального окружения катионов Ln3+ и Hf4+ с существенным различием длин связей Ln3+-O2- и Hf4+-O2- указывающая на дефектную флюоритную структуру, в которой изначально присутствуют элементарные зародыши пирохлорной фазы. Показано, что процессы распространения катионного упорядочения с образованием нанодоменов идут непрерывно, начиная с температуры отжига 700- 800 °С и, в целом, завершаются при 1200 °С, когда пирохлорная фаза регистрируется рентгенографически. Обнаружено, что при достижении температуры отжига ≥ 1200 °С в гафнатах Ln2Hf2O7 редкоземельных элементов (РЗЭ), находящихся в середине ряда лантаноидов (Ln = Sm, Eu, Gd, Tb) с отношением ионных радиусов редкоземельных ионов в пределах 1,51 – 1,46, (RSm3+/RHf4+ = 1,51; RTb3+/RHf4+ = 1,46) наблюдается фазовый переход флюорит – пирохлор, о чем свидетельствует появление сверхструктурных дифракционных пиков (111), (311) и (511), соответствующих катионному упорядочению пирохлорного типа. Сопоставление экспериментальных интенсивностей сверхструктурных рефлексов с теоретическими расчетными данными позволило сделать вывод о том, развитие фазового перехода начинается с формирования пирохлорных нанодоменов в крупнокристаллической флюоритной матрице, т.е. происходит через образование композита «пирохлор в матрице флюорита». Методом аномальной рентгеновской дифракции синхротронного излучения показано, что тип РЗЭ существенно влияет на характер структурного фазового перехода флюрит- пирохлор (беспорядок-порядок). Обнаружено, что уменьшение радиуса катиона РЗЭ в ряду Sm - Tb приводит к снижению интенсивности сверхструктурных пиков и увеличению температуры начала пирохлорного упорядочения т.е. способствует сохранению неупорядоченной флюоритной структуры, а для Dy2Hf2O7 (RDy3+/RHf4+ = 1,45) во всем исследованном температурном диапазоне до 1600 °С сохраняется структура дефектного флюорита без возникновения дальнего сверхструктурного упорядочения катионных позиций, характерных для структуры пирохлора. Разработана методика, позволяющая получать тонкие пленки дихалькогенидов и оксидов переходных металлов с варьируемым структурно-фазовым состоянием, химическим составом, морфологией и топографией поверхности. В методике используется импульсное лазерное осаждение в буферном газе в стандартной конфигурации и осаждение в теневую область за противокапельный экран. Разработаны математические модели, позволяющие рассчитывать важные энергетические и угловые характеристики атомарного потока при использовании различных конфигураций импульсного лазерного осаждения. Установлено, что осаждение плазменно-парового потока, инициированного лазером из мишени стехиометрического состава (MoSe2, WSe2), вызывало формирование аморфной (температура осаждения 20ºС) или нанокристаллической структуры (температура осаждения выше 150ºС). Химический состав пленок (соотношение Se/Mo, Se/W) регулировался путем изменения давления буферного газа. В тонких пленках (толщиной ~10 нм) нанокристаллы были ориентированы таким образом, что базисные плоскости гексагональной решетки располагались преимущественно параллельно поверхности подложки. Характер текстуры нарушался при дополнительно соосаждении металлических наночастиц размером 10–50 нм. В окружении наночастиц базисные плоскости разворачивались перпендикулярно поверхности. Трансформация структурного состояния способствовала формированию каталитически активных состояний, инициирующих протекание электрохимических процессов восстановления водорода в кислых растворах. Формирование каталитически активных состояний на краях базисных плоскостей в наноструктурированных пленках стехиометрического состава подтверждено результатами сравнительных электрохимических исследований процессов выделения водорода на углеродных катодах, на которые предварительно наносились пленки дихалькогенидов переходных металлов с различными структурными и химическими характеристиками. Проведена оптимизации условий получения пленок оксидов переходных металлов для тонкопленочных сенсорных структур типа металл–металлооксид–SiC. Нанокристаллическая пленка на основе оксида вольфрама претерпевала заметные изменения как резистивных, так емкостных характеристик под влиянием водорода при повышенной температуре. Установлены особенности фазовых превращений оксидного слоя при воздействии водорода на структуру Pt/WOx/SiC. Получены новые данные о электрофизических свойствах такой структуры, содержащих оксид вольфрама в различных структурно-фазовых состояниях. Система Pt/WOx/SiC с наноструктурированной пленкой оксида вольфрама показала хорошую воспроизводимость результатов и высокую чувствительность к водороду при повышенных температурах. Изменение напряжения на прямой и обратной ветви вольтамперной характеристики отмечалось при достаточно малых концентрациях водорода (~0,2%) в воздушной среде. Фазовые изменения оксидного слоя под воздействием водорода вызывали сдвиги напряжения на обратных ветвях вольтамперных характеристиках до 6,5 В при токе не более 0,4 мкА. Изучено распространение и взаимодействие прямых и обратных волн в метаматериале с керровской нелинейностью. Получены выражения для связанных пар светлый-светлый и темный –светлый солитон. Изучена модуляционная неустойчивость однородного распределения фотонов в одномерной фотонной решетке. Найдена зависимость инкремента неустойчивости от волновых чисел и параметра решетки. Исследована модификация одномерной фотонной решетки, при которой помимо запрещенной зоны в спектре фотонов, возникает плоская зона – медленные моды электромагнитного поля. Элементарная ячейка модифицированной решетки содержит три волновода, два из которых с положительным показателем преломления и один с отрицательным. Найдено, что спектр линейных мод электромагнитного поля в рассмотренном случае содержит почти плоскую зону.

Публикации

Аннотация результатов, полученных в 2015 году
Получены парные корреляционные функции для двумерных кластеров FeAs, моделирующих высокотемпературные сверхпроводники на основе железа. Представленные данные свидетельствуют в пользу возможности эффективного притяжения носителей заряда, отвечающего симметрии A1g, при некоторых параметрах взаимодействия. Развиты методы восстановления спектральной плотности состояний и дисперсии квазичастиц из данных по мацубаровской функции Грина с помощью асимптотического подхода к функции Грина и метода прямых итераций для известного интегрального соотношения и с помощью стохастического подхода, близкого к методу Монте-Карло. Проведен расчет спектра одночастичных возбуждений и плотности электронных состояний с помощью обобщенного квантового алгоритма Монте-Карло в рамках полной двухорбитальной узельной модели в двумерных кластерах FeAs. Получены профили поверхности Ферми для всей зоны и первые данные по плотности состояний вблизи уровня Ферми. Сформулирована теоретическая модель описания эволюции распределения внеконденсатных частиц и проведено численное моделирование начальной стадии термализации бозе-газа поляритонов, порождаемых в полупроводниковом образце действием оптической накачки в резонаторе. Показано существенное влияние процессов переброса и взаимодействия с равновесными частицами. Методом Монте-Карло рассчитаны вольтамперные характеристики (ВАХ) и процессы перемагничивания собственным полем транспортного тока образца ВТСП с ферромагнитными частицами в качестве дефектов в присутствии внешнего магнитного поля. Обнаружено возникновение S-образной особенности на ВАХ и показано движение магнитного домена и домена вихревой плотности. Намагниченность слоистых высокотемпературных сверхпроводников с ферромагнитными включениями цилиндрической формы рассчитана методом Монте-Карло в рамках двумерной модели слоистого ВТСП. Получены зависимости критического тока от радиуса дефектов Развит метод расчета намагниченности СП пленок с учетом полевой зависимости криттока. Показано, что сопоставление расчетных и экспериментальных петель перемагничивания квадратной пленки позволяет определить полевую зависимость критического тока, которую можно использовать в расчете петель перемагничивания мульти слоев ВТСП, при этом расчетные и экспериментальные данные для мульти слоев совпадают. Рассчитаны токовые пути в ВТСП лентах с дефектами различного типа. Развит метод магнито-силовой микроскопии, позволяющий восстановить токовые пути в тестовых проводящих структурах сложной формы, с пространственным разрешением ~100 нм. Для определения критической плотности тока из магнитооптических измерений топографии поперечного поля в СП слоях в предложена методика, малочувствительная к точной форме токовых линий. Предложен способ определения критического тока из измерений продольной компоненты магнитного поля. Выполненные исследования намагниченности и критического тока ВТСП лент Y1-хCaxBa2Cu3O7-y указывают на возможность роста криттока в сильных магнитных полях за счет повышения концентрации носителей при замене Y3+ на Ca2+. Проведен комплексный структурный анализ полученных экспериментальных образцов быстрозакаленных сплавов квазибинарных систем на основе Ti-Ni. Показано, что динамическая кристаллизация аморфного сплава Ti-Ni-Cu приводит к формированию наноструктурного поликристаллического состояния со средним размером кристаллитов от 15 до 40 нм. В мартенситном состоянии доминирующей в сплаве является фаза В19 при небольшом количестве высокодисперсных частиц со структурой В11. Закалкой сплава Ti50Ni25Cu25 со скоростью охлаждения расплава 0,1-0,9 MК/с получен слоистый аморфно-кристаллический композит, проявляющий обратимый эффект памяти формы (ЭПФ) без термомеханической обработки. В сплавах квазибинарного разреза NiTi-NiHf с содержанием гафния от 10% до 20 ат.% обнаружены три типичных вида морфологии мартенсита В19’ - игольчатый, клинообразный и пакетный, а также сферические частицы диаметром от 20 нм до 10 мкм, внедренные в аморфную матрицу. Измеренные критические температуры и гистерезис мартенситного превращения растут с увеличением содержания гафния. Установлено, что увеличение объемной доли кристаллической фазы от 30% до 100% в аморфно-кристаллических образцах из сплава Ti40.7Hf9.5Ni44.8Cu5 приводит к увеличению значений обратимой деформации при проявлении псевдоупругости. Показано, что воздействие импульсного лазерного излучения на поверхность кристаллизованных образцов сплава Ti50Ni25Cu25 приводит к аморфизации поверхностного слоя и созданию аморфно-кристаллического композита. Предложено два метода формирования обратимого ЭПФ в локальной области тонкой ленты или пленки посредством лазерной обработки. С помощью комбинации методов аномальной рентгеновской дифракции и рентгеновской спектроскопии поглощения (EXAFS) с использованием синхротронного излучения изучен фазовый переход «флюорит-пирохлор» в процессе нанокристаллизации сложных оксидов РЗЭ на основе гафния и циркония. Изучено влияние температур отжига исходных прекурсоров и соотношения радиусов ионов РЗЭ и Hf, Zr на параметры перехода и описана перестройка локального окружения в катионной подрешетке при переходе. Установлено, что электронное состояние катионов РЗЭ существенно влияет на характер фазового перехода, в частности ионы церия четырехвалентны в структуре флюорита и трехвалентны в структуре пирохлора, а четырехвалентные ионы Tb могут замещать ионы Hf в структуре пирохлора. С помощью XANES спектроскопии с использованием синхротронного излучения в соединениях EuCo2As2 и EuCu2Ge2 исследованы фазовые переходы типа «ферромагнетик-антиферромагнетик», «магнитное упорядочение-промежуточновалентное состояние». При воздействии высокого давления установлена корреляция между типом магнитного состояния систем и валентным состоянием Eu. На основании экспериментальных результатов и DFT расчётов зонной структуры предложена качественная модель 3d-4f гибридизации, которая при учёте спиновой подсистемы может дать ключ к описанию особенностей электронных состояний этих систем и твердого раствора EuCu2(SixGe1-x)2. Выполнен анализ и сопоставление результатов разносторонних исследований атомной динамики и специфических особенностей электрон-фононного взаимодействия в трехмерных каркасно-кластерных решетках систем MB6 и MB12 (M=La, Sm, Yb, Lu, Zr). Результаты получены методами неупругого рассеяния нейтронов в сочетании с использованием феноменологических и первопринципных расчетов. Обнаружено существенное сходство атомно-колебательных спектров обеих систем, принципиально обусловленное специфичной для них сильной иерархией межионных взаимодействий. Детально исследовано проявление сильного электрон-фононного взаимодействия в спектре колебаний боридов и проанализирована связь с особенностями валентно-нестабильного состояния редкоземельных ионов. Одним из физически существенных проявлений этих особенностей являются эффекты резонансной неадиабатичности электрон-фононного взаимодействия и наблюдение проявлений магнитовибрационного взаимодействия в системах со спиновыми и зарядовыми флуктуациями. На основе анализа температурной зависимости спектров рентгеновского поглощения сделан вывод о наличии в ВТСП оксидах со структурой перовскита La2-xSrxCuO4, Nd2-xCexCuO4-δ, и Ba1-xKxBiO3 локальной динамической деформации решетки, связанной с локальным динамическим упорядочением заряда. Основное состояние сверхпроводящих составов Ba1-xKxBiO3 описано в виде пространственно разделенной ферми-бозе смеси. Отмечена схожесть локальных особенностей кристаллической и электронной структуры купратных ВТСП и сверхпроводящих оксидов на основе BaBiO3. Изучены зависимости механизмов функционирования сенсоров водородаPt/WOx/SiCи WOx/SiC от особенностей морфологии и структурно-фазового состояния оксидного нанослоя. Установлены режимы стабильной и эффективной регистрации водорода с малыми энергозатратами при использовании моноклинной фазы γ-WO3 и каталитических слое Pt с островковой структурой. Установлено, что при повышенных температурах ~350ºC наиболее выраженный отклик на водород достигается при регистрации изменения напряжения на обратной ветви ВАХ. Сравнительные исследования токопрохождения сквозь структуру и по ее поверхности позволили установить, что изменение свойств интерфейсов Pt/WOx и WOx/SiC под воздействием водорода во многом определяет эффективность отклика структуры при использовании «поперечной» геометрии измерения, применяемой в многофункциональных наносенсорах на платформе «лаборатория на кристалле». Разработана методика формирования структурWOx/SiCна основе нанослойных пленок β-WO3, обеспечивающая эффективную регистрацию водорода без применения каталитических слоев Pt. Разработаны лазерные методики формирования новых тонкопленочных структур на основе дихалькогенидов переходных металлов для решения актуальной проблемы получения дешевых и эффективных катализаторов реакции выделения водорода в кислотном растворе. В тонкопленочном катализаторе на основе MoSe2 активирование гексагональной 2Н-MoSe2 фазы достигалось модифицированием структуры ультратонкой пленки за счет внедрения Мо наночастиц размером до 50 нм. На поверхности наночастиц и в окружающей их матрице реализован выход на поверхность пленки краевых участков слоистой упаковки молекулярных плоскостей Se-Mo-Se. Получен и исследован тонкопленочный катализатор на основе гексагональной фазы 2H-WSe2, состоящий из нанокристаллических «лепестков» толщиной менее 10 нм. Ультратонкие пластины WSe2 (квази-2D кристаллы -Q2D) обеспечивали высокую плотность каталитически активных участков на краях слоистой упаковкой Se-W-Se и проявляли способность к эффективному токопрохождению за счет изменения электронной структуры Q2D кристаллов. Рассмотрены двумерные массивы волноводов из метаматериала, в которые могут существовать как прямых, так и обратных волн. Описаны фотонные зоны для линейных волн. Найдена плоская зона. Исследованы направленные (волноводные) моды планарного волновода, изготовленного из изотропного диэлектрического слоя, прогруженного в гиперболический материал. Найдены дисперсионные соотношения для ТЕ и ТМ волн. Продемонстрированы различия между гиперболическим волноводом и обычным волноводом. В частности, каждая ТМ мода имеет две частоты отсечки и число мод ограничено. Как для ТЕ, так и ТМ волн компонента вектора Пойнтинга, касательная к поверхности волновода, может обращаться в нуль. Изучено прохождение и отражение плоской электромагнитной волны через двумерный массив rf-SQUID-дов (метаповерхность). Найдены коэффициенты прохождения и отражения в линейном приближении. Найдено, что поляризация отраженной волны определяется только ориентацией кольцевого резонатора. Этот эффект подобен эффекту Керра в гиротропных средах. Поляризация прошедшей волны изменяется и зависит как от частоты, так и от ориентации кольцевого резонатора rf-SQUID-да, что является аналогом эффекта Фарадея. На резонансной частоте имеет место гигантский эффект Фарадея. Рассмотрены связанные электромагнитные волны, распространяющиеся в линейке из чередующихся волноводов с положительным и отрицательным показателем преломления. Из-за зигзагообразной конфигурации в линейке имеется взаимодействие между ближайшими и следующими за ближайшими соседями. Найдено, что система уравнений связанных волн имеет решение, описывающее электромагнитные дискретные солитоны. Показано, что линейку из двух волноводов - антинаправляющий ответвитель - можно использовать как усилитель для компенсации потерь в метаматериале, а также для преобразования непрерывного излучения в гребенку солитонов. Исследована термическая устойчивость графена как возможного элемента многослойного метаматериала «нелинейный диэлектрик – (графен, сверхпроводник) - диэлектрик». Методами статического и динамического моделирования в рамках квантово-механической неортогональной модели сильной связи изучены структурные и энергетические характеристики дефектов Стоуна-Уэльса в графене. Показано, что дефекты являются не планарными, а имеют синусообразную форму поперечных смещений. Определены энергии активации и время образования дефектов, а также характер их взаимодействия друг с другом.

Публикации

Аннотация результатов, полученных в 2016 году
Проведен расчет ветвей возбуждений для конечных двумерных кластеров FeAs высокотемпературных сверхпроводников на основе железа в рамках полной двухорбитальной модели. Получены спектральная и полная плотности состояний и их эволюция от размера кластера, силы взаимодействия и температуры. Развит метод восстановления спектральной плотности состояний с помощью интегрального соотношения и стохастической процедуры. Результаты расчетов демонстрируют «нестинг» поверхности Ферми при изменении допирования. Зафиксировано отклонение от теоремы Латтинжера, что свидетельствует о нефермиевском поведении носителей заряда и сильных кулоновских корреляциях в системе. Результаты расчета импульсного распределения носителей заряда и области вблизи энергии Ферми в различных направлениях зоны Бриллюэна показывают наличие скачка чисел заполнения, сглаженного взаимодействием. На основе анализа поляризационно зависимых EXAFS спектров монокристаллов высокотемпературных сверхпроводников на основе железа LaFe1−xCoxAsO, измеренных на базе ESRF, обнаружены ярко выраженные аномалии в температурной зависимости фактора Дебая-Валлера межатомной связи Fe–As для сверхпроводящего состава x = 0.11, аналогичные наблюдавшимся нами ранее в купратных ВТСП и в сверхпроводящих оксидах на основе BaBiO3. Показана связь аномалий локальной структуры с аномальным поведением линейного расширения и магнитной восприимчивости. Развит модифицированный континуальный метод Монте-Карло для расчета трехмерной модели слоистого ВТСП с корректным учетом граничных условий, внешнего поля и транспортного тока. Обобщение метода на случай учета дефектов произвольной формы дало возможность расчета намагниченности в произвольном внешнем поле. С помощью численного моделирования получены кривые намагниченности слоистого сверхпроводника с различным параметром анизотропии. Описаны особенности проникновения магнитного потока с границы, обусловленные анизотропией и типом дефектов. В трехмерном случае продемонстрировано возникновение магнитного домена. Получены кривые намагничивания для точечных и протяженных цилиндрических дефектов в зависимости от угла наклона дефектов и степени анизотропии. Рассчитаны петли перемагничивания объемных образцов с ферромагнитными дефектами. В диапазоне температур 4,2-77 К и магнитных полях 0-14 Тл проведены измерения намагниченности и критического тока ВТСП слоев с нановключениями BaZrO3 и BaSnO3 различных концентраций. Установлено, что при малых концентрациях нановключений наблюдается повышение критического тока, причем степень повышения зависит от величины и направления магнитного поля, а также температуры измерений, что указывает на наличие в сверхпроводящей матрице новых ориентированных центров пиннинга. Наличие столбчатых BaSnO3 центров пиннинга также подтверждено данными просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения. С помощью совместного анализа K-Zr EXAFS и XANES спектров, измеренных на базе ESRF, установлено, что в процессе MOCVD синтеза ВТСП-лент цирконий образует инертные по отношению к ВТСП-матрице нановключения BaZrO3 со структурой перовскита. Исследована зависимость локальной структуры нановключений от их концентрации и температуры. Обнаружена заметная деформация локальной структуры BaZrO3 при концентрации 5 мол.%, свидетельствующая о напряженном состоянии нановключений. С помощью метода динамического моделирования дискретной системы вихрей Абрикосова выполнен расчет токовых линии в ВТСП ленте с повреждениями, имеющими различную форму. Проведено сопоставление этих данных с результатами расчетов в рамках континуальной приближенной модели Бина и показано качественное совпадение этих подходов. Методом конечных элементов рассчитана намагниченность стопки ВТСП слоев и проведено сопоставление расчетов с экспериментальными данными по намагничиванию одной пленки и стопки из 3 пленок. Показано, что расчетные кривые, полученные в различных континуальных подходах, в пределах экспериментальной ошибки совпадают с измеряемыми кривыми. С помощью комбинации комплекса синхротронных методов (XAFS- спектроскопии, аномальной рентгеновской дифракции и PDF– анализа) и спектроскопии комбинационного рассеяния изучены фазовые и структурные переходы в сложных оксидах РЗЭ. Построены фазовые диаграммы цирконатов (ZrO2)1-x(Ln2O3)x и гафнатов (HfO2)1-x(Ln2O3)x (Ln=La, Gd и Y) и диаграммы типов кристаллических структур в зависимости от радиуса катионов РЗЭ и температуры отжига. Изучено влияние вида катионов РЗЭ на кристаллическую и локальную структуру цирконатов Ln2Zr2O7 и гафнатов Ln2Hf2O7 (Ln = La-Lu) РЗЭ, имеющих важное практическое значение для изготовления керамических слоев теплозащитных покрытий, твердых электролитов, инертных матриц для иммобилизации радиоактивных отходов и нейтронопоглощающих материалов с повышенным сроком эксплуатации. На базе синхротронного центра SOLEIL (Франция) для ряда соединений европия со структурой 1:2:2 EuCu2Ge2, EuCo2As2, EuCo2P2 выполнен комплекс уникальных исследований при высоких давлениях, создаваемых в алмазных наковальнях. В результате анализа XANES спектров установлены зависимости валентного состояния европия от внешнего и химического давления, возникающего вследствие изоэлектронного и неизоэлектронного замещения в соединениях Eu(Ca, La)Co2As2 и EuCu2(SixGe1-x)2. Построена магнитная фазовая диаграмма соединения Ca1–xEuxCo2As2 в зависимости от содержания европия и температуры. Выделены характерные области, в которых система проявляет ферромагнитные, антиферромагнитные и парамагнитные свойства. Экспериментальные результаты описаны в рамках модели гибридизации 3d-4f уровней, основанной на DFT расчетах зонной структуры. Проведен анализ систем с РЗЭ, в которых проявляется наведенный дальний магнитный порядок (PrNi), спиновая щель, резонансная мода, валентная нестабильность (CeNi, YbB12, SmB6, Sm(Y)S) и все вышеперечисленные состояния одновременно в (EuCu2(SixGe1-x)2). Установлено, что фактором, играющим роль основы превращений на магнитной фазовой диаграмме этих систем, служит структура спектра магнитных возбуждений с выделенной квазиупругой составляющей. Отмечено, что наличие обнаруженной нами резонансной моды характерно и для купратных, ферро-пниктидных ВТСП и для тяжелофермионных сверхпроводников. Таким образом, полученные результаты указывают на общие закономерности формирования различных типов основного состояния указанных систем в результате взаимосвязи основных физических факторов, «кристаллическое электрическое поле – обмен – гибридизация», на фоне внутриатомных взаимодействий, формирующих электронные оболочки. Установлены особенности мартенситных фазовых превращений и эффектов памяти формы (ЭПФ) в интерметаллидах на основе TiNi с различной организацией структуры. Выявлена однофазность быстрозакаленных сплавов Ti-Ni-Cu (В2-аустенит и В19-мартенсит) и узкий интервал (8-10 К) мартенситного превращения (МП). В нанокристаллическом В2-аустените МП В2→В19 происходит в межчастичных прослойках В2-матрицы, а особенностью мартенситной В19 фазы является отсутствие микродвойников и дефектов упаковки. C повышением содержания меди в сплаве от 25 до 32 ат.% критические температуры МП снижаются на 10-20 К. Установлено, что сплавы Ti-Ni-Cu и Ti-Ni-Hf полностью возвращают деформацию до 2-2,5% при напряжении до 300 МПа и устойчивы к многократному термоциклированию до 10000 циклов. Наноструктуризация сплавов приводит к увеличению обратимой деформации до 10%. Обнаружено линейное соотношение между электросопротивлением и деформацией сплавов. Методом комбинированного экстремального воздействия получены аморфно-кристаллические материалы, проявляющие ярко выраженный обратимый ЭПФ на изгиб. Показано, что в аморфно-кристаллическом сплаве Ti40.7Hf9.5Ni44.8Cu5 образование квазистатических деформационных нанодоменов приводит к нарушению последовательности образования кристаллов мартенсита при охлаждении и их сжатию при нагревании в процессе МП. Разработана структурная модель, корректно описывающая основные закономерности формирования аморфно-кристаллической структуры и проявления обратимого ЭПФ в слоистом композите. Изучены морфология и структурно-фазовые характеристики тонких пленок Mo-Se-С, WOy, W-Se-O, сформированных методом реактивного импульсного лазерного осаждения (ИЛО). Исследованы особенности электролитического осаждения на эти пленки наночастиц Pt и функциональные характеристики тонкопленочных катализаторов Mo-Se-С, WOy, W-Se-O, Pt/Mo-Se-C, Pt/WOy в реакции восстановления Н2 в растворе 0.5M H2SO4. Установлено, что варьирование режимов ИЛО и постобработки позволяет формировать пленки, состоящие из наночастиц сферической формы, ультратонких наноиголок и нанопластинок (квази-2D/Q2D). Пористая упаковка сферических наночастиц WOy, с дефектной/многофазной кристаллической структурой демонстрировала наиболее высокую каталитическую активность, которая еще более повышалась при осаждении наночастиц Pt при низком их содержании (~ 15 мкг/см2). Оптимизация режимов осаждения и постобработки позволила создать гибридный электрокатализатор W-Se-O, обладающий высокой эффективностью восстановления водорода без использования дорогостоящей платины. Пленки W-Se-O состояли из ультратонких Q2D пластинок WSe2 и WO3. Структурные и размерные характеристики нанопластинок обеспечивали высокую эффективность реакции выделения Н2, увеличивая катодный ток в ~7 раз при потенциале 100 мВ и понижая наклон тафелевской зависимости с 340 до 90 мВ. Измерен электрический сигнал в тонкопленочной системе Pt/WOx/6Н-SiC/Ni/Pt, содержавшей слоистую пленку WOx на пластине 6Н-SiC, нагретую с одной стороны до 350°С. Градиент температуры по толщине пластины SiC возникал за счет охлаждения ее рабочей поверхности воздушной средой. Подача Н2 в эту среду до концентрации 2% вызывала 15-кратный рост термо-сигнала, что заметно превышало отклик, регистрируемый традиционным способом измерения вольт-амперных характеристик. Найдено точное решение системы уравнений, описывающих дискретную дифракцию в ромбической решетке волноводов. Предсказана модуляционная неустойчивость мод плоской зоны ромбической решетки волноводов. Установлено существование плоской зоны в квадратной гранецентрированной решетке, в узлах которой помимо обычных волноводов присутствуют волноводы из метаматериала с отрицательным показателем преломлением. Получены дисперсионные соотношения для случаев ТЕ и ТМ мод планарного гиперболического линейного волновода. Предсказан гистерезис в поведении коэффициентов отражения и преломления волны на метаповерхности, образованной массивом rf-SQUID-дов. В рамках модели сильной связи исследованы процессы дефектообразования в графене, фаграфене и алмазоподобных нанонитках. Определены механизмы и характерные времена разрушения данных структур при тепловом воздействии.

Публикации