КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер 18-72-00030

НазваниеНовые функциональные материалы со структурой пирохлора для электронной промышленности

РуководительТаланов Михаил Валерьевич, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет", Ростовская обл

Период выполнения при поддержке РНФ

07.2018 - 06.2020

Конкурс№29 - Конкурс 2018 года по мероприятию «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе, 02-211 - Образование и структура кристаллов

Ключевые словаПирохлор, атомное упорядочение, кристаллическая структура, теоретико-групповой анализ, кристаллография, сегнетоэлектричество, дизайн функциональных материалов

Код ГРНТИ29.19.00

СтатусУспешно завершен

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Создание новых функциональных материалов является ключевым направлением физики конденсированного состояния, материаловедения, различных дисциплин химии, а в последнее время и биологии. Основополагающими, при поисковых исследованиях являются принципы симметрии, которые выступают в качестве первоочередных правил отбора и являются основой для дальнейшего использования термодинамических, квантовомеханических, кристаллохимических методов анализа возможности существования кристаллических структур. Используя базовый элемент симметрийного подхода – теоретико-групповой анализ, удалось решить задачу перечисления возможных низкосимметричных модификаций структуры перовскита ABX3 [1-3], слоистого перовскита A2BX4 [4], эльпасолита ABB’X6 [5] и шпинели AB2X4 [6]. На основе результатов теоретико-группового анализа были сделаны первые шаги к дизайну функциональных материалов [7-9]. Одним из примеров эффективной комбинации симметрийного анализа и первопринципных расчетов является обнаружение гибридного сегнетоэлектричества в различных слоистых перовскитоподобных структурах (суперрешетки, фазы Руддлесдена-Поппера, фазы Дион-Якобсона, фазы Аурвиллиуса и др.) [10-11]. Ключевым фактором наблюдаемого прогресса в дизайне перовситоподобных структур является большой объем фундаментальных исследований, в особенности кристаллографической и кристаллохимической направленности, послуживший основой для дальнейших прикладных исследований. Не менее выдающимися свойствами обладают кристаллы структурного типа пирохлора A2B2X7. Соединения со структурой пирохлора и их твердые растворы демонстрируют широкий спектр физических свойств, востребованных при создании функциональных материалов: колоссальное магнитосопротивление, высокая ионная проводимость и диэлектрическая проницаемость, сверхпроводимость, мультиферроидные, сегнетоэлектрические и экзотические магнитные свойства [12-18]. Эти материалы представляют интерес для использования в устройствах электронной техники [17, 18], в тверооксидных ионных топливных элементах [19], в фотокатализе [20], при хранении ядерных отходов [21] и во многих других сферах. Однако, несмотря на многообещающие перспективы практического использования, до сих пор не проведены фундаментальные теоретико-групповые исследования пирохлорных структур, которые могли бы в дальнейшем стать отправной точкой для дизайна функциональных материалов. Целью данного проекта является создание систематики низкосимметричных пирохлорных структур на основе теоретико-группового анализа как основы для дизайна новых функциональных материалов с необычными электрическими, диэлектрическими, магнитными, и др. свойствами. Впервые будут установлены теоретически возможные пирохлорные фазы, образующиеся в результате атомного упорядочения, описаны соответствующие им кристаллические структуры, определены собственные и несобственные параметры порядка, ответственные за их формирование и оценена их роль в проявлении физических свойств. Построенная систематика низкосимметричных структур станет основой для ответа на следующие принципиальные вопросы в области физики конденсированного состояния и материаловедения: 1)какие в принципе низкосимметричные фазы могут получаться из структуры пирохлора в результате изоморфных замещений, а также воздействия внешних факторов таких как температура, давление, электрические и магнитные поля; 2)каковы ожидаемые структурные мотивы прогнозируемых фаз и структурные механизмы их образования; 3)какие физические свойства, обусловленные собственными и несобственными параметрами порядка, можно ожидать в предсказанных материалах; 4)какие степени свободы кристалла (решеточные, зарядовые, спиновые, орбитальные, магнитные) ответственны за свойства и структуру конкретного анализируемого вещества. Особое внимание будет уделено поиску новых сегнетоэлектриков со структурой пирохлора, для чего планируется последовательно применить теоретико-групповые и кристаллохимические критерии отбора, а также компьютерное моделирование возможных структур. С учетом результатов теоретических расчетов будет выполнен синтез отдельных соединений и их твердых растворов, проведено комплексное экспериментальное исследование их структуры, диэлектрических, сегнетоэлектрических, магнитных и др. свойств. Для интерпретации экспериментальных данных будут привлечены результаты теоретико-группового и топологического анализа, что позволит установить структурные механизмы, ответственные за формирование кристаллической структуры и проявление физических свойств. Для отдельных примеров будет выполнена декомпозиция атомных смещений по вкладам от собственных и несобственных параметров порядка, что крайне актуально для предполагаемых сегнетоэлектрических и антисегнетоэлектрических фаз. На основании экспериментальных результатов будут построены серии фазовых диаграмм и выделены составы твердых растворов, перспективные для практических применений в устройствах электронной техники. [1] K. S. Aleksandrov, J. Bartolome. Phase Transitions (2001) 74, 255–335. [2] C. J. Howard, H. T. Stokes. Acta Cryst. A (2005) 61, 93–111. [3] M. V. Talanov, V. B. Shirokov, V. M. Talanov. Acta Cryst. A (2016) 72, 222–235. [4] D. M. Hatch, H. T. Stokes, K. S. Aleksandrov, S.V. Misyul. Phys. Rev. B (1989) 39, 9282–9288. [5] R. G. Sevryukov, I. N. Safono, M. S. Molokeev, S. V. Misyul. J. Siberian Federal Univ. Math. & Phys. (2016) 9(1), 108–118. [6] V. M. Talanov, B. Shirokov. Acta Cryst. A (2014) 70, 1–15. [7] J. Young, P. Lalkiya, J. M. Rondinelli. J. Mat. Chem. C (2016) 4, 4016–4027. [8] P. V. Balachandran, J. Young, T. Lookman et al. Nat. Comm. (2017) 8, 14282 (1–13). [9] M. J. Pitcher, P. Mandal, M. S. Dyer et al. Science (2015) 347, 420–424. [10] E. Bousquet, M. Dawber, N. Stucki et al. Nature. (2008) 452, 732–737. [11] N. A. Benedek, J. M. Rondinelli, H. Djani et al. Dalton Trans. (2015) 44, 10543–10558. [12] M. A. Subramanian, G. Aravamudan , G. V. Subba Rao. Prog. Solid State Chem. (1983) 15, 55–143. [13] Y. Shimakawa, Y. Kubo, T. Manako. Nature. (1996) 379, 53–55. [14] M. A. Subramanian, B. H. Toby, A. P. Ramirez et al. Science. (1996) 273, 81–84. [15] S. T. Bramwell, M. J. P. Gingras. Science (2001) 294, 1495–1501. [16] J. S. Gardner, M. J. P. Gingras, J. E. Greedan. Rev. Mod. Phys. (2010) 82, 53–107. [17] K. Oka, H. Hojo, M. Azuma et al. Chem. Mat. (2016) 28, 5554–5559. [18] В.А. Исупов. ЖТФ (1997) 67 (10), 47–50. [19] V.V. Kharton, F.M.B. Marques, A. Atkinson et al. Sol. Stat. Ionics (2004) 174, 135–149. [20] R. R. Jitta, R. Gundeboina, N. K. Veldurthi et al. J. Chem. Technol. Biotechnol. (2015) 90, 1937–1948. [21] R. C. Ewing, W. J. Weber, J. Lian. J. Appl. Phys (2004) 95, 5949–5971.

Ожидаемые результаты
В ходе выполнения проекта будут достигнуты следующие результаты: 1. впервые будут определены возможные низкосимметричные упорядоченные фазы со структурой пирохлора, проведена их систематика по упорядочивающимся ионам (т.е. ионам, занимающим c, d, f и b –кристаллографические позиции Уайкоффа в высокосимметричной структуре пирохлора), типу упорядочения, параметру порядка, индуцирующему переход в упорядоченную структуру; 2. для ряда перспективных соединений будут впервые установлены структурные механизмы их фазообразования и фазовых переходов в них, происходящих при различных воздействиях (изменение температуры, химическое модифицирование и т.д.), определены вклады собственных и несобственных параметров порядка в величины атомных смещений, проведено кристаллографическое, кристаллохимическое и топологическое описание структурных превращений, выполнен поиск возможных металлических кластеров, влияющих на проявление макрооткликов и существование экзотических электронно-структурных состояний; 3. впервые будет получен список фаз собственных и несобственных сегнетоэлектриков. На основании симметрийного анализа и кристаллохимической оценки будут выбраны перспективные составы твердых растворов, проведен синтез некоторых из них и комплексное экспериментальное исследование их структуры и физических свойств (диэлектрических, сегнетоэлектрических, магнитных и др.); 4. будут выработаны кристаллографические критерии дизайна функциональных материалов со структурой пирохлора. Все планируемые результаты являются новыми. В их основе лежит создание теоретико-групповой систематики низкосимметричных фаз пирохлора, что позволит существенно расширить современные представления о природе структурных фазовых переходов в известных и перспективных соединениях и их твердых растворах. Результаты проекта могут быть использованы: 1. При дальнейших фундаментальных научных исследованиях. Планируемая систематика низкосимметричных фаз пирохлора явится как основа для проведения квантовомеханических расчетов, поиска новых соединений и твердых растворов со структурой пирохлора. 2. Для прикладных исследований, направленных на экспериментальное изучение структуры и свойств новых материалов со структурой пирохлора. Полученные в ходе реализации проекта знания будут востребованы при уточнении кристаллических структур пирохлоров, при изучении их оптических спектров (правила отбора), а также при интерпретации результатов измерений их физических свойств (особенно вблизи фазовых переходов). 3. При создании новых материалов для нужд электронной техники, а также в других областях применений соединений и твердых растворов со структурой пирохлора. Полученные в ходе выполнения проекта теоретические и экспериментальные результаты позволят сформулировать основные кристаллографические критерии дизайна функциональных материалов со структурой пирохлора. Автор проекта имеет опыт руководства грантами РФФИ (два гранта), Стипендией Президента РФ, а также участия в значительном (более 10) количестве проектов за последние десять лет. Автором проекта выполняются как теоретические (теоретико-групповой анализ), так и экспериментальные (диэлектрические и пьезоэлектрические измерения) исследования, результаты которых были опубликованы более чем в 40 статьях, индексируемых базами Scopus и Web of Science (в том числе 8 работ в журналах Q1).

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2018 году
Целью данного проекта является систематика, классификация и дизайн возможных низкосимметричных пирохлорных структур как основы новых функциональных материалов с необычными электрическими, диэлектрическими, магнитными, и др. физическими свойствами на основе теоретико-группового анализа, а также экспериментальное исследование некоторых наиболее перспективных прогнозируемых фаз. В ходе выполнения работ по проекту во время первого этапа на основании результатов теоретико-группового анализа впервые получен список всех разрешенных симметрией низкосимметричных упорядоченных фаз (всего 167 фаз), которые могут быть получены из фазы-архетипа кубического пирохлора с формулой A2B2X6Y (позиции Уайкоффа 16c, 16d, 48f, 8b) в результате реального или виртуального фазового перехода. Полученные расчетные фазы и параметры порядка классифицированы по неприводимым представлениям, по типам подрешеток, вовлеченных в процесс атомного упорядочения (выделены классы), по возможным физическим свойствам (сегнетоэлектрические, сегнетоэластические). Показано, что симметрия допускает образование фаз, принадлежащих следующим классам: ABXY (146 фаз), ABX (12 фаз), XY (7 фаз) и X (2 фазы). Из этой классификации, в частности, следует, что для всех 167-и низкосимметричных фаз, упорядочение катионов в A и B-подрешетках (позиции Уайкоффа 16d и 16c, соответственно) всегда связано с возникновением атомного порядка в анионной X-подрешетке (позиция Уайкоффа 48f). Кроме того, получен список всех низкосимметричных фаз собственных сегнетоэластиков (7 фаз), а также собственных (6 фаз) и несобственных (44 фазы) сегнетоэлектриков. Для собственных сегнетоэластиков построена обобщенная фазовая диаграмма в координатах коэффициентов термодинамического потенциала (для случая собственных сегнетоэластиков с симметрией потенциала 3m) и типичная фазовая диаграмма, содержащая пять низкосимметричных фаз (для случая собственных сегнетоэластиков с симметрией потенциала 43m), предсказано существование мультикритических точек на фазовых диаграммах, в окрестности которых ожидается усиление макроскопических откликов. Для каждой из расчетных фаз определен полный конденсат параметров порядка, пространственная группа, параметры структуры (трансляции и изменение объема примитивной ячейки, расщепление позиций Уайкоффа и т.д.), а для фаз несобственных сегнетоэлектриков и вид смешанного инварианта (линейного по поляризации), входящего в выражение термодинамического потенциала Ландау и определяющего специфику макроскопического отклика системы на внешние воздействия. Полученные в ходе выполнения работ по проекту результаты теоретико-группового анализа могут быть использованы: 1) для систематизации массива экспериментальных данных по упорядоченным пирохлорам; 2) для уточнения и интерпретации экспериментальных результатов (структурные модели при исследовании дифракции, анализ колебательных спектров, построение моделей орбитального и спинового упорядочений); 3) в качестве первого этапа при создании новых функциональных материалов.

Публикации

1. Таланов М.В., Таланов В.М. Order parameters and phase diagrams of ferroelastics with pyrochlore structure Ferroelectrics, V.543 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.1080/00150193.2019.1592423

2. - Сотрудник ЮФУ стал победителем конкурса РНФ Пресс-центр Южного федерального университета, Новость на официальном сайте Южного федерального университета (год публикации - )

Аннотация результатов, полученных в 2019 году
В ходе выполнения работ по проекту во время второго этапа был впервые проведен комплексный теоретический анализ (теоретико-групповой, термодинамический и кристаллохимический) структурных механизмов формирования дышащих пирохлорных решеток на примере F-43m упорядоченных пирохлоров [1]. Установлено, что критический параметр порядка, описывающий фазовый переход Fd-3m → F-43m, реализуется в смещениях атомов, расположенных на позициях Уайкоффа 16c, 16d, 48f исходной структуры пирохлора, а также в упорядочении атомов, расположенных на позициях Уайкоффа 8b и 48f (тип упорядоченных атомов 1: 1 в каждом случае). Показано, что на фазовой диаграмме Ландау возможны два основных термодинамических пути перехода из высокосимметричной в низкосимметричную F-43m фазу. Эти пути соответствуют двум принципиально различным структурным механизмам формирования дышащих пирохлорных подрешеток, что объясняет фундаментальные причины, по которым все известные экспериментальные примеры дышащих пирохлорных подрешеток характеризуются или очень малыми (как в хромитах шпинелей) или очень большими (как в Ba3Yb2Zn5O11) различиями в длинах связей металл-металл в катионных тетраэдрах структуры. Наряду с этим, структурный параметр порядка в значительной мере определяет и характер магнитных взаимодействий в упорядоченных пирохлорах. Установлены структурные особенности упорядоченных пирохлоров с различными дефектными подсистемами (альфа и бетта пирохлоры): каркасные структуры в упорядоченных бетта-пирохлорах и анионоцентрированные кластеры в упорядоченных альфа-пирохлорах, мостики между тетраэдрическими структурными единицами, дышащие шестичленные кольца тетраэдров. Обсуждается возможная роль выделенных структурных элементов в проявлении физических свойств упорядоченных пирохлоров. На основании проведенного теоретико-группового, кристаллографического и кристаллохимического анализов предсказано существование новых классов пирохлороподобных материалов (лакунарные и интекалляционные фазы), которые наследуют структурные особенности упорядоченных пирохлоров с пространственной группой F-43m [1]. Впервые проведено экспериментальное исследование диэлектрических свойств монокристаллов пирохлора Bi2Ti2O7 и обнаружено их релаксорное поведение [2,3]. Установлено, что попытки описания диэлектрической релаксации с помощью уравнения Аррениуса не приводят к физически значимым величинам подгоночных параметров. Однако релаксационное поведение хорошо описывается эмпирическим соотношением Фогеля-Фулчера, что характерно для многих сегнетоэлектриков-релаксоров. По величине подгоночных параметров Bi2Ti2O7 занимает промежуточное положение между каноническим релаксором PbMg1/3Nb2/3O3 с одной стороны и бессвинцовыми релаксорами на основе BaTiO3 с другой. Наши данные по диэлектрической спектроскопии позволяют предположить существование корреляции между перескоками различных ионов висмута в структуре Bi2Ti2O7. В отличие от известных релаксоров с неупорядоченным распределением различных атомов в узлах эквивалентных кристаллографических позиций, Bi2Ti2O7 является полностью упорядоченной системой, а фрустрация в нем является следствием специфической геометрии кристаллической решетки, свойственной структуре кубического пирохлора [2]. Таким образом, Bi2Ti2O7 является подходящим модельным объектом для изучения процесса формирования полярных состояний в висмут-содержащих пирохлорах, как представителях немагнитных геометрически фрустрированных систем. Полученные в ходе выполнения проекта результаты исследования пирохлора Bi2Ti2O7 были использованы для дальнейшего изучения механизмов формирования релаксорных свойств в твердых растворах со структурой перовскита, что демонстрирует фундаментальную значимость проведенной работы. В частности, на основании комплексных исследований структуры, диэлектрический, пьезоэлектрических и электрострикционных свойств твердых растворов на основе канонического релаксора PbMg1/3Nb2/3O3 нами показано, что роль кристаллохимических факторов в развитии релаксорного поведения и электромеханических характеристик оксидно-свинцовых материалов не менее важна, чем роль вмороженных случайных полей [4]. В ходе выполнения детального кристаллографического и кристаллохимического анализа известных пирохлоров и прогноза новых составов было установлено, что в перспективных для электронной промышленности материалах (Pb2Ti2O6−δF2δ, Cd2Nb2O7 и др.) наибольшие смещения претерпевают катионы в центре анионных октаэдров. Этот результат существенен для дизайна новых диэлектрических материалов со структурой пирохлора, поскольку показывает определяющую кристаллохимическую роль анионных октаэдров в формировании низкосимметричных фаз (в том числе и полярных). Проведен синтез и экспериментальное исследование образцов известных (Cd2Nb2O7) и новых (свинец- и висмут-содержащих твердых растворов) составов, а также выполнено их экспериментальное исследование. В частности, уточнена температура несобственного сегнетоэлектрического перехода в Cd2Nb2O7. Полученные в ходе выполнения работ по проекту теоретические и экспериментальные результаты позволили: 1) установить структурные механизмы формирования перспективных для электронной промышленности пирохлороподобных материалов и сделать прогноз новых типов структур; 2) сформулировать кристаллографические и кристаллохимические принципы дизайна пирохлороподобных структур; 3) расширить наше понимание механизмов формирования свойств пирохлоров (в частности, диэлектрических) и их обусловленности особенностями кристаллической структуры. [1] M. V. Talanov, V. M. Talanov. Formation of breathing pyrochlore lattice: structural, thermodynamic and crystal chemical aspects. CrystEngComm 22 (2020) 1176–1187. DOI: 10.1039/C9CE01635J [2] A. A. Bush, M. V. Talanov, A. I. Stash, S. A. Ivanov, K. E. Kamentsev. Relaxor-like Behavior and Structure Features of Bi2Ti2O7 Pyrochlore Single Crystals. Crystal Growth & Design 20 (2020) 824-831. DOI: 10.1021/acs.cgd.9b01220 [3] A. A. Bush, M. V. Talanov, A. I. Stash, S. A. Ivanov, K. E. Kamentsev. Dielectric relaxation in Bi2Ti2O7 single crystals. Ferroelectrics 553 (2019) 60–65. DOI: 10.1080/00150193.2019.1683496 [4] M. V. Talanov, A. A. Bokov, M. A. Marakhovsky. Effects of crystal chemistry and local random fields on relaxor and piezoelectric behavior of lead-oxide perovskites. Acta Materialia (2020). Принята в печать.

Публикации

1. Буш А.А., Таланов М.В.,Сташ А.И.,Иванов С.А.,Каменцев К.Е. Relaxor-like Behavior and Structure Features of Bi2Ti2O7 Pyrochlore Single Crystals Crystal Growth & Design, 2, 20, 824-831 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.1021/acs.cgd.9b01220

2. Буш А.А.,Таланов М.В.,Сташ А.И.,Иванов С.А., Каменцев К.Е. Dielectric relaxation in Bi2Ti2O7 single crystals Ferroelectrics, V. 553, 60-65 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.1080/00150193.2019.1683496

3. М.В. Таланов, А.А. Боков, М.А. Мараховский Effects of crystal chemistry and local random fields on relaxor and piezoelectric behavior of lead-oxide perovskites ACTA MATERIALIA, Acta Materialia 193 (2020) 40-50 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.04.035

4. Таланов М.В., Боков А.А., Мараховский М.А. Effects of crystal chemistry and local random fields on relaxor and piezoelectric behavior of lead-oxide perovskites Acta Materialia, - (год публикации - 2020)

5. Таланов М.В., Таланов В.М. Теоретико-групповой дизайн новых сегнетоэлектриков со структурой пирохлора ВЕСТНИК ЛУГАНСКОГО НАЦИОНАЛЬНОГО УНИВЕРСИТЕТА ИМЕНИ ВЛАДИМИРА ДАЛЯ, 7 (25), 166-118 (год публикации - 2019)

6. Таланов М.В., Таланов В.М. Formation of breathing pyrochlore lattices: structural, thermodynamic and crystal chemical aspects CrystEngComm, 22, 1176-1187 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.1039/C9CE01635J

7. Буш А.А., Таланов М.В., Сташ А.И., Иванов С.А., Каменцев К.Е. Диэлектрическая релаксация в монокристалле Bi2Ti2O7 Сборник материалов XXIV Международной конференции «Релаксационные явления в твердых телах». 24 - 27 сентября 2019г. г. Воронеж., 120- 122 (год публикации - 2019)

8. Таланов В.М., Таланов М.В., Широков В.Б. Современные методы теории фазовых переходов – мощный инструмент дизайна материалов Сборник материалов XXI Менделеевского съезда по общей и прикладной химии. в 6 т. Санкт-Петербург, 9-13 сентября., Т.1. С. 94 (год публикации - 2019)

9. Таланов М.В. Теоретико-групповой дизайн новых сегнетоэлектриков со структурой пирохлора Сборник материалов XXI Менделеевского съезда по общей и прикладной химии. в 6 т. Санкт-Петербург, 9-13 сентября., Т.1.С.455. (год публикации - 2019)

10. Таланов М.В., Таланов В.М., Широков В.Б. Необычные металлические кластеры в кристаллах с дышашими пирохлорными подрешетками Сборник материалов XXI Менделеевского съезда по общей и прикладной химии. в 6 т. Санкт-Петербург, 9-13 сентября. (2019 г.), Т.1. С. 454 (год публикации - 2019)

11. - Делегация ЮФУ приняла участие в конференции «Релаксационные явления в твёрдых телах» Пресс-центр ЮФУ, Новость на сайте ЮФУ об участии в конференции, на которой были доложены некоторые результаты выполнения проекта. (год публикации - )

12. - X Фестиваль науки Юга России: текстовая трансляция Пресс-центр ЮФУ, Новость на сайте ЮФУ о выступлении с научно-популярной лекцией "Как химический беспорядок помогает создавать материалы с рекордными физическими параметрами", на которой сообщалось и о результатах, достигнутых в ходе выполнения проекта. (год публикации - )

Возможность практического использования результатов
В ходе реализации проекта проводилось теоретическое и экспериментальное исследование материалов со структурой пирохлора, перспективных для нужд электронной промышленности. Полученные результаты расширяют границы нашего понимания процессов формирования диэлектрических свойств в целом классе перспективных функциональных материалов – висмут-содержащих пирохлорах. Область возможного применения этих материалов обусловлена высокими значениями диэлектрической проницаемости, малыми диэлектрическими потерями, повышенной температурной стабильностью (в сравнении с веществами, претерпевающими сегнетоэлектрические фазовые переходы). Эти свойства позволяют использовать исследованные материалы в многослойных керамических конденсаторах, в конденсаторах в динамической памяти произвольного доступа (DRAM) и в альтернативных изолирующих слоях затвора в усовершенствованных транзисторах металл-оксид-полупроводник (МОП). Освоение отечественной промышленностью выпуска указанной группы диэлектрических материалов позволит существенно расширить номенклатуру и качество элементной базы электронной техники. Кроме того, рассматриваемые пирохлоры в виде керамики характеризуются относительно низкими (в сравнении с диэлектрическими материалами со структурой перовскита) температурами спекания, что позволяет создавать на их основе сложные многослойные устройства в рамках энергоэффективного производства (за счет совмещения этапов спекания и вжигания электродов). Полученные в ходе выполнения проекта теоретические результаты, основанные на применении фундаментальных принципов симметрии, могут быть эффективно использованы как основа для дизайна новых пирохлороподобных функциональных материалов с помощью современных квантово-механических методов поиска минимума энергии. Нами выделены несколько перспективных направлений компьютерного поиска соединений, в которых могут быть реализованы структуры, для которых ожидаются повышенные функциональные характеристики.