| Название: | Фазовые трансформации и зарядовая подвижность в функциональных гибридных наноструктурах с развитыми интерфейсами |
| Грантодатель: | Гранты РНФ |
| Область знаний: | 02 - Физика и науки о космосе |
| Научная дисциплина: | 02-204 - Нано- и микроструктуры |
| Ключевые слова: | Наноструктуры, ЯМР, магнитометрия, размерные эффекты, интерфейс, нанотрубки, углерод, пористые матрицы, сверхпроводимость, теплоемкость, проводимость, АСМ, переходы жидкость-жидкость, атомная подвижность. |
| Время действия проекта: | 2021-2024 |
| Тип: | исследовательский |
| Руководитель(и): | Кумзеров,ЮА |
| Подразделения: | |
| Код проекта: | 21-72-20038 |
Научная проблема, на решение которой направлен проект, состоит в создании новых функциональных гибридных наноструктур с развитыми интерфейсами и исследовании роли размерных и интерфейсных эффектов в формировании основных особенностей транспортных свойств, кристаллической структуры и фазовых трансформаций в макроскопических ансамблях таких наноструктур. Актуальность проблемы определяется важностью создания и изучения свойств материалов при наличии интерфейсных границ между различными фазами гибридных наноструктур и в условиях наноконфайнмента для развития материальной базы современных электронных устройств, в том числе, для применений в медицине и биологии. Поставленная проблема имеет, кроме того, фундаментальное значение, поскольку указанные ансамбли предоставляют уникальные возможности для выявления размерных и интерфейсных эффектов, характерных для широкого класса низкоразмерных систем. Конкретная задача настоящего проекта состоит в создании новых видов макроскопических ансамблей гибридных наноструктур на основе различных сочетаний магнитных, сегнетоэлектрических, проводящих или сверхпроводящих компонент, имеющих уникально большие площади интерфейса, и в проведении их исследований методами ядерного магнитного резонанса, магнитометрии (измерения dc и ac намагниченности), калориметрии и измерения электрического сопротивления в магнитном поле с применением дополнительных методов порометрии и атомно-силовой микроскопии. Возможность использования этих методик существует благодаря наличию необходимых для их проведения высококлассных дорогостоящих экспериментальных установок, имеющихся в распоряжении Объекта Инфраструктуры (Научный парк СПбГУ), и благодаря технологиям создания макроскопических ансамблей наноструктур, разработанным в лаборатории ФТИ им. А.Ф. Иоффе, возглавляемой руководителем проекта. Основной материаловедческий аспект проекта заключается в создании новых гибридных наноструктур, в том числе, внутри мезопористых матриц, в которых возможно получение гораздо больших (по сравнению с планарными технологиями) площадей интерфейса между различными фазами образца (порядка 10 кв. метров на грамм).
Предметами конкретных физических исследований будут являться:
- сверхпроводимость в гибридных наноструктурах типа “сверхпроводник-антиферромагнетик”, “сверхпроводник-ферромагнетик” и “сверхпроводник-нормальный метал” на основе заполненных различными материалами мезопористых матриц. В том числе, будут исследоваться изменение рода сверхпроводимости при наноструктурировании, размерные эффекты в полиморфизме, связанные с пониженной размерностью смещения температур сверхпроводящих переходов и критических магнитных полей, динамика и геометрия системы вихрей в сверхпроводнике;
- магнитные и сегнетоэлектрические свойства гибридных наноструктур, сформированных с использованием магнетиков и сегнетоэлектриков, а также эффективность магнитоэлектрической связи в таких наноструктурах;
- влияние интерфейсных характеристик и наноконфайнмента на локальную подвижность и зарядовый транспорт, структурные и фазовые характеристики создаваемых гибридных наноструктур.
Ожидаемые результаты
В проекте планируется впервые получить макроскопические ансамбли новых видов гибридных наноструктур (сверхпроводник-магнетик, сегнетоэлектрик-магнетик) с уникально большой площадью интерфейса и исследовать малоизученные явления в гибридных наноструктурах, связанные с влиянием пониженной размерности и развитым в них межкомпонентным интерфейсом, с помощью диагностических методик, применяемых обычно к объемным материалам. Целью данных исследований является определение способов использования гибридных наноструктур для развития материальной базы современной микроэлектроники и информационной техники, а также для применений в медицине и биологии.
В результате проведения работ в рамках проекта будут изучены:
- важные особенности сверхпроводимости в гибридных наноструктурах типа “сверхпроводник-антиферромагнетик”, “сверхпроводник-ферромагнетик” и “сверхпроводник-нормальный метал” на основе заполненных различными материалами мезопористых матриц. Будут получены фазовые диаграммы для гибридных наноструктур, исследовано появление магнитных нестабильностей, динамика сверхпроводящих вихрей и влияние полиморфизма;
- структурные и фазовые характеристики гибридных наноструктур, сформированных с одновременным использованием магнитоупорядоченных и сегнетоэлектрических материалов, а также эффективность магнитоэлектрической связи в таких наноструктурах. Будет получена информация о диэлектрических и магнитных свойствах полученных мультиферроидных наноструктур, температурах и размытии фазовых переходов, связи развитой интерфейсной системы и наноконфайнмента с кристаллической структурой;
- влияние интерфейсных характеристик, размерности и наноконфайнмента на локальную подвижность и зарядовый транспорт в гибридных проводящих (углеродных и др.) наноструктурах с практически важными органическими молекулами;
-ионная диффузия в гибридных наноструктурах с включениями жидких металлов и сплавов, что, в частности, важно для создания ферроколлоидных наносуспензий.
Все ожидаемые результаты являются приоритетными на мировом уровне.
Планируемые исследования находятся на передовом крае мировой науки.
Результаты выполнения проекта могут быть использованы в прикладной физике для создания на основе гибридных наноструктур новых сверхпроводящих, магнитных, сегнетоэлектрических и др. материалов и устройств, а также для создании сенсоров в медицине и биологии.
