Месторасположение помещений научной группы: НИИФ, корп. М, пом. 301-320

Почтовый адрес руководителя группы: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Тематика и актуальность исследований.

Научная группа «Нанокомпозиты и кристаллы» была сформирована в рамках лаборатории Квантовой акустики и ультразвуковой спектроскопии (КАиУС) на кафедре Физики твердого тела. Сотрудники группы занимаются подготовкой бакалавров, магистров и кандидатов наук, а также научная группа постоянно развивается как научный центр в области акустики, ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и магнитометрии твердых тел.

Научно-исследовательская работа научной группы «Нанокомпозиты и кристаллы», а также работа студентов в рамках образовательных программ ведется в настоящее время по нескольким основным направлениям.

Физика нанокомпозиционных материалов

Одним из ведущих направлений является исследование физических свойств наноструктурированных композиционных материалов на основе нанопористых матриц. Нанокомпозиты являются составной частью элементной базы современной микроэлектроники и перспективными материалами для будущих применений. Исследуются особенности свойств наноструктурированных композиционных материалов на основе нанопористых матриц с введенными в них металлами или их сплавами, а также сегнетоэлектриками, связанные с понижением размеров компонент до нанометрового диапазона. Основная задача научной работы в этой области состоит в выявлении и изучении размерных эффектов, которые возникают в заполняющих поры материалах вследствие уменьшения их характерных размеров. В частности, изучается влияние размерных эффектов на сверхпроводимость, магнитные и структурные фазовые переходы, полиморфизм, диэлектрические свойства с применением различных методик исследования.

Кристаллические сегнетоэлектрики, сегнетоэластики и диэлектрики

Сегнетоэлектрики широко применяются в электронике и элементах памяти. К сегнетоэластикам относятся, например, мартенситные сплавы. В процессе исследований сотрудники научной группы «Нанокомпозиты и кристаллы» используют методы магнитометрии, калориметрии, ядерного магнитного резонанса и ультразвуковой спектроскопии для изучения физических свойств различных сегнетоэлектрических, сегнетоэластических и диэлектрических кристаллов, в частности, активно изучаются фазовые переходы в этих материалах.

Новые топологические материалы

Кристаллические материалы с нетривиальной топологией электронных зон, о существовании которых заговорили лишь в конце XX века, были экспериментально обнаружены в начале XXI века. Топологические материалы, к которым относятся изучаемые в научной группе «Нанокомпозиты и кристаллы» топологические изоляторы и полуметаллы Вейля, представляют собой новые состояния материи с уникальной электронной структурой. Благодаря своим особым физическим свойствам такие материалы исследуются для потенциального использования в электрических и оптоэлектрических устройствах, а также для создания квантового компьютера. Для изучения влияния нетривиальной топологии электронных зон на физические свойства топологических материалов сотрудники научной группы «Нанокомпозиты и кристаллы» используют методы магнитометрии и ядерного магнитного резонанса.

Методы исследования, используемое оборудование.

Основные научные исследования проводятся как на экспериментальных установках в лаборатории КАиУС, в том числе, собранных самостоятельно сотрудниками научной группы, так и на современном высокоточном оборудовании ресурсного центра «Центр диагностики функциональных материалов для медицины, фармакологии и наноэлектроники» (РЦ ДФМ) Научного парка СПбГУ.

Наиболее часто используемое оборудование:

Лаборатория КАиУС

• Автоматизированная установка для проведения измерений температурных зависимостей скорости ультразвука в твердых образцах, в том числе, нанокомпозитах, в диапазоне 110–370 К на частотах 3–15 МГц.
• Автоматизированная установка на базе измерителей иммитанса HIOKI 3532 (диапазон частот 42 Гц–5 МГц) и HIOKI 3535 (100 кГц–120 МГц) для проведения исследований методом импеданс-спектроскопии при температурах 80–650 К.

РЦ ДФМ (https://researchpark.spbu.ru/equipment-dfm-rus)

• СКВИД магнитометр (сверхпроводящий квантовый интерферометр) MPMS SQUID VSM, предназначенный для автоматизированных измерений магнитных свойств материалов в широком диапазоне магнитных полей (±7 Tл) и температур (1,9–1000 К).
• Импульсный ЯМР-спектрометр Bruker AVANCE III 400 МГц с магнитным полем 9,4 Тл, оптимизированный для экспериментов на твердом теле в широком температурном диапазоне (от 10 до 673 К) с применением современных методик, используемых для повышения качества получаемых экспериментальных данных.
• Комплекс для исследования физических свойств материалов в широком диапазоне температур (1,9–400 К) и магнитных полей (±9 Тл) PPMS-9 + EverCool-II, предназначенный для точных измерений характеристик материалов в магнитном поле таких как теплоемкость, электропроводность, теплопроводность, динамическая магнитная восприимчивость.
  Диэлектрический спектрометр NOVOCONTROL BDS, который позволяет проводить исследование электрофизических свойств различных материалов – диэлектриков, полупроводников, в том числе, в наноструктурированном состоянии, а также электролитов, в широком диапазоне частот (3 мкГц–3 ГГц) и температур (83–673 К).
• Комплекс люминесцентной и рамановской микроспектрометрии Интегра Спектра, который предназначен для получения в наномасштабе изображений поверхности и определения состава пленок, наноструктур, частиц, исследования поверхности.
• Автоматический анализатор удельной площади поверхности и размеров пор Quadrasorb SI, осуществляющий анализ площади поверхности пористых образцов, объема пор, распределения пор по размерам.

Получаемые навыки, перспективы трудоустройства.

Результаты научной деятельности

Научная работа сотрудников группы «Нанокомпозиты и кристаллы» ежегодно поддерживается многочисленными грантами, полученными на конкурсной основе (например, такими как РФФИ, РНФ, DFG, DAAD). В научно-исследовательской работе группы активное участие принимают студенты, магистранты и аспиранты, которые каждый год представляют доклады с результатами своей деятельности по тематике научной группы как на всероссийские, так и на международные конференции. Многие работы за это время были отмечены грамотами.

Доступ к обширной приборной базе в комплексе с отработанными методиками исследования позволяют добиваться высоких результатов, что подтверждают многочисленные публикации в ведущих российских журналах, таких как ЖЭТФ, ФТТ, Акустический журнал, и международных журналах (NanoLetters, Physical Review B, Physical Review Letters, Journal of Alloys and Compounds et al).

Перспективы

Группа развивает широкие научные контакты с институтами РАН и университетами России (Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе, Институт радиоэлектроники, Институт физики металлов, Благовещенский педагогический университет), что повышает уровень подготовки студентов. Многолетний опыт сотрудничества с зарубежными университетами (Leipzig University - Германия, National Cheng Kung University - Тайвань) позволил наработать практику проведения исследований на высокоточном современном оборудовании.

На сегодняшний день лучшие образцы современнейшего экспериментального оборудования мирового уровня, собранные на базе Научного парка СПбГУ, позволяют проводить полноценные исследования в пределах Университета, а сотрудничество с коллективом РЦ ДФМ обеспечивает возможность для студентов и аспирантов получения навыков работы на этом оборудовании.

Большая часть магистрантов и аспирантов трудоустроена в качестве сотрудников лаборатории КАиУС или других подразделений СПбГУ. Все студенты получают широкое образование, проходят современную научную подготовку, что позволяет им работать в разных областях.

Контактная информация:
Микушев Владимир Михайлович: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript., +79219153425.

Презентация ЯМР магнитная и акустическая спектроскопия наноструктур и кристаллов (ppt)

Список публикаций КАиУС (doc)