Кристаллическая структура и фазовые переходы

Описание направления

Направление объединяет исследования кристаллической структуры, локальных искажений, фазовых состояний и механизмов фазовых переходов в функциональных материалах. Особое внимание уделяется связи симметрии, атомного упорядочения и физических свойств.

Это направление посвящено исследованию кристаллической структуры, локальных искажений, атомного упорядочения и механизмов фазовых переходов в функциональных материалах. В центре внимания находятся системы, в которых изменение симметрии, повороты и деформации кислородных октаэдров, смещения катионов, катионное или вакансионное упорядочение приводят к появлению сегнетоэлектрических, антисегнетоэлектрических, магнитных, магнитоэлектрических и других функциональных свойств.

Особое место занимают сложные перовскиты, где структура определяется не только средним составом, но и распределением катионов по B-подрешётке. Для двойных перовскитов AB_1/2‘B_1/2»O₃ была развита теория фазовых переходов порядок–беспорядок B-катионов: Acta Crystallographica B, 2018. В дальнейшем была показана роль давления в изменении температур и характера таких переходов: Acta Crystallographica B, 2019. Эти работы формируют основу для понимания того, как локальный химический порядок влияет на фазовую устойчивость и физические свойства перовскитных материалов.

Структурный подход используется также для анализа антисегнетоэлектриков и родственных им фаз. В работе Journal of Physics: Condensed Matter, 2020 были рассмотрены скрытые несобственные сегнетоэлектрические фазы, важные для проектирования антисегнетоэлектрических материалов. Молекулярно-динамическое моделирование PbZrO₃ показало, насколько чувствительно описание фазовых переходов и электрокалорического эффекта к выбору межатомного потенциала и к корректному воспроизведению конкурирующих структурных состояний: Physical Review B, 2025.

Значительная часть исследований связана с тем, как кристаллическая структура меняется при уменьшении размерности, эпитаксиальном ограничении и формировании интерфейсов. Были исследованы тонкие гетероэпитаксиальные плёнки NaNbO3: Technical Physics Letters, 2020, тонкоплёночные антисегнетоэлектрические гетероструктуры 0.91NaNbO₃-0.09SrZrO₃/SrRuO₃/MgO(001): Ferroelectrics, 2022 (в сотрудничестве с Южным научным центром РАН), а также интерфейс сверхрешётки CdTiO₃/BaTiO₃ из первых принципов: Nanoscale, 2021. Эти работы показывают, что эпитаксиальные напряжения, граничные условия и локальная структура интерфейса могут существенно менять фазовое состояние материала.

Отдельное направление связано с фазообразованием, конкуренцией фаз и структурной устойчивостью многокомпонентных перовскитов. Для средне- и высокоэнтропийных систем исследуется, насколько химическая сложность способствует стабилизации перовскитной фазы и как она влияет на катионное упорядочение. В работе Journal of Alloys and Compounds, 2024 было показано, что даже в высокоэнтропийных перовскитах возможно сохранение тенденции к локальному атомному порядку. В последующих работах по среднеэнтропийным свинецсодержащим перовскитам были рассмотрены рост кристаллов, фазовая конкуренция, проблемы синтеза и упорядочения: Journal of Solid State Chemistry, 2025, Journal of Solid State Chemistry, 2026.

В целом это направление объединяет рентгеноструктурный анализ, дифракционные методы, феноменологическую теорию, симметрийный анализ, DFT, молекулярную динамику и метод Монте-Карло. Такой комплексный подход позволяет переходить от описания кристаллической структуры к пониманию физического механизма фазового перехода и далее – к целенаправленному управлению функциональными свойствами материала.

Связанные публикации