Наноматериалы, тонкие плёнки и гибридные структуры

Описание направления

Направление включает эпитаксиальные тонкие плёнки, наночастицы, поверхности и интерфейсы, металл-органические каркасы. Исследуются размерные эффекты, эпитаксиальные напряжения, каталитические свойства и процессы на поверхности.

В этом направлении исследуются функциональные материалы, свойства которых существенно зависят от размерности, состояния поверхности, интерфейсов и эпитаксиальных напряжений. Особое внимание уделяется тонким плёнкам и гетероструктурам на основе оксидных перовскитов, наночастицам, поверхностным и межфазным эффектам, а также гибридным материалам и пористым структурам.

Одно из направлений связано с получением и исследованием тонких эпитаксиальных плёнок электроактивных материалов. В частности, в сотрудничестве с Южным научным центром РАН были изучены структура и сегнетоэлектрические свойства гетероэпитаксиальных плёнок NaNbO₃, полученных методом ВЧ-катодного распыления: Technical Physics Letters, 2020. Развитие этой темы связано с исследованием тонкоплёночных антисегнетоэлектрических гетероструктур 0.91NaNbO₃-0.09SrZrO₃/SrRuO₃/MgO(001), для которых были проанализированы структура и диэлектрические свойства: Ferroelectrics, 2022.

Важной частью направления является моделирование интерфейсов и предельно тонких слоёв. С помощью расчётов из первых принципов были исследованы структурные и электронные особенности интерфейса сверхрешётки CdTiO₃/BaTiO₃: Nanoscale, 2021. Такие расчёты позволяют анализировать, как эпитаксиальная геометрия, полярные искажения и химический состав на границе раздела влияют на устойчивость фаз и функциональный отклик. Близкая задача – теоретическое описание нескольких атомных слоёв полярного перовскита, где размерный эффект может радикально изменить структурные, электронные и магнитные свойства: Physical Chemistry Chemical Physics, 2021.

Отдельное направление связано с наночастицами и атомистическим моделированием их устойчивости. В сотрудничестве с МИИИМ ЮФУ для Au-Pd систем был разработан ReaxFF потенциал, позволяющий описывать межатомные взаимодействия в более крупных и сложных моделях, чем это доступно прямым квантово-химическим расчётам: Journal of Physics: Condensed Matter, 2022. На основе комбинированного подхода Монте-Карло и молекулярной динамики были исследованы стабильность и фазовые превращения в Au-Pd наночастицах: Journal of Physical Chemistry C, 2024. Эти работы важны для понимания того, как состав, размер, температура и атомное распределение определяют структуру и свойства металлических наночастиц.

В целом направление объединяет экспериментальные исследования тонких плёнок и гетероструктур с атомистическим моделированием интерфейсов, поверхностей и наночастиц. Такой подход позволяет рассматривать функциональный материал не только как объёмную фазу, но и как систему, в которой ключевую роль играют границы раздела, локальная структура, размерные эффекты и неравновесное распределение атомов.

Связанные публикации