Geum.ru

Краткий отчет о научной деятельности Учреждения Российской академии наук Уфимского научного центра ран за 2010 год Уфа-2011 г

Вид материалаОтчет
2. Физические науки
2.2. Физическое материаловедение: новые материалы и структуры, в том числе фуллерены, нанотрубки, графены, другие наноматериалы,
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12

2. ФИЗИЧЕСКИЕ НАУКИ



2.1. Актуальные проблемы физики конденсированных сред, в том числе квантовая макрофизика, мезоскопика, физика наноструктур, спинтроника, сверхпроводимость. Обнаружен эффект значительного (на 50оС) увеличения температуры плавления фазы Bi(Pb)2223 под действием небольшого (10 МПа) квазигидростатического давления. Обнаруженный эффект позволяет существенно расширить температурный интервал пластической деформации керамики, усилить ее текстуру, а также увеличить энергию пиннинга магнитных вихрей за счет выделения мелких частиц вторичных фаз при распаде матричной ВТСП фазы в метастабильной области.

Показано, что при ионно-лучевом распылении образцов крупнокристаллического и наноструктурного никеля формируется различный поверхностный рельеф: если на крупнокристаллическом никеле образуются удлиненные крупноразмерные выступы, то на поверхности наноструктурного никеля формируются наноразмерные выступы в виде конусов. Последнее может быть перспективным при создании многоострийных катодов. ИПСМ РАН.

2.2. Физическое материаловедение: новые материалы и структуры, в том числе фуллерены, нанотрубки, графены, другие наноматериалы, а также метаматериалы. Обнаружено увеличение модуля упругости сплава ВТ-6 после наноструктурирования методом изотермической прокатки по сравнению с модулем упругости сплава в крупнозернистом состоянии, что объясняется уменьшением количества -фазы по сравнению с равновесным составом данного сплава.

Обнаружено, что пластическая деформация кручением под давлением позволяет снизить величину критического давления для альфа-омега-бета фазовых превращений в цирконии.

Установлено, что консолидация порошка методом интенсивной пластической деформации кручением позволяет получить объемный сплав Mg70Ni30, имеющий на 30-50% более высокую водородо-поглощающую способность по сравнению с обычным методом консолидации   спеканием.

Обнаружено, что повышение магнитных характеристик сплава Fe-22%Cr-15%Co возможно за счет использования одноосной пластической деформации при умеренных температурах, приводящей к формированию оптимальной магнитной структуры. Этот эффект может быть использован для создания магнитов с высокими магнитными свойствами без наложения магнитного поля при термической обработке.

Под действием магнитного поля напряженностью 1,6 МА/м происходит снижение температуры структурного фазового превращения «аустенит-мартенсит» в сплаве Ni46Mn41In13 на 5С. Это сопровождается магнетокалорическим эффектом, который достигает значения 1,7°. Обнаруженный эффект может представлять интерес при разработке холодильных установок нового типа.

В образцах сплава с эффектом памяти формы Ti-49,8%Ni, подвергнутых прокатке, обнаружен эффект скачкообразного изменения длины при структурном фазовом переходе «аустенит-мартенсит», объясняющийся формированием плоскостной текстуры. Определена температура (200°С), после прокатки при которой величина скачка длины при фазовом переходе сохраняется при многократном термоциклировании. Этот эффект может быть использован в функциональных устройствах. ИПСМ РАН.

2.1. Актуальные проблемы физики конденсированных сред, в том числе квантовая макрофизика, мезоскопика, физика наноструктур, спинтроника, сверхпроводимость. 2.2. Физическое материаловедение: новые материалы и структуры, в том числе фуллерены, нанотрубки, графены, другие наноматериалы, а также метаматериалы. 2.3. Актуальные проблемы оптики и лазерной физики, в том числе достижение предельных концентраций мощности и энергии во времени, пространстве и спектральном диапазоне, освоение новых диапазонов спектра, спектроскопия сверхвысокого разрешения и стандарты частоты, прецизионные оптические измерения, проблемы квантовой и атомной оптики, взаимодействие излучения с веществом. Рассмотрено авторезонансное параметрическое возбуждение бризера намагниченности в одноосном ферромагнетике полями переменной частоты и малой амплитуды. Определен порог возбуждения бризера и его зависимость от фактора качества материала. На основе простой модели солитоноподобных конформационных переключений в двухкомпонентных бистабильных полимерных молекулах с неэквивалентными по энергии устойчивыми состояниями представлена зависимость динамики конформационных переключений от параметров нелинейного продольного возбуждения (степень растяжения, скорость распространения вдоль молекулярной цепи). Показано, что продольное возбуждение при определенных условиях может играть роль ловушки для конформационного солитона и, как следствие, определять динамику конформационного переключения.

Выполнен сравнительный анализ равновесных геометрических параметров 1,3-диоксана, 4-метил-1,3-диоксана, 4,4-диметил-1,3-диоксана (метод B3PW91/aug-cc-pVDZ). Показано, что подобное замещение приводит к искажению геометрии остова молекул и обусловлено положительным индуктивным эффектом алкильных заместителей. В результате конформационного анализа 4,4-диметил-1,3-диоксана, выполненного с помощью неэмпирических квантово-химических приближений, установлен характер стационарных точек на поверхности потенциальной энергии молекул этого соединения. Расчёты свидетельствуют о том, что интерконверсия цикла протекает преимущественно через 1,4-твист форму. Маршруты, включающие 2,5- и 3,6-твист формы, менее выгодны, поскольку проходят через наиболее высокое по энергии ПС (1,4-софа). Изучение ППЭ 5,5-дифторметил-1,3-диоксана в рамках метода PBE/cc-pVDZ позволило обнаружить восемь стационарных точек, половина из которых соответствуют минимумам, другая половина – переходным состояниям. Минимумы включают два вырожденных по энергии конформера кресло и две скрученные ванны: 2,5-ТВ(1) и 2,5-ТВ(2). Дальнейшее исследование выявило два неэквивалентных маршрута превращения кресло-кресло. Для молекулы 5,5-дифторметил-1,3-диоксана в конформации кресла исследовано внутреннее вращение фторметильных групп. В отличие от метильных фторметильные группы обладают более низкой симметрией, а их вращение приводит к появлению более сложной потенциальной поверхности.

Исследованы направления конформационной изомеризации различных шестичленных 1,3- и 1,3,2-гетероциклических систем как для изолированной нейтральной молекулы либо иона, так и для бинарных комплексов и для отдельных молекулярных кластеров. Заметную роль в этих процессах играют внутри- и межмолекулярные электронные взаимодействия в гетероатомном фрагменте кольца, а также между гетероатомом и второй молекулой или ионом.

Обнаружены новые случаи аномально большого времени жизни отрицательных молекулярных ионов хинонов и проявления синглет-триплетной интеркомбинационной конверсии в оптических спектрах соответствующих молекул, в частности, для филлохинона (витамина К1). Было показано, что в спектрах люминесценции хинонов выделяется две области энергий, каждой из которых соответствует свой тип спектра возбуждения, и что одна из этих областей соответствует флюоресценции, а другая – фосфоресценции. Показано, что в спектрах возбуждения, соответствующего фосфоресценции, присутствуют синглетные полосы, что является прямым отражением безызлучательных синглет-триплетных переходов в изученных молекулах. Комплексный анализ спектров поглощения, люминесценции и возбуждения в сочетании с расчетами позволил определить энергии слабоинтенсивных синглетных состояний в хинонах и область возбуждения первых триплетных. В итоге данные, полученные для этих соединений, явились прямым свидетельством синглет-триплетной интеркомбинационной конверсии, подтвердив, тем самым ранее выдвинутую концепцию о том, что причиной аномальной задержки автоотщепления электронов от отрицательных молекулярных ионов, наблюдаемой в некоторых соединениях, являются спин-запрещенные дублет-квартетные переходы. Результат имеет существенное значение для понимания механизмов переноса электрона, в том числе – в биологических молекулярных системах.

Разработан метод измерения шага спирали нематохолестерической смеси по величине критического напряжения перехода гомеотропной ориентации в трансляционно-инвариантную структуру. Показано, что в случае нежестких гомеотропных граничных условий, когда имеет место азимутальное вырождение на вращение директора относительно нормали к слою, значения шага спирали P, определенные из критического напряжения перехода, могут существенно отличаться от истинного значения P. Установлено также, что пороги последовательных ориентационных превращений и перехода в модулированную структуру определяются соотношением шага спирали к толщине нематохолестерических слоев.

Обнаружен и изучен эффект локального вращения молекул в нематохолестерических каплях размером порядка 20÷50 мкм, находящихся в изотропном окружении. Вращение индуцировано электрическим полем. Показано, что при небольших концентрациях холестерического допанта ~ 0, 05÷0,11 % под действием электрического поля развивается процесс согласованного вращения молекул с осью вращения, направленной вдоль поля. Механизм этого явления определяется электроконвективными течениями внутри капли. Исследование капель больших размеров, в которых ось вращения опрокинута и перпендикулярна полю показало, что этот эффект связан с вращением центрального линейного дефекта, который генерирует ориентационные волны, распространяющиеся в объеме капли.

Продолжены исследования электронного переключения в системе металл/полимер/металл, индуцированного различными физическими полями, в сочетании с исследованием структуры и морфологии полимерных пленок методами сканирующей зондовой микроскопии. Разработана методика инициирования отдельных высокопроводящих каналов кратковременным ионным импульсом. Показано, что воздействие ионного импульса приводит к локальному переключению полимерной пленки в высокопроводящее состояние. Измерены электрофизические характеристики отдельного проводящего канала. Подтверждено предположение, что именно проводящие каналы являются эмиссионными центрами при наблюдении электронной эмиссии в структуре металл-полимер-вакуум.

Исследована возможность использования автогенераторного метода для измерения кривых намагничивания и определения параметров магнитной микроструктуры нанокристаллических материалов. Установлено, что разработанная методика позволяет определить размерность системы обменно-связанных зерен.

Исследована антиферромагнитная доменная структура мультиферроика при наличии сегнетоэлектрической доменной структуры. Показано, что неоднородное магнитоэлектрическое взаимодействие (флексомагнитоэлектрическое) приводит к закреплению антиферромагнитных доменных границ на границах сегнетоэлектрических доменов. Происходит не только изменение распределения намагниченности в плоскости, но и выход спинов из плоскости антиферромагнитной границы вблизи сегнетоэлектрических доменных границ. ИФМК УНЦ РАН.

2.7. Современные проблемы физики плазмы, включая физику высокотемпературной плазмы и УТС, физику астрофизической плазмы и основы ее применения в технологических процессах. Проведены предварительные эксперименты со смесью цикло-перфторалкилфуллеренов состава C60(C3F6)n(C4F8)m, где n=1 – 3; m = 1 − 6, т.е. производных, в которых протяженный адденд связан с фуллереновым каркасом обеими концами. Обнаружено, что средняя энергия отрыва C4F8-группы составляет 5.74 ±0.14 эВ – эта величина более чем вдвое превышает энергию связи нециклических фторалкилпроизводных фуллерена, например, трифторметилфуллеренов C60(CF3)n, n=2, 4, …, 12 ( 2,5 эВ).

Выявлено отличие процессов образования и распада ОИ молекулами валина и пролина, имеющих сходный элементный состав, но различное строение (разветвленное и циклическое, соответственно). В случае пролина характерный начальный этап фрагментации аминокислот, сопровождающийся процессом Н-сдвига и дальнейшей диссоциацией N–С связи, приводит к раскрытию пирролидинового цикла и изомеризации начальной геометрии молекулярного иона в NH2CH2CH2CH2CHCOO– или NHCH2CH2CH2CH2COO– конфигурацию. Новые структуры молекулярных ОИ пролина значительно отличаются от таковых для разветвленных аминокислот, что обусловливает образование других типов фрагментных ионов. В масс-спектрах этих аминокислот зарегистрированы пики метастабильных ионов, свидетельствующие о фрагментации ОИ в масс-спектрометрической шкале времени – такие распады ранее не наблюдались для других соединений ряда. Из анализа кинетики метастабильных распадов установлены наиболее вероятные структуры родительских и дочерних ионов.

Методом спектроскопии электронного захвата исследованы связанные состояния электрона с рядом ароматических электроактивных молекул (паракватерфенил, 2,5-дифенилоксазол, флуорен, фенантрен, антрацен, флуоренон, 2-аминофлуоренон, антрахинон, 9,10-дианилиндоантрацен, анилинфлуорен и диангидрид перилентетракарбоновой кислоты), перспективных для применения в области молекулярной электроники. Наблюдаемые резонансные состояния интерпретированы с помощью квантово-химических расчетов.

Захват электрона молекулами роданина и его производного (родамин-3-уксусная кислота) исследован в газовой фазе в интервале энергий первичных электронов 0-14 эВ методом спектроскопии электронного захвата. Полученные результаты выявляют ряд сложных, происходящих последовательно, распадов отрицательных молекулярных ионов (ОМИ), включающих разрывы нескольких связей и требующих сложных перегруппировок.

Методом масс-спектрометрии отрицательных ионов резонансного захвата электронов исследован процесс диссоциативного захвата медленных электронов молекулами тетрахлорэтилена (C2Cl4). Зарегистрированы метастабильные ионы с нецелочисленными значениями массовых чисел 7.5 а.е.м. и 19 а.е.м., отвечающие распадам C2Cl4ˉ→Clˉ+C2Cl3 и Cl2ˉ→Clˉ+Cl, происходящим на микросекундной шкале времен. Впервые обнаружено, что ионы Cl2ˉ, являющиеся в рассматриваемом случае осколочными, способны распадаться на микросекундной шкале времен, что весьма неожиданно для системы с одной внутренней степенью свободы. Предположено, что этот процесс обусловлен вращательным возбуждением ионов Cl2ˉ. Тем самым получена экспериментальная оценка времени вращательно-колебательной релаксации в ионе Cl2ˉ. ИФМК УНЦ РАН.