Работы по поиску, созданию и исследованию высокоэффективных материалов с особыми электромеханическими и другими свойствами ведутся в НИИ физики ЮФУ более 40 лет (при создании института это направление было определено Правительством страны как приоритетное). За это время при участии руководителя школы синтезировано более 40 тысяч новых композиций различных структурных типов; установлены кристаллофизические условия их существования; разработана методология целенаправленного поиска перспективных веществ и создано более 200 типов материалов и способов их получения, защищённых охранными документами и «перекрывающими» практически все известные пьезотехнические отрасли (Dantsiger A.Ya., Reznitchenko L.A., Razumovskaya O.N. et al. Fifty years of investigations and developments to create ferro-piezoceramic materials. Proc. "Dielectric Ceramic Materials". 1999. V.100. P.13-21). Это материалы с высокой диэлектрической проницаемостью для низкочастотных преобразователей в системах микроперемещений; высокой анизотропией пьезоэлектрических параметров, предназначенные для ультразвуковой дефектоскопии, толщинометрии и других приборов неразрушающего контроля; высокой стабильностью резонансной частоты, применяемые в частотно-селективных фильтровых устройствах; низкой диэлектрической проницаемостью, высоким пирокоэфициентом, высокой скоростью звука, предназначенные для использования в высокочастотных акустоэлектрических преобразователях на поверхностных и объемных волнах, в пироприемниках; а также высокочувствительные материалы для работы в акселерометрах, в устройствах ультразвукового контроля изделий и оборудования; высокотемпературные материалы для преобразователей, сохраняющих работоспособность при повышенных температурах; материалы, устойчивые к электрическим и механическим воздействиям, перспективные для ультразвуковых излучателей, пьезотрансформаторов, генераторов высокого напряжения и пр.; материалы с низкой коэрцитивной силой для использования в запоминающих устройствах; позисторные материалы для работы в качестве датчиков температуры, автотермостабилизирующих нагревателей; электрострикционные материалы, фиксирующие изменение линейных размеров объектов.

Их основу составляют свинецсодержащие сложные оксиды вида Pb(Zr,Ti)O₃(ЦТС) – (PbB’B’’O₃)_n, PbTiO₃(PT) – (PbB’B’’O₃)_n, наиболее распространённая технология которых включает твердофазный синтез и спекание при высоких температурах. Все операции технологического процесса неизбежно связаны с загрязнением окружающей среды и вредным воздействием на живые организмы.

Частью выполненных материаловедческих работ явилось также осуществление комплексных исследований, проводимых Резниченко Л.А. под руководством проф. Фесенко Е.Г., более 100 бинарных и трёхкомпонентных систем твёрдых растворов на основе несвинецсодержащих соединений (Резниченко Л.А. Фазовые переходы и физические свойства n-компонентных систем на основе ниобата натрия. Канд. дисс., 1980), ставших особенно актуальными в 2000-е годы в связи с началом формирования в развитых странах мира новой законодательной базы, направленной на запрет использования соединений свинца в электронной технике (Directive 2002/95/EC of the European parliament and of the council of 27.01.2003 on the restriction of the use of certain hazardous substances in electronic equipment. Of. J. of the European Union. 2003. N 37. P. 19).

Именно в это время практически сформировалась научная школа под руководством Резниченко Л.А., занимающаяся проблемами создания и комплексного исследования бессвинцовых композиций и экологически безопасных технологий изготовления материалов на их основе (Чернышков В.А. Физические свойства пьезокерамики метаниобата лития и твёрдых растворов на его основе. Канд. дисс., 1990; Позднякова И.В. Фазовые состояния и особенности диэлектрических свойств ниобата натрия и твёрдых растворов на его основе. Канд. дисс., 1999; Коваленко М.И. Особенности структурообразования и деструктивные явления в поликристаллических сегнетоматериалах на основе ниобата натрия. Канд. дисс., 2001; Кузнецова Е.М. Фазовые х-Т-диаграммы бинарных твёрдых растворов на основе ниобата натрия и роль дефектной подсистемы в формировании их свойств. Канд. дисс., 2001; Титов С.В. Эффекты модифицирования в ниобатах щелочных металлов, титанате, цирконате свинца и их твёрдых растворах. Канд. дисс., 2001; Бородин А.В. Пироэффект в окрестности фазовых переходов в системе твёрдых растворов на основе ниобата натрия. Канд. дисс., 2002). Были разработаны научно-обоснованные критерии целенаправленного моделирования и управления свойствами, методология поиска и «атомарного» конструирования перспективных многокомпонентных систем твёрдых растворов с участием ниобатов-, титанатов-, танталатов- и антимонатов щелочных и щелочно-земельных металлов, в том числе, легированных оксидами d-элементов, стеклодобавками, комбинированными модификаторами, а также методы изображения таких систем, основанные на использовании многомерных геометрических фигур (симплексов) (Данцигер А.Я., Разумовская О.Н., Резниченко Л.А., и др. Многокомпонентные системы сегнетоэлектрических сложных оксидов: физика, кристаллохимия, технология. Аспекты дизайна активных материалов. Ростов-на-Дону: Изд-во РГУ, 2001–2002. Т. 1, 2. - 802 с.).

Установлены закономерности формирования реконструктивных, фазовых, перколяционных переходов, областей сосуществования разно- (и одно) симметрийных структур; полей термодинамической устойчивости упорядоченных монофаз, зон оптимальных сочетаний электрофических свойств твердых растворов исследуемых систем с различной термодинамической предысторией (Pozdnyakova I., Navrotsky A., Shilkina L., Reznitchenko L. Thermodynamic and Structural properties of sodium lithium niobate solid solutions. J. Amer. Ceram. Soc. 2002. V. 85 [2]. P. 379-384.). Разработаны модели, позволяющие описывать процесс формирования нано- и мезоскопических неоднородностей в окрестности морфотропных областей, областей сосуществования упорядоченных фаз, фазовых состояний с сопутствующими им экстремумами макроскопических (электрических, упругих, пьезоэлектрических и др.) свойств (Демченко О.А. Фазы, фазовые состояния и морфотропные области в n-компонентных системах сегнетоэлектрических твёрдых растворов. Канд. дисс., 2006); определён, с привлечением методов фрактального и мультифрактального анализов структуры, характер влияния этих неоднородностей на указанные свойства объектов (Титов В.В. Особенности формирования микроструктуры в поликристаллических сегнетоактивных средах на основе ниобатов щелочных металлов (мультифрактальный анализ). Канд дисс., 2003; Титов С.В., Резниченко Л.А., и др. Кластеризация структуры, предшествующая концентрационным фазовым переходам. Письма в ЖТФ. 2000. Т. 26. N 18. С. 9-16.).

Осуществлено кристаллофизическое моделирование объектов для целевых применений, базирующееся на кристаллофизическом и термодинамическом аспектах изоморфизма, теоретических методах оценки энтальпии смешения, построении систем ненапряжённых катион-анионных связей, энергетической кристаллохимии концентрированных и разбавленных твёрдых растворов перовскитового (и родственных) типов на основе ниобатов щелочных металлов (Reznitchenko L.A., Dergunova N.V., Shilkina L.A. et al. New binary systems of solid solutions based on NaNbO3. Ferroelectrics. 1998. V. 214. N 3-4. P. 241-254; Gegusina G.A., Reznitchenko L.A., Dergunova N.V. Atomic substitution effects in binary solid solution systems based upon NaNbO3. Ferroelectrics. 1998. V. 214. N 3-4. P. 261-271).

Произведен целенаправленный выбор компонентов систем, условий синтеза и спекания, поляризации объектов, позволяющий оптимизировать их микроструктуру и электрофизические свойства (Reznitchenko L.A., Alyoshin V.A., Klevtsov A.N. et al. Secondary discontinuous recrystallization as a manifestation of the effect of self-organization in niobate ferroelectric ceramics. Ferroelectrics. 2000. V. 247 (1-3). P. 95-105). Разработаны и применены на практике схемы катионного и вакансионного модифицирования составов (Титов C.В. Эффекты модифицирования в ниобатах щелочных металлов, титанате свинца, цирконате свинца и их твёрдых растворах. Канд. дисс., 2001); изучены возможности упорядочения и аннигиляции дефектов путём перегруппировки координационных полиэдров с образованием фаз Магнели в Тi – содержащих оксидах и блочных структур типа ReO₃ в ниобатах щелочных металлов и их влияние на эксплуатационные характеристики объектов (Резниченко Л.А., Шилкина Л.А., Титов С.В., Разумовская О.Н. Фазы Магнели в Ti-содержащих сложных оксидах и их твердых растворах. Кристаллография. 2003. Т. 48. N 3. С. 421-427); изучены локальная атомная структура бессвинцовых керамик (Lemeshko M.P., Reznitchenko L.A., Mathon O., Vedrinskii R.V. et al. Phase transitions in lead-free piezoelectric ceramics: Study of local atomic structure. A. Letters Journal Exploring the Frontiers of Physics (EPL). 2007. V. 77. P. 26003-1 – 26003-5; Lemeshko M.P., Nazarenko E.S., Gonchar A.A. et al. EXAFS studies of the local atomic structure of the lead-free piezoelectric ceramics KxNa(1-x)NbO3 over the temperature range 10-1023 K. Physical Review B. 2007. V. 76. Р. 134106-1–134106-11) и роль дефектной подсистемы в формировании их свойств (Кузнецова Е.М. Фазовые х-Т-диаграммы бинарных твёрдых растворов на основе ниобата натрия и роль дефектной подсистемы в формировании их свойств. Канд. дисс., 2001). Установлены возможности и условия получения бессвинцовых материалов с релаксороподобными свойствами на основе моно- и поликристаллов ниобатов щелочных металлов (Раевская С.И. Диэлектрические свойства монокристаллов и керамики твёрдых растворов на основе ниобата натрия. Канд. Дисс., 2006), а также мультиферроидных материалов на основе изучения панорамных фазовых (х,Т) диаграмм систем твердых растворов (Тесленко П.Ю. Особенности структур и панорамные фазовые диаграммы (х, Т) систем твердых растворов BiFeO₃ – BiMnO₃ и BiFeO₃ –АNbО₃ (А – K, Na). Канд. дисс. 2011).

Методами диэлектрической спектроскопии выявлены области аномального поведения комплексной диэлектрической проницаемости со свойственным им гигантским усилением диэлектрических откликов в рассматриваемых объектах; раскрыты механизмы наблюдаемых явлений с привлечением Максвелл-Вагнеровского формализма (Родинин М.Ю. Пьезомагнитоэлектрические взаимодействия в композитах и поликристаллических материалах. Канд. дисс., 2010; A.V. Turik, G.S. Radchenko, A.I. Chernobabov, S.A. Turik Giant dielectric relaxation in ordered matrix systems depicted by Maxwell-Garnett formula. Mechanical Spectroscopy III. Solid State Phenomena. 2006. V. 115. P. 203-208), установлены закономерности протекания доменных и релаксационных процессов в гетерогенных сегнетоактивных системах (Турик С.А. Доменные и релаксационные процессы в гетерогенных сегнетоактивных системах. Канд. дисс. 2005).

Установлено влияние на процессы фазообразования, кинетику уплотнения, структуру, микроструктуру и макроскопические свойства (в том числе, электромеханический гистерезис, обратный пьезоэффект, реверсивную нелинейность) объектов нарушений стехиометрии состава, эффектов взаимодействия собственных, биографических и деформационных дефектов, в том числе, сопутствующих фазопереходной «усталости», механической активации объектов, высоко-энергетического воздействия путём ударно-волнового нагружения (Есис А.А. Электромеханический гистерезис, обратный пьезоэффект и реверсивная нелинейность сегнетокерамик различной степени сегнетожёсткости. Канд. дисс. 2007.; Кравченко О.Ю. Диэлектрические и теплофизические свойства керамики нестехиометрических ниобатов натрия, серебра и Nb-содержащих твёрдых растворов. Канд. дисс., 2011; Миллер А.И. Сегнетоэлектрики-релаксоры и мультиферроики на основе многоэлементных систем: механоактивация и особенности макроскопических откликов. Подготовлена канд. дисс. 2012).

Определены условия формирования модулированных структур в твёрдых растворах на основе ниобата натрия и установлена их связь с сегнетоэлектрическим параметром порядка (Резниченко Л.А., Шилкина Л.А., Гагарина Е.С. и др. Структурные неустойчивости, несоразмерные модуляции, Р- и Q-фазы в ниобате натрия в интервале 300-500 K. Кристаллография. 2003. Т. 48. N 3. С. 493–501).

На базе проведенных фундаментальных исследований разработаны бессвинцовые материалы с уникальными свойствами: сверхвысокими температурами Кюри (≥1500K), скоростью звука (~ 6 км/с), бесконечной пьезоанизотропией, широким спектром механической добротности; – ставшие основой активных элементов высокотемпературной пьезотехники (Трубников А.И., Чернышков В.А., Резниченко Л.А. Неохлаждаемые датчики давления газов на основе ниобатной пьезокерамики для работы при температурах до 900 ºС. Измерительная техника. 1993. N 2. С.44–45); диагностических приборных комплексов, предназначенных для неразрушающего контроля теплонагруженных конструкций, реакторов АЭС (Трипалин А.С. Создание методов и средств анализа сигналов акустической эмиссии для диагностики материалов и конструкций машиностроения. Док. дисс., 1988; Трубников А.И., Чернышков В.А., Резниченко Л.А. Неохлаждаемые датчики давления газов на основе ниобатной пьезокерамики для работы при температурах до 900 ºС. Измерительная техника. 1993. N 2. С.44–45); виброизмерительной аппаратуры (Сидоров Г.И., Данцигер А.Я., Резниченко Л.А., Дудкина С.И., Пирогов Н.С., Сидоров И.Г. Преобразователи пьезоэлектрические виброизмерительные с применением пьезокерамики ПКР. Сб-к материалов МНПК "Пьезотехника-94". Томск, 1994. C. 145-155); ПАВ-устройств (Резниченко Л.А., Рыбянец А.Н., Турик А.В. Ниобатная пьезокерамика для ПАВ-устройств. Сб-к трудов МНПК "Фундаментальные проблемы современной пьезоэлектроники" ("Пьезотехника-95"). Ростов-на-Дону, 1995. Т.1. С. 74-95); медицинских приборов (Ситало Е.И., Резниченко Л.А., Цихоцкий Е.С., Лабанцев Ю.А., Иванов П.В. Применение несвинецсодержащей сегнетопьезокерамики в акустических датчиках эхотахогемофона. Сб-к материалов Всерос. семинара "Промышленная экология". Ростов н/Д., 1998. Вып. 1. С. 126-129); диагностических комплексов АЭС (Трофимов А.И., Резниченко Л.А. Пьезоэлектрические материалы для измерительных преобразователей систем контроля, управления и диагностики атомных электростанций. Сб-к научных трудов Обнинского ин-та атомной энергетики. Обнинск, 1998. С. 142-160); частотно-селективных устройств (Гавриляченко С.В., Резниченко Л.А., Рыбянец А.Н., Гавриляченко В.Г. Пьезокерамика для частотно-селективных устройств. (Получение, свойства, применения). Ростов н/Д: Изд-во РГПУ, 1999. - 240 с.).

Разработанные материалы и способы их получения защищены более 80 авторскими свидетельствами и патентами на: способы синтеза, горячего прессования, оптимизации состава засыпок, выявления микроструктуры сегнетокерамик; пьезоэлектрические керамические материалы для ВЧ–преобразователей различного назначения; сегнетоэлектрических подложек, источников высокого напряжения, низко- и среднечастотных применений, для частотно-селективных устройств, а также на высокочувствительные, стеклокерамические, позисторные, высокотемпературные, конденсаторные, электретные, пироэлектрические, полупроводниковые материалы (основной разработчик – Резниченко Л.А.); на средства контроля методом акустической эмиссии (основной разработчик – Трипалин А.С.). На группу материалов для ВЧ- и ВТ-техники, внедренных в промышленность, разработано около 20 комплектов технологической документации и технических условий. Разработаны методики экспериментального определения: реверсивной нелинейности относительной диэлектрической проницаемости различных многофункциональных материалов в широком интервале температур (300÷450)K и частот переменного электрического поля (10²÷10⁵) Гц и напряженностей постоянного смещающего электрического поля (0-30) кВ/см; магнитодиэлектрического эффекта различных многофункциональных материалов в широком интервале температур (300÷750) K и частот (1÷2·10⁶) Гц и др. Полученные экспериментальные результаты по выполненным НИР представлены более чем в 100 научно-технических отчетах; оформленных рекламных буклетах.

Особенности современной техники: интенсификация процессов, связанных с ростом рабочих температур, давлений, частот, ускорением энергетических превращений, воздействием на объекты комбинированных внешних факторов и пр.; – выдвинули более жёсткие требования к разрабатываемым материалам, значительно расширяющие их технические регламенты и области применения. Стало очевидным, что разнообразия свойств функциональных материалов невозможно достигнуть в пределах монообъектов, что заставило переходить к гетерогенным системам, композитам, пористым керамикам, статистическим смесям, гетероструктурам (Лунина М.Л. Гетероструктуры на основе висмутсодержащих твёрдых растворов, полученные методом зонной перекристаллизации градиентом температуры. Канд. дисс., 2008), в том числе, на основе наноразмерных сред (Мухортов В.М., Юзюк Ю.И. Гетероструктуры на основе наноразмерных сегнетоэлектрических плёнок: получение, свойства и применение. Ростов-на-Дону: Изд-во ЮНЦ РАН, 2008. - 224 с. (монография); Лунин Л.С., Благин А.В., Алфимова Д.Л., Попов А.И., Разумовский П.И. Физика градиентной эпитаксии полупроводниковых гетероструктур. Ростов-на-Дону: Издательство ЮНЦ РАН, 2008. - 212 с. (монография); Мухортов В.М., Шерстюк Н.Э., Ильин Н.А., Семин С.В., Мишина Е.Д. Исследование сегнетоэлектрических свойств пленок феррита висмута методом генерации второй оптической гармоники. ФТТ. 2009. Т. 51. N 7. С. 1284-1286; Мухортов В.М., Головко Ю.И., Маматов А.А, Жигалина О.М., Кускова А.Н. Влияние внутренних деформационных полей на управляемость наноразмерных сегнетоэлектрических пленок в планарном конденсаторе. ЖТФ. 2010. Т. 80. N 3. С. 77-82).

В последнее время начало стремительно развиваться новое направление – создание метаматериалов, эффективные материальные параметры которых могут меняться периодически и принимать нулевые или отрицательные значения в некоторых диапазонах частот (Резниченко Л.А., Вербенко И.А. и др. Бессвинцовые сегнетопьезоэлектрические, мультиферроидные материалы и метаматериалы на основе пространственно-неоднородных сред: эволюция стратегий синтеза. Сб-к трудов 1-го Междун. Росс.-Укр. семинара «Аномальные свойства твердых растворов из морфотропной области многокомпонентных окислов, содержащих 3d-металлы». Ростов-на-Дону, 2011. С. 67-87; Кабиров Ю.В., Лутохин А.Г. и др. Синтез и структура метаматериалов на основе соединений со структурой перовскита. Сб-к материалов XIV Междун. междисц. симпозиума «ODPO-2011». Ростов-на-Дону – Б. Сочи, 2011. Т. 1. С. 150-157), а также бессвинцовых объектов с высокими магнитодиэлектрическими и пьезомагнитоэлектрическими свойствами (Андрюшин К.П. Фазовые превращения и магнитодиэлектрический эффект в бинарных и тройных системах на основе ниобата натрия, феррита висмута и титаната свинца. Канд. дисс., 2011; Павленко А.В. Фазовые переходы, пьезо- и магнитодиэлектрические свойства Fe- и Mn- содержащих мультиферроиков. Канд. дисс., 2012), в том числе обладающих сложным иерархическим строением и многоэлементным химическим составом (Вербенко И.А. Многокомпонентные мультифункциональные электроактивные среды с различной термодинамической предысторией. Канд. дисс., 2009; Павелко А.А. Фазовые состояния, диэлектрическая дисперсия и пироэлектрическая активность перовскитовых твердых растворов с различным характером проявления сегнетоэлектрических свойств. Канд. дисс., 2011; Юрасов Ю.И. Получение, электрофизические и термочастотные свойства сегнетопьезоэлектрических твердых растворов многокомпонентных систем. Канд. дисс., 2009).

С целью повышения уровня мотивации молодых учёных к выполнению научных исследований в 2005 г. организована студенческо-аспирантская лаборатория «Физика и технология материалов для пьезотехники, микро- и наноэлектроники» (зав. лабораторией – докторант Титов С.В.), входящая в состав отдела «Физика и астрономия» ЮНЦ РАН; в 2009 г. создан Научно образовательный центр “Физика и технология электрически активных материалов в различных твердотельных состояниях”. Директор – д.ф.-м.н., проф. Резниченко Л.А. (Пр. ректора ЮФУ N1-ОД от 22.01.2009), а в 2012 г. с этой же целью, а также для реализации предложений по интеграции деятельности научных организаций Российской академии наук, находящихся на территории Южного федерального округа, и федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южный федеральный университет» создан совместный студенческий научно-исследовательский институт физического материаловедения ЮНЦ РАН – НИИ физики ЮФУ (сокращенно СНИИ ФМ ЮНЦ РАН – НИИФ ЮФУ) (приказы N 1252-20 от 20.06.2012 г. ЮНЦ РАН, N 175 от 20.06.2012 г. НИИ физики ЮФУ. Директор – н.с. НИИ физики ЮФУ, аспирант Павленко А.В., зам. директора – н.с. ЮНЦ РАН, к.ф.-м.н. Пономаренко В.О., научный руководитель – д.ф.-м.н., проф. Резниченко Л.А.). В состав института включены студенческая лаборатория отдела физики и астрономии ЮНЦ РАН (на праве базовой кафедры ЮНЦ РАН), студенческо - аспирантская лаборатория «Физика и технология материалов для пьезотехники, микро- и наноэлектроники» НИИ физики ЮФУ, НОЦ ЮФУ «Физика и технология электрически активных материалов в различных твердотельных состояниях».

Основные направления деятельности СНИИ ФМ ЮНЦ РАН – НИИФ ЮФУ:

- осуществление деятельности в области подготовки высококвалифицированных кадров для организаций РАН в Южном федеральном округе, ЮФУ, учебных и научных организаций других ведомств в области физического материаловедения;

- проведение фундаментальных, прикладных и междисциплинарных научных исследований в области физики и технологии создания активных материалов в объемном и пленочном исполнениях с различными диэлектрическими, пьезоэлектрическим, магнитными и другими свойствами;

- разработка новых способов исследования активных материалов с целью создания диагностических и аналитических приборов, позволяющих осуществлять диагностику, в том числе, в процессе синтеза электрически активных сред и материалов.

Для обеспечения внедрения бессвинцовых материалов в практику при поддержке Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере создан холдинг малых предприятий, возглавляемых молодыми сотрудниками НИИ физики ЮФУ, входящими в состав школы (ООО «Пьезокерам», ген. директор – к. ф.-м. н. Вербенко И.А.; ООО «Пьезооксид», ген. директор – к. ф.-м. н. Андрюшина И.Н.; ООО «Норма», ген. директор – к. ф.-м. н. Павелко А.А.). Учредитель всех ООО и научный руководитель - д.ф.-м.н., проф. Резниченко Л.А.

На базе ЗАО НПО «Информатика» (ген. директор, д.т.н. Трипалин А.С.) разработаны средства контроля методом акустической эмиссии на основе созданных бессвинцовых материалов.

Членами коллектива школы под руководством д.п.н. Коваленко М.И. созданы методики обучения использованию средств компьютерного моделирования для проведения и обработки результатов физических экспериментов, методики обучения использованию интерактивных, информационных и коммуникационных технологий в образовательном процессе, которые внедряются в ЮФУ на факультете математики, информатики и физики и в корпоративном учебном центре ООО ПК НЭВЗ (Новочеркасский электровозостроительный завод).