Электрически активные вещества и функциональные материалы. "Наследование" упорядочений и нерегулярностей структуры NB₂O₅ в сложных NB-содержащих оксидах и их корреляция с электроупругими и теплофизическими свойствами

• Состав школы
• Финансовая поддержка
• Основные научные результаты
• Уровень признания результатов
• Основные публикации по тематике ведущей научной школы
• Важнейшие мероприятия, организованные и проведенные школой

Научная школа входит в число признанных ведущих школ Российской Федерации.

Входит в число признанных ведущих научных школ, поддержанных грантом Президента РФ. Регистрационный номер школы: НШ-3505.2006.2.

Основатель: доктор физико-математических наук, профессор В. П. Сахненко,

История создания: Получение и комплексное исследование свойств электрически активных оксидных веществ и материалов является основным научным направлением НИИ физики ЮФУ на протяжении 37 лет с момента его создания.

На основе фундаментальных исследований по указанному научному направлению сформировались научные группы во главе с ведущими учеными-физиками, занимающиеся теоретическими и экспериментальными исследованиями веществ с особыми электрическими и магнитными свойствами (сегнетоэлектрики, пьезоэлектрики, пироэлектрики, полупроводники, мультиферроики).

В 2006 году эти группы объединились в научную школу под руководством доктора физико-математических наук, профессора, директора НИИ физики ЮФУ Владимира Павловича.Сахненко.

Действующий руководитель школы: доктор физико-математических наук, профессор. Сахненко Владимир Павлович.

Награжден нагрудным знаком "Почетный работник высшего профессионального образования РФ", медалью имени Капицы Академии естественных наук.

- численный состав: 34 чел., докторов наук - 10, кандидатов наук - 13, аспирантов - 7, студентов - 2.
- ведущие специалисты: д-р физ.-мат. н. профессор Р. В. Ведринский, : д-р физ.-мат. н профессор Ю.М. Гуфан, д-р физ.-мат. н. с.н.с. Е.Д. Гутлянский, : д-р физ.-мат. н. профессор М.Ф. Куприянов, д-р физ.-мат. н. доцент А. Н. Павлов, , д-р физ.-мат. н. с.н.с. Е. М. Панченко, : д-р физ.-мат. н. профессор И. П Раевский, : д-р физ.-мат. н. профессор Л. А. Резниченко, д-р физ.-мат. н. профессор А. В. Турик.

Грант Президента РФ для государственной поддержки ведущих научных школ РФ;
Гранты РФФИ: NN 07-02-00796-а, 05-03-32214, 05-02-90568-ННС, 05-02-16916-а, 06-02-08035-офи, 05-02-16959, 06-02-16858-а;
Международные проекты: PRO5E44 (Тайвань), Curcuits & Sustems Ins. (США), International Electrics & Engineering (Люксембург);
Грант фонда поддержки развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере: Госконтракт N 4919р/7231 от 28.03.2007 г.

фундаментальные:
- Разработана физическая модель слоистых (состоящих из регулярно чередующихся слоев) и неупорядоченных (состоящих из хаотически расположенных частиц компонентов) гетерогенных систем, содержащих сегнето- и магнитоактивные элементы, в основу которой положено предположение, что с макроскопической точки зрения, рассматриваемые композиты можно характеризовать эффективными параметрами, такими как эффективные диэлектрические проницаемости, упругие податливости, пьезомодули, магнитоэлектрические коэффициенты.
- Рассмотрена термодинамика модели слоистого изинговского магнетика с постоянным ферромагнитным взаимодействием бесконечного радиуса внутри слоев и случайным обменом между соседними слоями. Подробно исследован случай, когда среднее межслоевое взаимодействие равно нулю. В окрестности фазового перехода получен неравновесный термодинамический потенциал модели как функции намагниченностей слоев и показано существование множественных периодических метастабильных состояний. Установлено, что эволюция равновесного состояния кристалла с ростом среднеквадратичного межслоевого обмена происходит через бесконечную серию фазовых переходов первого рода, при которых число намагниченных слоев, расстояние между ними, однородная намагниченность и магнитная восприимчивость кристалла меняются скачкообразно.
- На основании исследования влияние случайного межслоевого обмена на фазовые состояния простейшей гетероструктуры, состоящей из двух ферромагнитных изинговских слоев с большим радиусом внутрислоевого обмена, показано, что такая система может существовать в трех магнитных фазах: ферромагнитной, антиферромагнитной и ферримагнитной. Описаны все возможные фазовые диаграммы и температурные зависимости термодинамических параметров. Найдены области существования магнитных фаз во внешнем магнитном поле при нулевой температуре.
- Разработана модельная теория фазовых переходов в неупорядоченных системах и предложено теоретическое описание неэргодических эффектов в стекольных фазах. Полученные результаты позволяют впервые дать количественное описание этих эффектов в различных неупорядоченных средах. На основе общего феноменологического подхода рассмотрена неэргодическая термодинамика неупорядоченных ферромагнетиков и сегнетоэлектриков-релаксоров. Полученные результаты качественно объясняют наблюдаемые эффекты неэргодического поведения релаксора PMN, сегнетокерамики PLZT и ряда ферромагнитных сплавов.

теоретико-экспериментальные:
- Разработана модель, лежащая в основе предлагаемой теории свойств твердых растворов, предполагающая, что магнитная восприимчивость и намагниченность мультиферроиков обусловлены числом атомов (ионов) переходного элемента, в ближайшем окружении которого в структуре твердого раствора расположено определенное число других атомов переходного элемента. В этом случае предполагается, что данный атом вошел в число атомов, принадлежащих коллективу, переходящему в магнитоупорядоченное состояние. Установлены вероятности того, что в данной структуре при заданной концентрации с₁ или с₁ и с₂ одного или двух сортов ионов в бинарном и трехкомпонентном твердом растворе при заданной степени порядка в распределении ионов по узлам структуры, вблизи данного иона (в первой или второй координационной сфере) окажется то или иное количество ионов переходного элемента.
- Методами рентгеновской абсорбционной спектроскопии исследовано локальное атомное строение ближнего окружения атомов ниобия в твердых растворах K_xNa_1-xNbO₃ со структурой перовскита. Экспериментальные рентгеновские К-спектры поглощения ниобия были получены для шести значений х = 0,00, 0,05, 0,30, 0,40, 0,50, 0,65 в интервале изменения температуры от 10 К до 1023 К. Измерения были проведены на линии ВМ29 Европейского центра синхротронных исследований (Гренобль, Франция). При обработке экспериментальных спектров совместно использовалась информация, полученная из предкраевой тонкой структуры (ПКТС) и протяженной тонкой структуры (EXAFS) спектров. Обработка ПКТС показала, что среднеквадратичное смещение атомов ниобия из мгновенного центра NbO₆ октаэдра практически не зависит ни от температуры во всем интервале ее изменения, ни от концентрации х ионов калия. В свою очередь, обработка EXAFS позволила установить, что сумма квадратов средних смещений атомов ниобия вдоль осей 4-го порядка из мгновенных центров NbO₆ октаэдров также не зависит ни от температуры, ни от величины х. Наилучшие результаты обработки EXAFS данных были получены для восьмипозиционной модели смещения атомов ниобия для ромбоэдрических фаз, двенадцатипозиционной модели для ромбических фаз и восьмипозиционной модели для тетрагональной и кубической фаз. Совокупность полученных результатов подтвердила применимость для исследованных твердых растворов предложенной ранее авторами "сферической" модели локальной атомного строения ВО₆ октаэдров в сегнетоэлектрических АВО₃ оксидах со структурой перовскита.
- Установлено, что введение третьего компонента с сегнетоэлектрическими свойствами в составы двойных твердых растворов (ТР) ниобата натрия II группы с концентрацией второго компонента выше пороговой приводит к следующим эффектам: ростом содержания сегнетоэлектрического компонента температура Т_м размытого максимума диэлектрической проницаемости вначале резко увеличивается, но, достигнув продолжения участка зависимости T_м (х) исходной двойной системы из области концентраций меньше критической, либо не изменяется, либо растет значительно медленнее; частотная дисперсия диэлектрической проницаемости и частотный сдвиг Т_м увеличиваются, причем наиболее сильно это увеличение проявляется в ТР, содержащих неизовалентные примесные ионы одновременно в обеих катионных подрешетках NaNbO₃, а также содержащих в одной из катионных подрешеток примесные ионы, валентность которых отличается от валентности иона-хозяина более чем на единицу.
- Определены истинные температуры Кюри-Вейсса Т_cw (полученные путем экстраполяции линейных участков температурной зависимости обратной диэлектрической проницаемости из кубической фазы) для NaNbO₃ и ряда твердых растворов на его основе. Установлены закономерности изменения Т_cw твердых растворов в зависимости от места локализации примесных катионов в решетке NaNbO₃ и от их кристаллохимических характеристиканд.
- Показано, что для (001) ориентированных монокристаллов PMN - x PT (0,06 < x < 0,35) экспериментально наблюдаемый большой разброс значений пьезомодуля может быть объяснен особенностями доменной структуры данных кристаллов. Установлено отсутствие корреляции между значениями пьезомодуля при комнатной температуре и при температуре максимума его температурной зависимости, что может быть связано с перестройкой сложной доменной структуры кристаллов при нагревании от комнатной температуры до температуры этого максимума.
- Установлено, что у монокристаллов твердых растворов системы PMN х PT с содержанием PbTiO3 от 0.06 до 0.13 молярных долей максимум температурной зависимости пьезомодуля d₃₁ смещается от температуры Фогеля-Фулчера в область максимума диэлектрической проницаемости уже при сравнительно небольшой (~ 0.5 кВ/см) напряженности постоянного электрического поля Е. Высота максимума d₃₁ (Т) растет с увеличением Е вплоть до значений, соответствующих перегибу на полевой зависимости температуры T_m максимума диэлектрической проницаемости, после чего уменьшается, что, по-видимому, связано с наличием на фазовой Е, Т-диаграмме критической точки. Эти результаты являются одними из первых экспериментальных подтверждений выдвинутой ранее гипотезы о связи гигантских значений пьезочувствительности монокристаллов PMN х PT с наличием критической точки на их фазовой Е, Т диаграмме.
- В сегнетоэлектрической керамике Na_0.88Li_0.12Nb_0.5Ta_0.5O₃ с повышенной путем восстановления в вакууме электронной проводимостью обнаружена аномалия сопротивления R позисторного типа в области температур 400 ^оС, где в не восстановленной керамике происходит переход в состояние с суперионной проводимостью. Аномалия R (Т) наблюдается при измерениях как на воздухе, так и в вакууме, а ее величина зависит от степени восстановления и частоты измерительного поля, достигая 5-6 порядков в наиболее проводящих образцах при измерениях на постоянном токе. Предполагается, что аномалия R (Т) локализована в приэлектродном слое и обусловлена взаимовлиянием процессов электронного и ионного транспорта.

прикладные
- Разработаны технологии изготовления новых бесполимерных керамических композиционных материалов керамика/керамика, керамика/кристалл, пористых керамик, позволяющие получить новые композиционные материалы с недостижимыми ранее параметрами для широкополосных ультразвуковых преобразователей: механической добротностью 3-5 в сочетании с высокими пьезоэлектрическими модули 250-350 пК/Н и коэффициентами электромеханической связи 0.45-0.5, высокой температурой Кюри 340 ^°C, низким акустическим импедансом 15-20 MRayl в широком частотном диапазоне 0.2-10 МГц.

Золотая медаль "Гарантия качества и безопасности" и диплом Международного конкурса "Национальная безопасность" за разработку серии экологически безопасных высокотемпературных бессвинцовых сегнето- и пьезоэлектрических материалов (Москва, 2007).

Диплом Всероссийской промышленной ярмарки (Москва, 2007) за разработку технологии получения высокотемпературных бессвинцовых сегнетоэлектрических материалов для пьезо- и микро системной техники;

Диплом VII Международного экономического форума "Малый бизнес: инновации и развитие" за разработку экологически чистых высокоэффективных сегнетопьезоэлектрических материалов (Ростов-на-Дону, 2007).

• Timonin P.N. Nonergodic thermodynamics of disordered ferromagnets and ferroelectrics. USA. Physical Review B. 2007.
• Гуфан А.Ю. Полносимметричный параметр порядка в феноменологической теории фазовых переходов. Сегнетоэластики // ЖЭТФ. 2007. Т.132. В.1. N 7. С.138-149.
• Гуфан М.А., Гуфан А.Ю., Гуфан К. Ю. Морфотропные фазовые переходы в твердых растворах // Изв. РАН. Серия физическая. 2008 г.
• Sakhnenko V.P., Chechin G.M., Ryabov D.S. Bushes of normal modes as exact excitations in nonlinear dynamical systems with discrete symmetry. In: Nonlinear phenomena research perspectives. Chapter. P.225-327 // Nova Science Publishers, 2007, 454 pages.
• Титов С.В., Горбенко А.П., Якшибаев Р.А., Резниченко Л.А., Альмухаметов Р.Ф., Титов В.В., Шилкина Л.А. Ионная проводимость, особенности структуры и мультифрактальные свойства межзеренных границ в CuCr_1-xV_xS₂ // Изв. РАН. Сер. физическая. 2007. Т.71. N 5. С.643-644.
• Гершенович В.В., Сидоренко Е.Н., Резниченко Л.А., Бабичев Р.К. , Натхин И.И. Спектры поглощения сверхвысокочастотной энергии различных сегнето- и антисегнетоэлектрических соединений // Электронный журнал "Исследовано в России". 2007. 034. С.327-331. http: // zhurnal.ape.relarn.ru / articlers / 2007 / 034.pdf.
• Титов С.В., Резниченко Л.А., Разумовская О.Н., Шилкина Л.А., Титов В.В., Дудкина С.И. Модифицирование твердых растворов (Na,Li)NbO₃ // Неорган. материалы. 2007. Т.43. N 7. С.865-875.
• Turik A.V., Yesis A.A., Reznitchenko L.A. Piezoelectric effect and electrostriction in ceramic ferroelectrics // Ferroelectrics. 2007. V. 359. N 1-4.
• Chernobabov A.I., Turik A.V., Radchenko G.S. Electromechanical properties of ferroactive composites near the percolation threshold // Ferroelectrics. 2007. V. 359. N 1-4.
• Lemeshko M.P., Nazarenko E.S., Gonchar A.A., Reznitchenko L.A., Mathon O., Joly Y., and Vedrinskii R.V. Phase transitions in lead-free piezoelectric ceramics: Study of local atomic structure // Europhys. Lett. 2007. V.77. P.26003.
• Lemeshko M.P., Nazarenko E.S., Gonchar A.A., Reznitchenko L.A., Nedoseikina T.I., Mathon O., Joly Y., and Vedrinskii R.V. EXAFS studies of the local atomic structure of the lead-free piezoelectric ceramics K_xNa_1-xNbO₃ over the temperature range 10-1023 K // Phys. Rev. 2007. B 76. P.134106.
• Raevskaya S.I., Emelyanov A.S., Savenko F.I., Panchelyuga M.S., Raevski I.P., Prosandeev S.A., Colla E.V., Chen H., Lu S.G., Blinc R., Kutnjak Z., Gemeiner P., Dkhil B., Kamzina L.S. Quasivertical line in the phase diagram of single crystals of PbMg_1/3Nb_2/3O₃ - (x) PbTiO₃ (x=0.00, 0.06, 0.13 and 0.24) with a giant piezoelectric effect // Phys. Rev. B. 2007. V.76. 11580R. 1-4.
• Emelyanov A.S., Raevskaya S.I., Savenko F.I., Topolov V.Yu., Raevski I.P., Turik A.V., Kholkin A.L. Dielectric and piezoelectric properties of (001)-riented (1-x) Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃ - xPbTiO₃ single crystals with 0.1 ≤ x ≤ 0.4 // Solid State Commun. 2007. V.143. N 3. P.188-192.
• Палатников М.Н., Раевский И.П., Сидоров Н.В., Щербина О.В., Кравченко О.Е., Бирюкова И.В., Ефремов В.В., Калинников В.Т. Эффект ПТКС в сегнетоэлектрических твердых растворах Li_0.12Na_0.88Ta_yNb_1-yO₃ // Неорган. материалы. 2007. Т.43. N. 3. С. 330-335.
• Титов С.В., Резниченко Л.А., Чернышков В.А., Шевцова С.И., Титов В.В., Шилкина Л.А. Сверхстехиометрическое модифицирование LiNbO₃ и твердых растворов (Na,Li)NbO₃ // Сб-к трудов 10-го Международного симпозиума "Порядок, беспорядок и свойства оксидов" ("ODPO-10"). Ростов-на-Дону пос. Лоо. Изд-во Педагогического института Южного федерального университета (ПИ ЮФУ). 2007. Т.3. С.132-133. .

  ---

  Важнейшие мероприятия, организованные и проведенные школой:

  - Десятый Международный симпозиум "Порядок, беспорядок и свойства оксидов" ("ODPO-10"). Ростов-на-Дону пос. Лоо. 12.09.2007 - 17.09.2007.
  - Десятый Международный симпозиум "Упорядочение в минералах и сплавах" ("ОМА-10"). Ростов-на-Дону пос. Лоо. 19.09.2007 - 24.09.2007.
  - Первый Международный симпозиум "Плавление и кристаллизация металлов и оксидов" ("МСМО-2007"). Ростов-на-Дону пос. Лоо. 26.09.2007 - 01.10.2007.
  - Первый Международный междисциплинарный симпозиум "Среды со структурным и магнитным упорядочением". Ростов-на-Дону пос. Лоо. 05.10.2007 - 10.10.2007.