Ученым удалось отследить реакцию кристаллов на электрическое поле

МОСКВА, 31 окт ‒ РИА Новости. Международный коллектив ученых, в который вошли научные сотрудники и выпускники Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ), предложил новый метод для измерения реакции кристаллов на электрическое поле.

Результаты этой работы, проходившей в рамках проекта на Европейском источнике синхротронного излучения (ESRF), опубликованы в статье, которая попала на обложку журнала Journal of Applied Crystallography. По мнению научного коллектива, объединившего ученых Китая, Израиля, Англии и России, данный метод поможет создавать новые и улучшать существующие материалы.

"Исследование посвящено кристаллическим материалам (сегнетоэлетрикам), которые применяются в огромном количестве устройств – от гидролокаторов для подводных лодок до элементов аппаратов УЗИ", ‒ отметил научный сотрудник Швейцарско-Норвежской лаборатории в ESRF и кафедры "Физическая электроника" СПбПУ Дмитрий Чернышов. При этом он подчеркнул, что улучшение свойств таких материалов – крайне важная научная задача.

© Фото : Медиа-центр СПбПУ

Ученый рассказал, что в ходе экспериментов на ESRF были получены детальные трехмерные карты рассеяния синхротронного излучения, которые несут в себе подробную информацию о структуре кристалла и ее реакции на электрическое поле. Далее была создана методика математического анализа таких карт и извлечения из них нужной информации. Исследуемый кристалл помещался в специальную ячейку для приложения электрического поля, которую разработал выпускник СПбПУ Тихон Вергентьев, проходивший стажировку на ESRF.

Как пояснил РИА Новости Дмитрий Чернышов, структура кристаллов может быть описана на разных пространственных шкалах. "Можно описывать структуру на атомном уровне или на уровне больших блоков атомной структуры (доменов, границ между доменами, структурных дефектов). Когда изменяются внешние условия (температура, давление и прочее), все компоненты структуры реагируют на изменения по-разному", ‒ отметил он, добавив, что их научная группа изучала отклик материала на электрическое поле, который проявляется в его атомной и доменной структурах.

За кулисами российской науки: как рождаются инновационные изобретения

Чертежи космического кресла, созданного коллективом Центра прототипирования высокой сложности НИТУ «МИСиС». Центр может производить прототип любой сложности, от микроприбора до спутника или биоорганизма, размер объекта – от микрона до 20 метров.

© НИТУ «МИСиС», Мария Бродская

1 из 13

Турбина двигателя, оснащенная инновационными лопатками из интерметаллида титана. Разработка позволяет улучшить рабочие характеристики двигателей, уменьшить вес самолетов и снизить расход топлива. Ожидается, что лопатки будут использоваться в новом российском двигателе ПД-14 для российского ближне-среднемагистрального пассажирского самолета МС-21.

© НИТУ «МИСиС», Мария Бродская

2 из 13

Защитный костюм нового поколения для сотрудников МЧС. Костюм не горит в огне (выдерживает температуру до 1200°C), не замерзает при низких температурах (до минус 120°C) и защищает от вредного электромагнитного излучения. Кроме того, материал обладает повышенной прочностью (разорвать экипировку спасателя очень сложно), а также создает защитное магнитное поле, которое бодрит и стимулирует жизненную активность человека.

© НИТУ «МИСиС», Мария Бродская

3 из 13

Самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС) в порошке оксида железа. СВС – эффективный низкозатратный метод получения широкого диапазона наноматериалов для научных и промышленных применений.

© НИТУ «МИСиС», Мария Бродская

4 из 13

Работа над созданием первого российского тонкопленочного солнечного элемента на основе перовскита. Элемент позволяет преобразовывать энергию солнечного излучения в электрическую с КПД выше 15%. Более легкие, гибкие и дешевые панели солнечных батарей на основе перовскитов будут использоваться для зарядки и электропитания различных устройств в спектре от планшетов до электросетей целых зданий.

© НИТУ «МИСиС», Мария Бродская

5 из 13

Боковая рама тележки грузового вагона после спреерного закаливания. Новая технология повышает предел выносливости и усталостной прочности рамы примерно на 50%. Такие рамы могут работать на десятки лет дольше, что повышает безопасность на железных дорогах.

© РИА Новости

6 из 13

Сотрудники Лаборатории «Биомедицинские наноматериалы» НИТУ "МИСиС" работают над созданием препаратов на основе магнитных наночастиц для ранней диагностики и лечения опухолевых заболеваний.

© НИТУ «МИСиС», Мария Бродская

7 из 13

Визуализация клеточных ядер культуры опухолевых клеток простаты человека при помощи ядерного красителя на оптическом микроскопе.

© РИА Новости

8 из 13

Экспериментальный чип джозефсоновского параметрического усилителя. Такие усилители успешно применяются для реализации быстрого считывания состояния сверхпроводящих кубитов с высокой достоверностью. Быстрое и достоверное считывание – одна из фундаментальных задач, решение которых необходимо для создания полноценной архитектуры квантовых вычислений.

© РИА Новости

9 из 13

Криостат, способный охлаждать кубиты до температуры минус 273,1°C. Охлаждение кубитов позволяет избавиться от тепловых шумов и наблюдать квантовые явления.

© НИТУ «МИСиС», Андрей Воронин

10 из 13

Плавильная индукционная печь и пирометр, измеряющий температуру дистанционно. Приборы используются для получения экспериментальных образцов аморфных и нанокристаллических сплавов с хорошими магнитными свойствами. Такие образцы могут, например, использоваться в качестве сердечников трансформаторов.

© НИТУ «МИСиС», Мария Бродская

11 из 13

Получение образцов аморфной структуры сплава на основе железа путем заливки из жидкого состояния на медный вращающийся диск при температуре 1400°C.

© РИА Новости

12 из 13

Запатентованная высокоэкономичная технология получения оксида алюминия высокой чистоты позволит обеспечить сырьем отечественных производителей монокристаллических корундов – основного элемента светодиодов и защитных стекол современных гаджетов.

© НИТУ «МИСиС», Мария Бродская

13 из 13

Чертежи космического кресла, созданного коллективом Центра прототипирования высокой сложности НИТУ «МИСиС». Центр может производить прототип любой сложности, от микроприбора до спутника или биоорганизма, размер объекта – от микрона до 20 метров.

© НИТУ «МИСиС», Мария Бродская

1 из 13

Турбина двигателя, оснащенная инновационными лопатками из интерметаллида титана. Разработка позволяет улучшить рабочие характеристики двигателей, уменьшить вес самолетов и снизить расход топлива. Ожидается, что лопатки будут использоваться в новом российском двигателе ПД-14 для российского ближне-среднемагистрального пассажирского самолета МС-21.

© НИТУ «МИСиС», Мария Бродская

2 из 13

Защитный костюм нового поколения для сотрудников МЧС. Костюм не горит в огне (выдерживает температуру до 1200°C), не замерзает при низких температурах (до минус 120°C) и защищает от вредного электромагнитного излучения. Кроме того, материал обладает повышенной прочностью (разорвать экипировку спасателя очень сложно), а также создает защитное магнитное поле, которое бодрит и стимулирует жизненную активность человека.

© НИТУ «МИСиС», Мария Бродская

3 из 13

Самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС) в порошке оксида железа. СВС – эффективный низкозатратный метод получения широкого диапазона наноматериалов для научных и промышленных применений.

© НИТУ «МИСиС», Мария Бродская

4 из 13

Работа над созданием первого российского тонкопленочного солнечного элемента на основе перовскита. Элемент позволяет преобразовывать энергию солнечного излучения в электрическую с КПД выше 15%. Более легкие, гибкие и дешевые панели солнечных батарей на основе перовскитов будут использоваться для зарядки и электропитания различных устройств в спектре от планшетов до электросетей целых зданий.

© НИТУ «МИСиС», Мария Бродская

5 из 13

Боковая рама тележки грузового вагона после спреерного закаливания. Новая технология повышает предел выносливости и усталостной прочности рамы примерно на 50%. Такие рамы могут работать на десятки лет дольше, что повышает безопасность на железных дорогах.

© РИА Новости

6 из 13

Сотрудники Лаборатории «Биомедицинские наноматериалы» НИТУ "МИСиС" работают над созданием препаратов на основе магнитных наночастиц для ранней диагностики и лечения опухолевых заболеваний.

© НИТУ «МИСиС», Мария Бродская

7 из 13

Визуализация клеточных ядер культуры опухолевых клеток простаты человека при помощи ядерного красителя на оптическом микроскопе.

© РИА Новости

8 из 13

Экспериментальный чип джозефсоновского параметрического усилителя. Такие усилители успешно применяются для реализации быстрого считывания состояния сверхпроводящих кубитов с высокой достоверностью. Быстрое и достоверное считывание – одна из фундаментальных задач, решение которых необходимо для создания полноценной архитектуры квантовых вычислений.

© РИА Новости

9 из 13

Криостат, способный охлаждать кубиты до температуры минус 273,1°C. Охлаждение кубитов позволяет избавиться от тепловых шумов и наблюдать квантовые явления.

© НИТУ «МИСиС», Андрей Воронин

10 из 13

Плавильная индукционная печь и пирометр, измеряющий температуру дистанционно. Приборы используются для получения экспериментальных образцов аморфных и нанокристаллических сплавов с хорошими магнитными свойствами. Такие образцы могут, например, использоваться в качестве сердечников трансформаторов.

© НИТУ «МИСиС», Мария Бродская

11 из 13

Получение образцов аморфной структуры сплава на основе железа путем заливки из жидкого состояния на медный вращающийся диск при температуре 1400°C.

© РИА Новости

12 из 13

Запатентованная высокоэкономичная технология получения оксида алюминия высокой чистоты позволит обеспечить сырьем отечественных производителей монокристаллических корундов – основного элемента светодиодов и защитных стекол современных гаджетов.

© НИТУ «МИСиС», Мария Бродская

13 из 13

В одном эксперименте при помощи синхротронного излучения удалось увидеть, как разные уровни структурной иерархии реагируют на внешнее воздействие: если измерить и описать реакцию отдельных компонент сложной системы, а также их взаимодействие, то появится возможность рационально управлять структурой и свойствами таких материалов.

Авторы исследования надеются, что полученные результаты будут востребованы широким кругом специалистов: химики смогут использовать их для модификации химического состава и кристаллической структуры, а материаловеды – при манипуляциях с большими блоками структуры, доменами (доменная инженерия). В частности, по мнению ученых, это приведет к улучшению свойств материалов и более эффективному их применению в приборах ультразвуковой диагностики.