Організаційна структура
ІНСТИТУТ МЕТАЛОФІЗИКИ НАНУ.
Назад

ІСТОРІЯ І НАУКОВА ДІЯЛЬНІСТЬ

Відділ створений в 1987 р на базі лабораторії обчислювальної фізики, яка входила до складу відділу спектроскопії твердого тіла.

Співробітниками відділу проведено релятивістське узагальнення лінійного методу МТ орбіталей (ЛМТО) з урахуванням релятивістських ефектів в рамках формалізму Дірака. Розроблено метод розрахунку електрон-фононної взаємодії з повним урахуванням релятивістських ефектів. Розроблено релятивістське узагальнення методу розрахунку оптичного матричного елемента дипольного переходу в рамках методу ЛМТО.

Створено комплекси комп'ютерних програм для розрахунку енергетичної структури і фізико-хімічних властивостей перехідних металів, їхніх сплавів і сполук на основі таких квантово-механічних методів, як метод приєднаних плоских хвиль (ППХ), релятивістський метод ППХ, метод ЛМТО, релятивістський метод ЛМТО, Хα - метод розсіяних хвиль, метод псевдопотенціалу.

Проведено теоретичні дослідження електронної структури 5d- і 4d-металів. Встановлено істотний вплив релятивістських ефектів на такі характеристики їх електронної будови, як дисперсія, розподіл повної і парціальних густин електронних станів, топологія поверхні Фермі, екстремальні площі перерізів і екстремальні діаметри поверхні Фермі, циклотронні маси, швидкості електронів на поверхні Фермі.

Вперше проведено обчислення часу спін- граткової релаксації (ЧСГР) в кубічних 5d- і 4d-металах з урахуванням релятивістських ефектів. Встановлено, що при їх врахуванні істотно зростає внесок в ЧСГР електронів s-симетрії. Показано, що для ядер, що мають відмінний від нуля квадрупольний момент, вклад в ЧСГР квадрупольної електричної взаємодії не малий і в деяких випадках (наприклад, в іридію) відіграє визначальну роль.

Досліджено широкий спектр фізичних властивостей сполук перехідних металів, в яких істотну роль відіграє фононна взаємодія, таких як фононний електроопір, мікроконтактні спектри, анізотропія циклотронних мас, фононні спектри, температурна поведінка параметра Грюнайзена.

Теоретично вивчені оптичні властивості актинідів і 5d-металів в широкому спектральному інтервалі. Теоретично досліджені електронна структура і анізотропія оптичних властивостей перехідних металів з гексагональною щільноупакованою кристалічною граткою і цілого ряду силіцидів перехідних металів. Отримано теоретичне пояснення всіх особливостей їх експериментальних спектрів.

Проведено аналіз можливих причин мартенситного фазового переходу в сплавах TiNi і TiPd, що мають унікальні фізичні властивості, такі як ефект пам'яті форми, надпружність та ін. Результати роботи відзначені премією НАН України ім. Г. В. Курдюмова.

В рамках моделі кластера-фрагмента досліджено зміни в електронній структурі кристалів, що викликані наявністю точкових дефектів. Розглянуто нестехіометрічні  нітриди титану і дігідрид титану, що містить домішкові атоми скандію і ванадію.

Створено програму для розрахунку електронної структури точкових дефектів методом ЛМТО-функцій Гріна. З її допомогою, зокрема, досліджено вплив кристалічного оточення на локальну електронну структуру атома Mg в системах Mg–Al, Mg–Pd, Mg–Cu, Mg–Zn.

Отримано загальні співвідношення, що пов'язують енергетичні розподіли оже-електронів з характеристиками електронної структури кристала. Виведено формули для розрахунку ймовірностей переходів в оже-електронних спектрах. Показано, що ортогоналізація хвильової функції електрона, що вилітає, до валентних і остовних станів істотно покращує результати розрахунків, що свідчить про важливість коректного опису хвильової функції в просторовій області поблизу іонного остова атома.

Розроблено повноелектронний варіаційний метод з повним потенціалом для побудови розсіяною хвильової функції системи, що складається з двох напівнескінченних кристалів, які розділені границею. Це дало можливість розробити ефективний формалізм для дослідження реконструйованих поверхонь, тонкошарових плівок на поверхнях, адсорбатів та інших структур, де є необхідним ретельний облік реального розподілу потенціалу в приповерхневій  області. Побудована в рамках цього формалізму ab initio теорія з дуже високою точністю пояснює особливості експериментальних спектрів.

Теоретично встановлена природа полярного магнітооптичного ефекту Керра в парамагнітних платині і паладію в зовнішньому магнітному полі. Встановлена природа магнітооптичної анізотропії в багатошарових плівках Fe/Au. Показано, що наявність в них золота веде до високої спінової поляризації і великого спін-орбітального розщеплення d-станів заліза, що визначає добрі магнітооптичні властивості цих плівок. Досліджено багатошарові структури Сo/Pt. Зокрема показано, що на їх магнітні та магнітооптичні властивості сильний вплив мають впорядкування і тип кристалічної гратки. Зроблено прогнози щодо того, які сполуки є перспективними для розробки магнітооптичних пристроїв запису інформації.

Розроблено новий метод для опису сильних кулонівських кореляцій в рамках формалізму функціоналу електронної густини з повним урахуванням релятивістських ефектів і спінової поляризації. З його допомогою вивчені електронна будова та фізико-хімічні властивості сполук із змінною валентністю, сплавів з важкими ферміонами, оксидів перехідних металів з зарядовим і орбітальним упорядкуванням та інших сильно корельованих 4f- і 5f-систем. Окремі результати цих досліджень відзначені премією НАН України ім. С. І. Пекаря.

Побудовано теорію, яка вирішила проблему невідповідності між теоретично розрахованою і експериментально отриманою поверхнею Фермі 4d-оксиду Sr2RhO4. Показано, що для розуміння електронних властивостей оксиду Sr2RhO4 поряд з кулонівським відштовхуванням необхідно враховувати і спін-орбітальну взаємодію, якою при розгляді 4d-оксидів зазвичай нехтують. Встановлено, що при врахуванні сильних кулонівських кореляцій константа спін-орбітальної взаємодії збільшується більш, ніж в два рази. Запропонований формалізм може бути використаний для опису інших систем.

Теоретично досліджена природа спектрів рентгенівського поглинання і рентгенівського магнітного циркулярного дихроїзму широкого класу сполук, зокрема, ряду сплавів платини з перехідними металами, сплавів Гейслера, сульфідів перехідних металів, сполук рідкоземельних елементів, розбавлених магнітних напівпровідників, широкого спектра актинідів. Встановлена ??природа виникнення наноструктурних кластерів і аномальної поведінки спінової поляризації в деяких сплавах Гейслера. На основі дослідження спінових спіралей ідентифіковано основний стан ряду сплавів Гейслера з неколінеарною магнітною структурою.

Досліджено обмінну взаємодію в деяких високотемпературних шаруватих надпровідниках на основі арсеніду заліза, що характеризуються складним магнітним упорядкуванням. Показано, що магнітна взаємодія в цих сполуках не описується простою класичною моделлю Гейзенберга. Встановлено істотну залежність обмінної взаємодії від легування.

Встановлено вирішальний вплив на властивості деяких халькогенідів заліза і розбавлених магнітних напівпровідників спін-орбітальної взаємодії, наявності атомів втілення, обмінного розщеплення остовних рівнів, формування магнітних нанокластерів.

Теоретично показано, що в рідкоземельних сполуках підрівні 4f-станів, що розщеплені кристалічним полем, внаслідок взаємодії з валентними зонами мають дисперсію в k-просторі і навіть можуть змінювати порядок свого розташування за енергією, що може впливати на магнітні властивості цих сполук. Цей результат має прямий вплив на загальне розуміння магнетизму і пов'язаних з ним явищ, включаючи ефект Кондо і квантову критичність.

На основі спрощеної періодичної моделі Андерсона показано, що в сполуках рідкоземельних елементів з перехідними 4d- і 5d-металами гібридизація між сильно локалізованими 4f-станами і валентними станами є суттєвою внаслідок значної протяжності 4d- і 5d-орбіталей і повинна враховуватися навіть для елементів кінця рідкоземельного періоду. Показано, що в цих сполуках взаємодія відбувається переважно між 4f- і валентними станами з однаковим хвильовим вектором і спіном. Сила взаємодії визначається дисперсією валентних станів і стає значною там, де валентні зони наближаються до рівня Фермі або перетинають його. Це може мати важливе значення для орієнтаційних залежностей цих сполук.

На прикладі сполуки EuRh2Si2 показано, що ферміони Дірака з лінійною дисперсією, яка є характерною для квазічастинок з нульовою ефективною масою, і надзвичайно важкі квазічастинки, характерні для Кондо-матеріалів, можуть не тільки співіснувати, але і вступати в сильну взаємодію, причому ця взаємодія може мати місце як на поверхні, так і в об’ємі кристала. Присутність лінійної дисперсії визначається тільки симетрією кристала, тоді як існування важких квазічастинок  обумовлено локальною природою 4f-станів.

1999 р. — премія НАН України ім. Г.В. Курдюмова (присуджена В. М. Антонову, Ю. Н. Ковалю і В. В. Немошкаленко за цикл робіт з дослідження мартенситного фазового переходу в сплавах TiNi і TiPd).

2009 р. — премія НАН України ім. С.І. Пекаря (присуджена В. М. Антонову в складі колективу за цикл робіт «Вплив спін-орбітальної та кулонівської взаємодій на властивості електронних систем»).

2012 р. — Державна премія України в галузі науки і техніки 2011 року (присуджена В. М. Антонову в складі колективу за внесок у цикл робіт «Квантові ефекти і структурна самоорганізація у нових багатофункціональних наноматеріалах»).