Організаційна структура
ІНСТИТУТ МЕТАЛОФІЗИКИ НАНУ.
Назад

ІСТОРІЯ І НАУКОВА ДІЯЛЬНІСТЬ

Відділ створено у 1978 р. на базі лабораторії надпровідності, організованої в 1970 р. З моменту заснування і до 2012 року відділом керував д.ф.-м.н., професор В. М. Пан. Зараз відділ очолює член-кореспондент НАН України О. А. Кордюк. 

З 1970 по 1987 р.р. у відділі виконано фундаментальні дослідження в галузі фізики низькотемпературних надпровідників: 

  • експериментально знайдені закономірності, що зв'язують критичну температуру, Tc і верхнє критичне поле, Hc2 зі складом, структурою, а також характеристиками електронного і фононного спектрів. Вперше у світі синтезовані нові надпровідні з'єднання Nb3Si з високим Tc - результат, який було повторено в США і Японії тільки через кілька років (В. М. Пан, А. Г. Попов);
  • розроблені фізичні основи створення нового класу надпровідних матеріалів з високою струмонесною здатністю в сильних магнітних полях – деформованих  наноструктурованих сплавів з "направлено-вибудованими" високодисперсними виділеннями (В. М. Пан, Ю. І. Білецький);
  • розроблені фізичні основи процесу дифузного утворення шарів Nb3Sn з високою щільністю  бездисипативного надструму і мінімальними втратами у змінному електромагнітному полі. Результати цих досліджень дозволили розробити ефективну технологію отримання надпровідного матеріалу для струмонесної системи коаксіального кабелю, а також технологію виготовлення об'ємних НВЧ-резонаторів (В. Ф. Фліс, В. Ф. Таборов, В. М. Пан);
  • в рамках спільного експерименту США-СРСР, створено прототип Nb3Sn-кабелю для лінії електропередач, який продемонстрував на порядок вищу струмонесну здатність, ніж американський аналог (В. М. Пан, Ю. І. Білецький, В. С. Фліс, Г. А. Клименко).

За розробку і дослідження низькотемпературних надпровідників з високою струмонесною здатністю В. М. Пана та Ю. І. Білецького в 1982 р. удостоєно Державної премії УРСР. Результати досліджень узагальнено в монографії В. М. Пана, В. Г. Прохорова, А. С. Шпігеля "Металлофизика сверхпроводников " (1984 р.). 

Починаючи з 1987 р. роботу співробітників відділу зосереджено на дослідженнях високотемпературних надпровідників (ВТНП). Найбільш активно вивчалися електромагнітні властивості і проблеми електродинаміки у зв'язку з реальною структурою цих шаруватих анізотропних кристалів. 

  • Було показано, що новий "електростатичний" механізм пінінга магнітних вихорів на електрично заряджених дефектах (кисневих вакансіях та ядрах крайових дислокацій), який пов'язаний з різницею енергій кулонівського екранування в нормальному і надпровідному станах, є ефективним в ВТНП з низькою концентрацією носіїв струму і малою енергією Фермі (Е. А. Пашицький, К. Г. Третьяченко, В. М. Пан).
  • Розроблено методику вирощування досконалих монокристалів ВТНП і унікальну техніку їх дослідження. Виявлено, що аномальна температурна залежність поверхневого опору ВТНП монокристала YBa2Cu3O7-б в надпровідному стані, виміряна на частоті 10 ГГц, обумовлена ​​зниженням концентрації носіїв в тонкому поверхневому шарі товщиною 1-3 нм (В. Ф. Таборов, В. Ф. Тарасов).
  • Вперше показано, що піннінг решітки вихорів магнітного потоку в досконалих монокристалах YBa2Cu3O7-б здійснюється нуль-вимірними точково-подібними і двовимірними пласкими дефектами (тобто кисневими вакансіями і межами двійникових доменів). Аномальний немонотонний характер орієнтаційних та магнітно-польових (пік-ефект) залежностей щільності критичного струму в цих монокристалах є наслідком розмірного кросоверу від двовимірного піннінга на точкових дефектах до тривимірного при збільшенні зовнішнього поля, що пов'язано з дисперсією пружного модуля вигину С44(k) вихорової ґратки. Вивчення динаміки руху вихорової ґратки дозволило встановити механізми дисипації як в режимі повільного стрибкового термо-активованого крипу, так і швидкої течії потоку, де дисипация виникає за класичним механізмом, що описується як рух пружно деформованого континууму у в'язкому середовищі (В. Ф. Соловйов, В. М . Пан).
  • Знайдено механізми пінінга і депінінга вихорів у помірно-анізотропному ВТНП (YBa2Cu3O7-б) з одновимірними лінійними дефектами (дислокаціями або треками від опромінення важкими іонами) і показано можливість утворення частково депінінгованних стійких станів вихорів поблизу поверхні (А. Л. Касаткін). Побудовано нову "дислокаційну" модель руху вихорів уздовж малокутових ґраниць у плівках ВТНП YBa2Cu3O7-б, яка вперше пояснила поведінку густини критичного струму в залежності від кута дезорієнтації сусідніх доменів (А. ​​Л. Касаткін, В. М. Пан).
  • Проведено дослідження електродинаміки надпровідників, яке включає в себе: дослідження механізмів пінінга вихрових ліній і природи руйнування бездисипативного токового стану, вирішення проблеми підсумовування елементарних сил піннінга в надпровідниках з різним ступенем дефектності, вивчення особливостей динамічного змішаного стану (А. Л. Касаткін).
  • Розвинено технологічну базу для синтезу тонких надпровідних плівок методами електронно-променевого випаровування і лазерного напилення (В. С. Фліс).
  • Проведено вивчення процесів росту ВТНП-плівок сполуки YBa2Cu3O7-б, отриманих методом лазерного осадження. Виявлено ​​сильну кореляцію між режимами синтезу та мікроструктурою осаджуваних зразків, що дає можливість керувати механізмом зародження і зростання ВТНП-плівок (В. Г. Прохоров, В. І. Мацуй).
  • Виявлено ​​анізотропію об'ємної сили пінінга вихорових ліній при різних напрямках зовнішнього магнітного поля відносно поверхні плівки. Показано, що цей ефект визначається особливостями мікроструктури і меншою мірою пов'язаний з анізотропією кристалічної решітки ВТНП (В. Г. Прохоров, Г. Г. Камінський).
  • Проведено дослідження вольтамперних характеристик і їх перших похідних ВТНП-плівок в динамічному змішаному стані. При температурах, близьких до критичних, на вольтамперних характеристиках було виявлено ділянки в'язкої течії магнітного потоку. Аномальна поведінка опору в'язкої течії магнітного потоку від магнітного поля знаходить своє пояснення в рамках теоретичної моделі, що враховує утворення каналів легкого ковзання вихрових ліній уздовж ґраниць зерен. Цей висновок також підтверджується двухпіковою залежністю дисипативної частини магнітної сприйнятливості від температури (В. Г. Прохоров, М. А. Кузнєцов).
  • Розроблено методи комп'ютерного моделювання процесів зародження і зростання ВТНП-плівок залежно від режимів осадження (К. Г. Третьяченко).

У 2005 році до Відділу приєдналася група О. А. Кордюка, що займається експериментальним дослідженням електронної структури високотемпературних надпровідників та споріднених їм сполук. Серед основних результатів, отриманих в цьому напрямі: 

  • експериментально доведено спін-флуктуаційну природу електронного розсіювання і надпровідного спарювання в ВТНП (О. А. Кордюк);
  • показано, що псевдощілина в ВТНП-купратах є наслідком несумірної хвилі спінової щільності (О. А. Кордюк, А. І. Плющай);
  • досліджено ряд сполук нових надпровідників на основі заліза, розшифровано їх електронну структуру і виявлено ​​жорстку кореляцію цієї структури з температурою надпровідного переходу (Д. В. Євтушинський, О. А. Кордюк);
виявлено ефект фотоелектронного допування спін-розділених поверхневих станів в топологічних ізоляторах (О. А. Кордюк, Д. В. Євтушинський, А. І. Плющай).