Назад

---

Відділ створено в 1950 р. З 1987 р. і до 2014 р. завідувачем відділу був чл.-кор. НАН України В. Б. Молодкін, а з 2015 р. відділом керує д.ф.-м.н., проф. В. А. Татаренко.

Ряд робіт, виконаних у відділі, присвячено теорії електричного опору металів і стопів, що містять різні дефекти кристалічної будови. Під керівництвом А. А. Смирнова в рамках багатоелектронної моделі металічних кристалів М. О. Кривоглазом, З. А. Матисіною і А. І. Носарем було побудовано теорію залишкового електроопору стопів, що упорядковуються, встановлено залежність цього опору від параметрів далекого порядку, кореляції в розташуванні атомів і величин, що характеризують різного роду спотворення кристалічної ґратниці стопу. Ці результати стали узагальненням робіт А. А. Смирнова, виконаних ним в Інституті фізики металів Урал. від. АН СРСР до 1947 р. (м. Свердловськ — нині м. Єкатеринбурґ, РФ).

У відділі одержали подальший розвиток теорія розсіяння випромінення в неідеальних кристалах та теорія нейтронографії стопів з урахуванням далекого порядку, кореляції, геометричних спотворень і магнетизму компонентів у ефектах розсіювання. На основі останньої розроблено нейтронографічний метод дослідження дефектів будови стопів (В. М. Даниленко, М. О. Кривоглаз, Д. Р. Різдвянецький, А. А. Смирнов).

Розробивши метод флюктуаційних хвиль, М. О. Кривоглаз із К. П. Рябошапкою побудував кінематичну теорію розсіяння Рентґенових променів на статичних спотвореннях та критичного розсіяння; вони запропонували класифікацію дефектів за рентґенографічними ефектами, що спричинюються ними; дослідили розсіяння на дислокаціях.

В. Б. Молодкін і О. А. Тихонова розвинули динамічну теорію розсіяння Рентґенових променів і електронів у кристалах з різного виду спотвореннями, а також теорію прямих методів спостереження дефектів кристалічної будови.

М. О. Кривоглаз спільно з А. А. Смирновим розробили новий метод дослідження форми поверхні Фермі в металах і стопах, заснований на вивченні кутового розподілу квантів, що утворюються при анігіляції позитронів з електронами провідності у монокристалічних зразках. При використанні цього методу не потрібні магнетні поля, низькі температури та висока чистота матеріалу. Цим він вигідно відрізняється від багатьох загальновідомих методів і тому успішно застосовується в експериментальних дослідженнях.

Велику увагу було приділено розвитку молекулярно-кінетичної та термодинамічної теорії металів і стопів. М. О. Кривоглаз і А. А. Смирнов вперше побудували теорію дифузії в стопах, що упорядковуються. Вони передбачили ряд нових ефектів, пов’язаних із впливом впорядкування атомів на їх дифузію; ці ефекти було виявлено експериментально в Росії, США, Польщі. Також розвинуто теорію розпаду стопів, що містять домішки на вузлах і у міжвузловинах кристалічної ґратниці.

Розроблено метод точок розгалуження кривої рівноваги, за допомогою якого можна досліджувати фазові перетворення типу лад–безлад і лад–ладу стопах з кількома фазовими переходами і передбачати типи надструктур, що виникатимуть (В. В. Гейченко, А. А. Смирнов).

Створено теорію впорядкування стопів заміщення за високих тисків і теорію взаємного впливу двох кооперативних явищ, — атомного та спінового упорядкувань (у феро-і антиферомагнетиках), — що уможливили виявити ряд ефектів: особливості діаграм стану, пов’язані із взаємним впливом атомного порядку та магнетизму компонентів у стопах, зміну температури і роду фазового переходу за екстремальних умов високих тисків тощо (В. В. Гейченко, В. М. Даниленко, О. К. Канюка, В. І. Рижков, Д. Р. Різдвянецький, А. А. Смирнов).

Пізніше ці теорії було удосконалено врахуванням далекосяжності міжатомових взаємодій (за методами флюктуаційних хвиль та статичних концентраційних хвиль) і поширено на стопи заміщення–втілення, магнетні компоненти яких характеризуються довільними спіновими числами (Т. М. Радченко, В. А. Татаренко).

Розвинуто теорію ізотопного впорядкування атомів водню по міжвузловинах, яка призвела до можливості немонотонної температурної залежности параметрів порядку за наявности вакантних міжвузловин (Л. Б. Квашніна, А. А. Смирнов).

Досліджено розподіл складу і параметра порядку поблизу поверхні обмежених кристалічних стопів (А. М. Бобир, Г. І. Гранкіна, В. І. Рижков).

В рамках співпраці з Академією наук НДР та іншими установами АН України Ю. В. Корнюшин виконав широкі дослідження явищ перенесення в (полі)кристалах у зовнішніх полях різної природи.

А. А. Смирновим запропоновано не пов’язану з псевдокристалічним наближенням теорію дифузії та в’язкости в простих рідинах, що призвела до нового виду залежностей коефіцієнтів самодифузії і в’язкости від температури (А. А. Смирнов, Д. Р. Різдвянецький) та зовнішнього тиску (А. А. Смирнов, В. А. Татаренко), які відповідають експериментальним даним для рідких шляхетних газів і рідких металів.

Розроблено теорію дифузії і термодифузії в стопах втілення при великих концентраціях втілених атомів по міжвузловинах різного типу ґратниці металу, а також теорію фазових перетворень із зміною порядку в системі втілених атомів, що знаходяться у нееквівалентних положеннях у ґратниці (А. А. Смирнов).

А. А. Смирнов вперше побудував й послідовну молекулярно-кінетичну теорію стопів вилучення, пояснив основні експериментально спостережувані особливості структурних і термодинамічних характеристик цих стопів.

Учнями А. А.Смирнова вперше проведено геометрично повний симетрійно-конфіґураційний і статистично-термодинамічний аналізи, на підґрунті яких встановлено всі можливі типи термодинамічно стійких до антифазних зсувів надструктур втілення на основі щільнопакованих ГЦК- та ГЩП-ґратниць (В. М. Бугаєв, В. А. Татаренко, Р. В. Чепульський), а також короткоперіодних надструктур заміщення й втілення на основі стільникоподібної ґратниці (Т. М. Радченко, В. А. Татаренко).

В. М. Бугаєв і В. А. Татаренко розвинули напівфеноменологічну теорію міжатомових взаємодій з урахуванням деформаційно-індукованих ефектів розмірної невідповідности атомів у твердих розчинах на основі металевих кристалів з базисом. В її рамках одержано кількісну інформацію про енергетичні й силові параметри взаємодії атомів C, N, O, H у кристалах багатьох металів II, III, IV, VII і VIII груп (В. А. Татаренко, К. Л. Цинман).

Для широкого ряду скінченних твердих розчинів (зокрема, на основі шарових і щільнопакованих кристалів), а також нестехіометричних фаз втілення–заміщення металооксидів, субгідридів, нітридів, карбідів, фуллеритів та інварів і пермалоїв за методами статики ґратниці та статичних флюктуаційних хвиль (М. О. Кривоглаза й ін.) розраховано дисперсійні криві (неаналітичних за описом) Фур’є-компонент енергій сумарної взаємодії точкових дефектів втілення або заміщення у кристалах із заданою структурою і ненапруженою поверхнею за допомоги: напівфеноменологічного врахування «деформаційної» (чи то пружньої) за природою міждефектної взаємодії, напівемпіричного оцінювання «хімічної» (або когезійної за природою) взаємодії втілених йонів (або дефектів заміщення) та модельного обчислення енергетичних параметрів магнетної взаємодії атомів заміщення з довільними спіновими числами (Т. М. Радченко, В. А. Татаренко, К. Л. Цинман з колеґами із КНУ).

Досліджено вплив температурно- та концентраційнозалежних магнетних і далекосяжних й анізотропних деформаційно-індукованих та короткосяжних «електрохімічних» міжатомових взаємодій на перерозподіл атомів (впорядкування або розшарування) в стопах втілення й заміщення та на їхні теплові й електротранспортні властивості (Т. М. Радченко, В. А. Татаренко).

На основі розрахунків енергетичних параметрів міжатомових взаємодій, статистично-термодинамічного аналізу в поєднанні з результатами досліджень Мессбауерового ефекту, виконаних у відділі фізичних основ леґування сталей і стопів ІМФ (В. Г. Гаврилюк, В. М. Надутов), В. М. Бугаєв, В. А. Татаренко і К. Л. Цинман дослідили будову і термодинаміку мікронеоднорідностей у ряді леґованих аустенітних сталей.

Розроблено аналітичний метод, що забезпечує порівняно високу точність розрахунку параметрів рівноважного близького порядку в стопах (Р. В. Чепульський), проаналізовано адекватність і ефективність прямих й непрямих методів дослідження міжатомової взаємодії та кінетики релаксації близького й далекого порядків у щільнопакованих твердих розчинах заміщення або втілення (Т. М. Радченко, В. А. Татаренко, Р. В. Чепульський).

Виявлено та вивчено ефекти обмежености розмірів і складности (непримітивности) внутрішнього устрою кристалічних структур, а також розмірної невідповідности і «блокування» атомів компонентів та їх магнетизму у взаємодії дефектів і термодинаміці й кінетиці утворення надструктур твердих розчинів, що упорядковуються (В. А. Татаренко, К. Л. Цинман, Р. В. Чепульський).

Із використанням статистично-термодинамічних і кінетичних теорій фазових перетворень, що враховують далекосяжність міжатомової взаємодії, запропоновано класифікаційну схему розривів 1-го роду у центрі першої Бріллюенової зони оберненого простору ґратниці розчинникадля Фур’є-компонент енергій «змішання» атомів скінченного твердого розчину (В. А. Татаренко).

З’ясовано, що неаналітичний характер оберненопросторового опису енергетичних параметрів статистичної термодинаміки й кінетики упорядкування, спинодального розпаду або ізоструктурного розпаду скінченного твердого розчину спричинений саме калібрувальною відсутністю («виключенням») непрямого, деформаційно-індукованого «самодіяння» розчинених атомів (через поля статичних спотворень розчинника)(В. А. Татаренко).

В. М. Бугаєв, В. А. Татаренко, К. Л. Цинман та Р. В. Чепульський вперше проаналізували якісні особливості діаграм стану і аномалії в розподілі втілених атомів, пов’язані з температурною залежністю енергетичних параметрів ефективних міжатомових взаємодійу стопах втілення.

Досліджено зумовлені таким чинником аномалії конфіґураційнозалежних теплових і транспортних властивостей стопів, зокрема, експериментально спостережувану немонотонність коефіцієнта самодифузії атомів вуглецю у ГЩП-берилії (В. М. Бугаєв, В. А. Татаренко).

Кількісно досліджено вплив домішки втілення на вміст у кристалі вузлових вакансій, встановлено структурно-ентропійні (зокрема, конфіґураційні) та енергетичні (в тому числі «розмірні») механізми явищ термічно активованих та спонтанних змін переважної локалізації домішкових атомів у кристалі (В. М. Бугаєв, В. А. Татаренко, К. Л. Цинман).

Запропоновано новий, пов’язаний з підвищенням вмісту вакансій (а не з розм’якшенням коливальної моди) механізм поліморфних перетворень у стопах втілення (А. М. Бобир, В. М. Бугаєв, А. А. Смирнов) та мартенситного перетворення у гібридних стопах втілення–заміщення, що упорядковуються (В. А. Татаренко, К. Л. Цинман).

Продемонстровано, що для опису дисипативних модульованих структур (із скінченним й температурозалежним періодом) у розподілі вакансій по кристалу, що опромінюється, необхідно розглядати механізм, який ґрунтується на відкритості й нерівноважності такої системи, а також на нелінійності характеру зв’язків вакансій з оточенням, причому треба застосовувати (послідовне з методичної точки зору) сумісне врахування внесків (непрямої) далекосяжної «деформаційної» взаємодії (зокрема, на далеких віддалях пружньої за характером) і домінувальної «прямої», порівняно короткосяжної «електрохімічної» взаємодії (в основному когезійної природи на близьких віддалях) у взаємочин зґенерованих вакансій за наявности їхніх стоків дислокаційного типу (О. В. Олійник, В. А. Татаренко з колеґами із КНУ).

Сформульовано необхідні термодинамічні умови формування й просторовий період «модульованих» структур за неоднорідного розподілу домішкових частинок у мезоморфному середовищі, за появу чого відповідає температурозалежна далекосяжна непряма взаємодія між домішковими частинками, що спричинюється інтерференцією індукованих статичних полів спотворень директора (В. А. Татаренко з колеґами із КНУ).

С. Й. Оліховський та Є. В. Кочелаб з колеґами із КНУ розробили фізичну модель для опису утворення та еволюції мікродефектної структури пересиченого твердого розчину при термооброблянні та виконали розмірний і чисельний аналізи відповідних кінетичних рівнянь і рівнянь масоперенесення.

З використанням сучасних статистично-термодинамічної теорії близького атомового порядку й кінематичної теорії розсіяння на ньому та зміщеннях атомів було спрогнозовано картини розподілу значень інтенсивности дифузного розсіяння променів по оберненому простору різних ґратниць скінченних твердих розчинів заміщення та втілення із «вільною» або напруженою поверхнею залежно від симетрії вузлів або міжвузловин (октаедричних чи то тетраедричних) відповідно (В. А. Татаренко, К. Л. Цинман, Р. В. Чепульський з колеґами із КНУ).

Порівняння цих картин з відповідними експериментальними мапами для тих розчинів уможливлює ідентифікацію місць розташування розчинених атомів того чи іншого сорту у кристалі розчинника заданої структури і діагностику відповідного характеру температурної та й концентраційної залежностей властивостей твердих розчинів (електропровідности, тепломісткости тощо) з урахуванням кінетики релаксації порядку розміщення атомів у них (Т. М. Радченко, В. А. Татаренко).

Досліджено вплив ангармонізму та фонон-електронної взаємодії на спектр частот металічних кристалів з гексагональною щільнопакованою ґратницею (В. С. Харченко з колеґами із КНУ).

Є. Г. Лень, В. В. Лізунов, І. М. Мельник, Т. М. Радченко, В. А. Татаренко з колеґами із КНУ виявили вплив змін температури та близького й далекого магнетних порядків на картину розсіяння різного типу (електронних, Рентґенових) хвиль у стопах на основі ОЦК- і ГЦК-ґратниць (у тому числі з сильними міжелектронними кореляціями); з урахуванням магнетизму обох компонентів заміщення виконано параметризацію міжатомових та електронних взаємодій у таких стопах, що впорядковуються, а також проаналізовано якісні особливості діаграм їхніх фазових станів, в тому числі феро-, антиферо- та феримагнетних.

О. І. Міцек удосконалив теорію магнетних властивостей плівок і фазових переходів та магнетотранспортних явищ у магнетиках, в тому числі з наномасштабною структурою.

Проведено теоретичне дослідження електронного спектру і ядерного магнетного резонансу в металах, що містять дислокації, а також статистично-механічний аналіз діамагнетизму взаємодійного електронного газу (І. М. Дубровський).

Співробітниками відділу було також розвинуто: теорію ядерного магнетного резонансу в стопах, що упорядковуються (А. І. Носар), класичну теорію орієнтаційних ефектів (каналювання й тіньового ефекту) в монокристалічних стопах заміщення та втілення (О. І. Етінґоф, Л. Б. Квашніна, А. А. Смирнов), квантову теорію каналювання в багатокомпонентних системах і кристалах з дефектами різного типу (А. П. Кирилюк, В. Б. Молодкін, В. Г. Новицький).

Побудовано статистичну динамічну теорію високоенергетичних квазичастинок у багатокомпонентних невпорядкованих системах, стопах, що упорядковуються, і кристалах з дефектами різного типу, на основі якої передбачено і вперше теоретично описано нові фундаментальні фізичні явища — явище екстинкції за рахунок розсіяння на спотвореннях, що знайшло широке застосування сьогодні в багатьох лабораторіях світу, і явище порушення в монокристалах відомого з кінематичної теорії розсіяння закону збереження повної інтеґральної відбивної здатности, що виявилася унікально структурочутливою та інформативною величиною, а також передбачено когерентні ефекти аномального проходження та екстинкції для некогерентної складової хвильового поля квазичастинок, які отримали багаторазове експериментальне підтвердження і знайшли широке застосування в багатьох науково-дослідних центрах різних країн (В. Б. Молодкін, М. Є. Осиновський, С. Й. Оліховський).

На основі використання результатів побудованої теорії та передбачених ефектів, зумовлених багатократністю, головним чином, дифузного розсіяння, С. Й. Оліховський, Г. І. Низкова, Є. М. Кисловський під керівництвом В. Б. Молодкіна запропонували цілий ряд принципово нових методів рентґенівської дифрактометрії кристалів і створили ориґінальну експериментальну базу якісно оновленого рівня неруйнівної діагностики типів і кількісних статистичних характеристик дефектів кристалів і параметрів стопів, що продемонструвала рекордні показники інформативности, чутливости і експресности досліджень, що були відсутніми як в Україні, так і за її межами.

В. Б. Молодкіним, С. В. Лізуновою, В. В. Лізуновим та В. В. Молодкіним відкрито і фізично обґрунтовано маюче революційне значення для розвитку принципово нових функціональних можливостей діагностики, раніше невідоме явище колосального (на кілька порядків величини) підсилення прояву дефектів в картині багаторазового розсіяння за рахунок, як вони встановили, «включення» дисперсійного механізму впливу дефектів на дифракційну картину, тобто впливу не лише на амплітуду, але й на хвильовий вектор розсіяної хвилі.

Це уможливило В. Б. Молодкіну, Г. І. Низковій, Є. Г. Леню, С. В. Лізуновій, В. В. Лізунову та В. В. Молодкіну не лише підняти на кілька порядків величини структурну чутливість, але й створити обґрунтований підхід для розв’язання особливо актуальної проблеми багатопараметричної діагностики шляхом комбінування вимірювань картин багаторазового розсіяння в різних, цілеспрямованообраних умовах дифракції.

Відкрите явище також уможливило В. Б. Молодкіну, Б. В. Шелудченку, С. В. Лізуновій та В. В. Лізунову в 2013–2014 рр. розв’язати проблему широкого впровадження в медичну практику виявленої ще в 1996 р. можливости в тисячі разів підняти межу чутливості рентґенівської діагностики новоутворень (від 5 мм до 5 мікрон за рахунок переходу від традиційного використання поглинання до використання заломлення променів) шляхом використання створеної ними адекватної теоретичної моделі для діагностики некристалічних об’єктів, яка кількісно описує (з врахуванням визначального і в цих випадках внеску ефектів багаторазового розсіяння) зв’язок параметрів зображень, що одержуються, з характеристиками новоутворень.

В. Б. Молодкіним, С. Й.Оліховським, Є. М. Кисловським, О. С. Скакуновою та С. В. Лізуновою проведено узагальнення динамічної теорії розсіяння на випадок багатошарових структур зі складною коміркою та з неоднорідними розподілами макродеформацій і мікродефектів, як між шарами, так і усередині шарів.

Відділ також не стоїть осторонь порогу сучасної ери наномасштабних досліджень і технологій синтезу й оброблення одного з найпоширеніших у природі елементів — вуглецю. Традиції дослідження впливу конфіґурацій дефектів на розсіяння різного типу хвиль (зокрема, електронних) у кристалах, започатковані А. А. Смирновим і розвинені В. Б. Молодкіним, було продовжено в роботах із вивчання структуроутворення, термічних та електротранспортних властивостей функціоналізованих графенових систем. В цих роботах вперше передбачено можливі впорядковані розподіли домішкових атомів по вузлах і міжвузловинах графенової ґратниці, визначено області значень енергетичних параметрів міжатомових взаємодій, яким відповідає (низькотемпературна) стабільність надструктур заміщення та втілення на графеновій основі, виявлено ефекти кореляції та впорядкування в розподілі точкових (домішкові атоми, вакансії) і лінійних (межі зерен, атомові сходинки, дислокації) дефектів у графеновій ґратниці за їх окремої або одночасної присутности в ній (Т. М. Радченко, В. А. Татаренко з колеґами із КНУ).

Показано, що впорядкування точкових дефектів може відкривати заборонену зону в графеновому енергетичному спектрі, поліпшувати графенову електропровідність в десятки (10–30) разів, а орієнтаційна кореляція лінійних дефектів може підвищувати провідність в 4–5 разів, тобто за одночасної присутности обох типів дефектів впорядкування одних і кореляція інших можуть поліпшувати графенову провідність в сотні разів у порівнянні з їх випадковим орієнтаційно-просторовим розподілом (за тих же потенціалів розсіяння електронів) (Т. М. Радченко, В. А. Татаренко з колеґами із КНУ).