Научная совместная лаборатория конструирования и физико-химических исследований оксидных магнитных материалов АГУ и ИМЕТ Уро РАН

Научная совместная лаборатория конструирования и физико-химических исследований оксидных магнитных материалов АГУ – ИМЕТ УрО РАН является структурным подразделением Астраханского государственного университета им. В.Н. Татищева и входит в состав Физико-математического института.

На базе лаборатории функционирует аспирантура по научной специальности «Физика конденсированного состояния», готовятся кандидатские и докторские диссертации, что обеспечивает взаимосвязь фундаментальных исследований, прикладных разработок и подготовки кадров.

Аспиранты и докторанты АГУ проходят стажировки в ИМЕТ УрО РАН, ряд исследований выполняется в ЦКП «Урал-М».

 

Предпосылкой возникновения лаборатории явилась научная база, созданная ранее в Астрахани школой члена-корреспондента АН СССР Г.И. Чуфарова (г. Екатеринбург). Развитие исследований и разработок новых оксидных магнитных материалов осуществлялось в тесном сотрудничестве со школами академика РАН Ю.Д. Третьякова (МГУ), доктора технических наук, профессора, Лауреата Государственной премии СССР В.Г. Глотова (Москва), доктора технических наук, профессора, Заслуженного деятеля науки и техники РФ, лауреата Государственной премии Л.М. Летюка (МИСиС).

Сотрудниками лаборатории осуществлялись работы по следующим проектам:

– НИР в рамках Аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы» Федерального агентства по образованию РФ: «Влияние характеристик микро- и наноструктуры на электромагнитные свойства сред с колоссальным магниторезистивным эффектом», 2009 – 2010 гг.;

– научный грант на проведение научно-технического мероприятия Министерства образования и науки Астраханской области: проект «Проведение молодежной научно-практической конференции», 2015 г.;

– НИР в рамках Государственного задания высшим учебным заведениям и научным организациям в сфере научной деятельности Министерства образования и науки РФ: «Механизмы влияния замещающих марганец ионов с различной электронной конфигурацией на структуру и свойства манганитов многокомпонентных систем как перспективных функциональных материалов электронной техники», 2014 – 2016 гг.;

– выполнение НИР по заказу ФГБУН «Федеральный исследовательский центр «Казанский научный центр РАН»: «Синтез манганитов системы La1-cSrcMn1-x-yFexАyO3 (A = Zn, Mg), изучение их структурных и электромагнитных свойств», 2018 – 2020 гг.;

– выполнение НИР по заказу ООО «Каспийский трубопроводный консорциум-Р»: «Проведение экспертизы материалов и технологии изготовления сварных швов», 2019 г., 2020 г.

 

Сотрудники лаборатории регулярно участвуют в работе следующих международных конференций:

– Moscow International Symposium on Magnetism (MISM), Russia;

– Международная конференция «Новое в магнетизме и магнитных материалах» (HMMM), Россия;

– VII Euro-Asian Symposium «Trends in MAGnetism» (EastMAG), Russia;

– The European Conference «Physics of Magnetism» (PM), Poznan, Poland;

– Joint European Magnetic Symposia (JEMS), EU;

– IEEE International Magnetics Conference (INTERMAG), EU.

– разработка концепций и новых методов конструирования, моделирования и прогнозирования свойств оксидных магнитоупорядоченных сред, методик научных исследований;

– синтез новых функциональных материалов;

– определение физико-химических характеристик, структурных, магнитных и электрических параметров материалов;

– исследование природы электронно-ионного разупорядочения и дефектности оксидных магнитных материалов, механизмов зарядовой компенсации, взаимодействия структурных единиц и неоднородностей иерархической структуры, процессов самоорганизации в конденсированных средах, в том числе в биожидкостях;

– изучение процессов «старения» оксидных материалов;

– разработка методов проведения экспертизы материалов и технологии сварных соединений;

– анализ состояния и тенденций развития соответствующих областей науки и техники, подготовка аналитических обзоров, монографий, статей и докладов;

– предоставление экспериментально-технологической базы для исследований докторантов и аспирантов, магистрантов и студентов по профильным специальностям и направлениям, проведение научно-исследовательской практики и стажировок.

– Институт металлургии Уральского отделения РАН, г. Екатеринбург;

– Физико-технический институт Казанского научного центра РАН им. Е.К. Завойского, г. Казань;

– Институт металлургии и материаловедения РАН им. А.А. Байкова, г. Москва;

– Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН, г. Екатеринбург;

– Волгоградский государственный университет, г. Волгоград;

– Астраханский государственный медицинский университет, г. Астрахань

Синтезировано более 190 партий манганитов различных составов, относящихся к 15 системам по типу ионов, замещающих марганец и стронций, исследованы и систематизированы их структурные характеристики, магнитные и электрические свойства. Изучено управление параметрами манганитов с помощью отжига в различных атмосферах с целью получения привлекательных технических характеристик, таких как колоссальное магнитосопротивление, гигантская магнитострикция, эффекты электрического переключения.

Исследовано применение технологии горячего прессования для синтеза керамических манганитов с повышенной плотностью и субмикронными размерами зерен. Разработана «Маршрутно-технологическая карта производства керамических манганитов для технических применений» с использованием горячего прессования.

Установлены закономерности влияния замещающих марганец катионов (в том числе их различных комбинаций) на положение границ концентрационных фазовых переходов «орторомбическая-ромбоэдрическая фазы», «полупроводник-металл» в манганитах.

Разработана концепция проектирования составов и сконструированы системы замещенных манганитов с повышенными электромагнитными параметрами.

Получены магнитострикционные материалы на основе феррита никеля и манганита лантана-стронция с добавками, обладающие высокой величиной эффекта магнитострикции в магнитных полях малой напряженности в широком диапазоне рабочих температур, достигнуты рекордно высокие значения константы магнитострикции. Запатентован манганит с гигантским значением константы магнитострикции, стабильным в диапазоне температур.

Разработан керамический материал на основе сложнозамещенного манганита лантана-стронция с колоссальным магнитосопротивлением, слабо изменяющимся в широком диапазоне температур, охватывающем комнатные температуры, получен патент на изобретение.

Изучены процессы формирования в манганитах различных систем микроструктуры и микронеоднородностей, связанных с неравномерным распределением разновалентных ионов, катионных и анионных вакансий в зависимости от содержания кислорода.

Доказано существование в лантан-стронциевых манганитах с замещением марганца комбинацией никеля и германия однозарядных ионов кислорода, участвующих при определенных условиях в формировании локального ферромагнитного упорядочения ионов никеля.

Сопоставлены свойства контактов «металл-манганит» с различными металлами (Cu, Ni, Ag, Au) в широком диапазоне температур. Установлено влияние контактов на магнитосопротивление и вольтамперные характеристики (ВАХ), отмечена роль энтальпии образования оксидов, работы выхода электронов и коэффициентов теплового расширения. Получены данные о формировании S-образных и N-образных ВАХ в манганитах различного состава. Создан прибор для измерений ВАХ в импульсном режиме.

Создан матричный цифровой датчик напряженности магнитного поля на основе полученных манганитов с эффектом колоссального магнитосопротивления, разработаны алгоритмы калибровки и обработки информационных сигналов датчиков в рабочем режиме, получены свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ на основе разработанных алгоритмов.

Изучены процессы «старения» манганитов разных составов при хранении в течение около 36 тыс. часов (более 4-х лет), а также в результате термоциклирования. Рассмотрены механизмы «старения» манганитов.

Гранты:

1. Научный грант на проведение научно-технического мероприятия Министерства образования и науки Астраханской области, 2015 г., проект «Проведение молодежной научно-практической конференции».
2. Государственное задание высшим учебным заведениям и научным организациям в сфере научной деятельности Министерства образования и науки РФ, 2014 — 2016 гг., проект «Механизмы влияния замещающих марганец ионов с различной электронной конфигурацией на структуру и свойства манганитов многокомпонентных систем как перспективных функциональных материалов электронной техники».

Публикации в научных журналах:

1. D. Merkulov, A. Badelin, S. Estemirova, V. Karpasyuk, Mechanisms of substituting quadrivalent ions influence on the properties of La-Sr manganites. Acta Physica Polonica A 127(2) (2015) 248-250.
2. V.K. Karpasyuk, A.G. Badelin, I.M. Derzhavin, D.I. Merkulov, A.M. Smirnov, Electromagnetic parameters of multicomponent manganites depending on combination and electronic configuration of substituents for manganese. International Journal of Applied Engineering Research 10(21) (2015) 42746-42749.
3. В.К. Карпасюк, А.М. Смирнов, А.Г. Баделин, Особенности построения датчиков магнитного поля на основе эффекта колоссального магнитосопротивления. Прикаспийский журнал 4(32) (2015) 291-297.
4. А.М. Смирнов, В.К. Карпасюк. Программа обработки сигналов датчиков на основе манганитов с эффектом колоссального магнитосопротивления в системе регистрации распределения магнитного поля и температуры. Свидетельство на программу для ЭВМ №2015614036 от 03.042015 г.
5. В.К. Карпасюк, А.Г. Баделин, А.М. Смирнов. Манганит с гигантским значением константы магнитострикции, стабильным в диапазоне температур: Патент на изобретение № 2572243 от 07.12.2015.
6. А.М. Смирнов, В.К. Карпасюк. Программа для пакетной обработки данных с АЦП датчика магнитного поля. Свидетельство на программу для ЭВМ №2016619564 от 23.08.2016 г.
7. В.К. Карпасюк, А.Г. Баделин. Структура и магнитные характеристики лантан-стронциевых манганитов с замещением марганца разновалентными ионами. Монография. – Астрахань: Издатель Сорокин Р.В., 2016, 92 с.
8. А.К. Аюпова, С.С. Астафьева, Л.М. Васильева, А.З. Юсупова. Способ тестирования физиологического состояния осетровых рыб: Патент на изобретение №2602662 от 26.10.2016.
9. В.К. Карпасюк, А.Г. Баделин. Манганит с колоссальным магнитосопротивлением в области температур 190-300 К: Патент на изобретение №2638983 от 19.12.2017.
10. V.K. Karpasyuk, A.G. Badelin, Z.R Datskaya, D.I. Merkulov, S.Kh. Estemirova, Properties of La-Sr manganites with combined substitution of different valence ions for strontium and manganese. Inorganic Materials: Applied Research 9(2) (2018) 201-206.
11. V.K. Karpasyuk, A.G. Badelin, I.M. Derzhavin, D.I. Merkulov, Systems of manganites with enhanced electromagnetic parameters. Inorganic Materials: Applied Research 9(5) (2018) Pp. 807–812.
12. A. Badelin, Z. Datskaya, S. Estemirova, V. Karpasyuk, D. Merkulov, Effect of ageing on magnetic and electrical properties of Ti–substituted La-Sr manganites. European Physical Journal 185 (2018) 06002.
13. В.К. Карпасюк, А.Г. Баделин, З.Р. Датская, Д.И. Меркулов. Основы материаловедения перовскитоподобных манганитов. Учебное пособие. – Астрахань: Издатель: Сорокин Р.В., 2018, 132 с.
14. A.К. Аюпова, Ф.К. Ильясов, О.А. Рыжкова, Морфологическая картина сыворотки крови при хронических инфекционных заболеваниях. Свидетельство на базу данных № 2018621528 от 27.09.2018 г.
15. D. Merkulov, A. Badelin, S. Estemirova, V. Karpasyuk, Ageing phenomena in La-Sr manganites with divalent substituents for manganese. Acta Physica Polonica A 133(3) (2018) Pp.529-531.
16. V. Karpasyuk, A. Badelin, D. Merkulov I. Derzhavin, S. Estemirova, Structural and electronic transformations in substituted La-Sr manganites depending on cations and oxygen content. Physica B: Condensed Matter 536 (2018) 249-253.
17. V.K. Karpasyuk, A.G. Badelin, I.M. Derzhavin, S.Kh. Estemirova, D.I. Merkulov, Effects of long storage in La–Sr manganites with pared divalent and quadrivalent substituents for manganese. Journal of Physics: Conference Series 1389 (2019) 012047.
18. V.K. Karpasyuk, A.G. Badelin, I.M. Derzhavin, D.I. Merkulov, A.A. Pankratov, Nonstoichiometry defects and microinhomogeneities in multicomponent manganites. Journal of Magnetism and Magnetic Materials 476 (2019) 371-375.
19. A.G. Badelin, V.K. Karpasyuk, D.I. Merkulov, R.M. Eremina, I.V. Yatsyk, A.V. Shestakov, S.Kh. Estemirova. Effect of iron doping on structural, magnetic, and electrical characteristics of manganites in La0.7Sr0.3Mn0.9Zn0.1–xFexO3 (0≤x≤0.1) system. Inorganic Materials: Applied Research 11(2) (2020) 435–440.
20. S.Kh Estemirova, V.Ya. Mitrofanov, V.K. Karpasyuk, A.G. Badelin, S.A. Uporov, G.A. Kozhina, Effect of Cr doping on the structural magnetic and transport properties of perovskite-like manganites. Solid State Sciences 108 (2020) 106433
21. V.K. Karpasyuk, A.G. Badelin, Z.R. Datskaya, R.M. Eremina, D.I. Merkulov, S.Kh. Estemirova, M.A. Aljanov, Z.Y. Seidov, Influence of manganese ions environment in octahedral sublattice of La0.7Sr0.3Mn0.9Fe0.1–xMgxO3+γ manganites on their properties. Inorganic Materials: Applied Research 12(2) (2021) 337-342.
22. Y. Ukhanova, A. Zoeva, O. Tishkova, S. Belyavskaya, A. Ayupova, P. Loginov, Biochemical study of blood and a mathematical model for diagnosis of myomas. Archiv Euromedica 11(2) (2021) 39-42.
23. M.Yu. Yushin, A.K. Ayupova, A.G. Tyrkov, F.K. Ilyasov, Effect of 5-(Arylmethylidene)-2,4,6-pyrimidine-2,4,6(1H,3H,5H)-Triones on the course of experimental leprosy infection. Pharmaceutical Chemistry Journal 55(10) (2022) 02531.
24. Z.Y. Seidov, I.V. Yatsyk, F.G. Vagizov, V.A. Shustov, A.G. Badelin, V.K. Karpasyuk, M.J. Najafzade, I.N. Ibrahimov, S.Kh. Estemirova, H.-A. Krug von Nidda, R.M. Eremina, Local magnetic properties of La0.83Sr0.17Mn0.9Fe0.1−xZnxO3. Journal of Magnetism and Magnetic Materials 552 (2022) 169190.
25. V.K.Karpasyuk, A.G. Badelin, D.I. Merkulov, R.M. Eremina, F.G. Vagizov, S.Kh. Estemirova, The role of manganese-substituting ions and oxygen nonstoichiometry in the formation of the manganites properties. Inorganic Materials: Applied Research 13(5) (2022) 1314-1317.

V.K. Karpasyuk, A.G. Badelin, Z.R. Datskaya, I.M. Derzhavin, S.Kh. Estemirova, Effect of oxygen concentration on structural and electromagnetic characteristics of La-Sr manganites with manganese replacement by combination of zinc and titanium. Russian Journal of Inorganic Chemistry 67(7) (2022) 1113-1117.

. Синтез единичных образцов поликристаллических материалов по керамической технологии при максимальной температуре 1523 К на воздухе.

2. Отжиг материалов при температуре 1173-1273К и различном парциальном давлении кислорода в газовой фазе от 10-8 Па до 101.3 кПа.

3. Исследование фазового состава и структуры магнитных и других материалов методами рентгенографического анализа.

4. Исследование электромагнитных свойств магнитных материалов:

– измерение удельной намагниченности баллистическим методом в постоянном магнитном поле напряженностью 5.6 кЭ при температурах 300 и 80К;

– измерение температурной зависимости магнитной проницаемости индукционным методом на частотах до 100 кГц в диапазоне температур от 80 до 350 К, определение температуры Кюри;

– измерение сопротивления и магнитосопротивления в диапазоне температур от 77 до 300 К в поперечном магнитном поле напряженностью до 9.2 кЭ, определение температуры перехода «металл-полупроводник».

5. Исследование изменений электромагнитных и структурных параметров магнитных материалов в течение длительного времени хранения и при термоциклировании.

6. Изучение структур твердой фазы биологических жидкостей с помощью оптической поляризационной микроскопии при использовании методов клиновидной и краевой дегидратации.

7. Исследование поверхностных слоев материалов методом оптической микроскопии при увеличениях до 600´.

8. Подготовка поверхностей образцов материалов для микроскопии методами шлифования и полировки. Размер шлифуемой поверхности – от 3 до 85 мм.

9. Исследование структуры и дефектов сварных соединений с помощью методов рентгенографической дефектоскопии.

10. Нанесение на материалы тонких металлических покрытий методом термического распыления в вакууме.

11. Исследование топографии и определение электронных характеристик поверхностей проводящих и слабо проводящих образцов методами сканирующей туннельной микроскопии.