Направления исследований

• Экспериментальное и теоретическое изучение элементарных процессов пластической деформации и разрушения широкого класса твердых тел в области низких (1.4 – 300 К) и сверхнизких (0.4 – 1.4 К) температур. Термически активированная и квантовая пластичность.

• Изучение влияния сверхпроводящего перехода на пластичность, упругие и неупругие свойства металлов и сплавов.

• Исследование низкотемпературной скачкообразной деформации металлов и сплавов.

• Акустическая спектроскопия элементарных процессов неупругой деформации металлов и сплавов со сложной морфологией.

• Установление механизмов пластичности и разрушения металлических стекол, наноструктурных материалов, нанокомпозитов, высокоэнтропийных сплавов.

• Изучение физико-механических свойств фуллеритов и углеродных композитов на основе эпоксидной смолы.

• Теоретическое изучение динамики дефектов кристаллической структуры и их взаимодействия с квазичастицами.

Из истории отдела

Отдел был создан в 1961 году проф. В.И. Старцевым при активной поддержке директора института проф. Б.И. Веркина для исследования дислокационных механизмов низкотемпературной пластической деформации твердых тел, изучения свойств индивидуальных дислокаций и установления связи низкотемпературных механических свойств твердых тел со свойствами структурных дефектов.

C момента создания по 1984 г. отдел возглавлял проф. В.И. Старцев, в 1984 – 2004 г.г. отделом руководил проф. В.Д. Нацик, а с 2004 г. отдел возглавляет д.ф.-м.н. П.П. Паль-Валь.

Физическая идеология экспериментальных и теоретических исследований закономерностей и механизмов пластичности, разрушения и внутреннего трения широкой совокупности твердых тел основывалась на представлении о том, что неупругая деформация кристаллов в условиях низких и сверхнизких температур усложняется влиянием на движение дислокаций специфических низкотемпературных явлений: сверхпроводящего перехода в металлах, уменьшения интенсивности тепловых флуктуаций и возрастания роли квантовых эффектов (нулевых колебаний, квантового туннелирования) в локальных перестройках решеточной структуры, низкотемпературных аномалий кинетических свойств квазичастиц и т. д. Изучение данной проблемы началось с создания ряда современных экспериментальных низкотемпературных установок и приставок к стандартным приборам, а также разработки высокочувствительных методов измерения механических характеристик материалов. В первые годы усилия были сосредоточены на изучении механических характеристик совершенных монокристаллических образцов. В дальнейшем в сферу интересов фундаментальной физики пластичности и прочности вошел ряд новых типов твердых тел с усложненной атомной структурой и уникальными физико-механическими свойствами: металлические стекла, наноструктурные материалы, металлооксидные высокотемпературные сверхпроводники (ВТСП), фуллериты, высокоэнтропийные сплавы и т.д. Для исчерпывающей физической интерпретации результатов экспериментов появилась необходимость разработки в рамках дислокационных представлений новых микроскопических моделей пластического сдвига.

В отделе физики реальных кристаллов ФТИНТ НАН Украины подготовлен сборник материалов «Физика и лирика реальных кристаллов» в двух томах, посвященных истории отдела со дня его основания. В сборнике помещены воспоминания о первом руководителе отдела, заслуженном деятеле науки и техники УССР профессоре В.И. Старцеве, летопись отдела физики реальных кристаллов, информация о конференциях и зимних школах, организованных в разные годы отделом, и другие материалы. Сборник иллюстрирован большим количеством уникальных фотографий.

Научные сотрудники отдела

• Паль-Валь Павел Павлович, д.ф.-м.н., зав. отделом
• Нацик Василий Дмитриевич, д.ф.-м.н., проф., гл. научн. сотр.
• Фоменко Лариса Степановна, д.ф.-м.н., вед. научн. сотр.
• Брауде Ирина Семеновна, к.ф.-м.н., ст. научн. сотр.
• Исаев Николай Васильевич, к.ф.-м.н., ст. научн. сотр.
• Лубенец Серж Викторович, к.ф.-м.н., ст. научн. сотр.
• Москаленко Владислав Андреевич, к.ф.-м.н., ст. научн. сотр.
• Подольский Алексей Владимирович, к.ф.-м.н., ст. научн. сотр.
• Смирнов Сергей Николаевич, к.ф.-м.н., ст. научн. сотр.
• Табачникова Елена Дмитриевна, к.ф.-м.н., ст. научн. сотр.
• Шyмилин Сергей Эдуардович, к.ф.-м.н., ст. научн. сотр.
• Григорова Татьяна Викторовна, к.ф.-м.н., научн. сотр.
• Семеренко Юрий Александрович, к.ф.-м.н., научн. сотр.
• Смирнов Александр Ремович, к.ф.-м.н., научн. сотр.
• Ватажук Елена Николаевна, мл. научн. сотр.
• Гейдаров Вусал Гейдар оглы, мл. научн. сотр.
• Забродин Павел Андреевич, мл. научн. сотр.
• Иванченко Леонид Гаврилович, мл. научн. сотр.
• Псарук Игорь Андреевич, мл. научн. сотр.
• Русакова Анна Викторовна, мл. научн. сотр.
• Смолянец Руслан Владимирович, мл. научн. сотр.
• Плотникова Юлия Михайловна, аспирант

Инженерно-технический персонал

• Казаров Юрий Григорьевич, вед. инженер
• Лебедь Владимир Алексеевич, техник 1 категории
• Шляхов Валерий Владимирович, техник 1 категории

Ведущие сотрудники и ветераны отдела физики реальных кристаллов в семинарской аудитории (2006 г.).
1 ряд (слева направо): П.П. Паль-Валь, Л.В. Скибина, И.С. Брауде, В.С. Фоменко, Л.Н. Паль-Валь, Е.Д. Табачникова, Т.В. Григорова, 2 ряд: В.П. Солдатов, А.Р. Смирнов, В.Д. Нацик, Н.В. Исаев, С.Н. Смирнов, А.В. Подольский, В.В. Пустовалов, В.З. Бенгус,Ю.Г. Казаров, В.В. Шляхов, В.А. Москаленко, С.В. Лубенец, С.Э. Шумилин.

50-летие отдела физики реальных кристаллов (2011 г.). 1 ряд: Ю. Казаров, В. Пустовалов, Л. Фоменко, Ю. Семеренко, П. Забродин, Г. Кириченко; 2 ряд: Е. Ватажук, Е. Табачникова, В. Солдатов, И. Брауде, В. Москаленко, Л. Скибина, А. Русакова, А. Смирнов; 3 ряд: В. Бенгус, Т. Григорова, В. Фоменко, А. Подольский, Л. Паль-Валь, С. Шумилин, С. Смирнов, Р. Смолянец, П. Паль-Валь, В. Нацик, Н. Исаев.

Экспериментальное оборудование

• Установки для изучения активной пластической деформации и ползучести до температур 0,45 К с криостатом на жидком He3 с адсорбционной откачкой (по своим параметрам установки не имеют мировых аналогов).

• Деформационные машины для механических испытаний методами активной деформации и ползучести в интервале температур 1.4 – 600 К. Все установки оснащены высокочувствительными сенсорами и интерфейсными модулями, которые обеспечивают передачу данных на персональные ЭВМ.

• Низкотемпературный микротвердометр для измерения микротвердости в интервале температур 77 – 400 К.

• Компьютеризированные установки для комплексного изучения акустических, резистивных и магнитных свойств твердых тел в интервале температур 1.4 – 340 К, частот колебаний 500 Гц – 187.5 МГц и амплитуд ультразвуковых деформаций 1·10-9 - 5·10-4. Все измерения могут проводиться в магнитном поле до 10 кЭ.

• Компьютеризированная рентгеновская установка ДРОН-2 с низкотемпературным блоком и усовершенствованной системой получения и обработки информации в интервале температур 77 – 600 К.

• Электронный микроскоп ЭМ-200.

• Оптические металломикроскопы МИМ-7, МИМ-8.

• Лабораторный криопрокатный стан.

• Для выполнения задач, требующих значительного объема математических вычислений (компьютерное моделирование), используются персональные компьютеры и вычислительные ресурсы Grid-кластера ФТИНТ НАН Украины.

Достижения

Основные результаты

• Открыто влияние сверхпроводящего (NS) перехода на пластическое течение и амплитудно-зависимое внутреннее трение (ВТ) металлов. Показано, что эти эффекты связаны с изменением электронного торможения дислокаций. Разработана теория электронного торможения дислокаций.

• В области 4.2-30 К обнаружены аномалии температурных зависимостей предела текучести и нелинейного внутреннего трения. Показано, что эти аномалии обусловлены проявлением инерционных эффектов ввиду перехода дислокаций в незадемпфированное состояние.

• Зарегистрировано ослабление влияния температуры на пластичность кристаллов при Т < 20 К из-за квантового преодоления дислокациями примесных центров и рельефа Пайерлса. Предложено теоретическое описание квантовой пластичности кристаллов.

• В сплавах индий-свинец обнаружена и изучена низкотемпературная сверхупругость, обусловленная псевдодвойникованием.

• Установлены основные закономерности низкотемпературной скачкообразной деформации металлов и установлено влияние на нее NS-перехода.

• Обнаружены низкотемпературные аномалии микротвердости фуллерита С60 и установлена их связь с ориентационной релаксацией молекул С60. Разработана теория ориентационной релаксации и ее влияния на термодинамические, акустические и пластические свойства фуллерита С60.

• Установлена связь пиков внутреннего трения в Nb и CsI в области гелиевых температур с движением дислокационных кинков в рельефе Пайерлса 2 рода. В Nb впервые зарегистрировано аномальное снижение подвижности кинков с уменьшением электронной вязкости при NS-переходе.

• На поверхности низкотемпературного сдвигового разрушения металлических стекол зарегистрирован локальный адиабатический разогрев, достигающий температуры плавления стекол (в том числе, при температурах ниже 1 К).

• Обнаружены аномалии механических свойств металлических стекол стехиометрических составов и установлена их связь с атомной структурой межкластерных границ. Обнаружена корреляция механических свойств и структуры межкластерных границ при вариации состава стекол.

• Предложена оригинальная технология изготовления объемных нанокристаллических металлов (Tі, Zr и Hf) криомеханическим методом, основанная на результатах исследования процессов механического двойникования ГПУ металлов при низких температурах.

• Методами акустической спектроскопии впервые экспериментально зарегистрировано существование «фазы стекла» в наноструктурных металлах Zr і Ti, полученных методами низкотемпературной интенсивной пластической деформации (ИПД).

• Выявлено гигантское (~ 50 %) изменение модуля Юнга в образцах наноструктурной меди после ИПД и при последующем отжиге, которое обусловлено значительными трансформациями кристаллографической текстуры образцов.

Премии, именные стипендии

• Государственная премия Украины в области науки и техники: С.В. Лубенец (в коллективе соавторов) за цикл научных работ "Квантовые эффекты и структурная самоорганизация в новых многофункциональных наноматериалах" (2011 г.).

• Стипендия им. К.Д. Синельникова для ведущих ученых Украины в области физики и астрономи: В.Д. Нацик (2011 г.), В.В. Пустовалов (2012 г.).

• Стипендия НАН Украины для молодых ученых: Семеренко Ю.А. (2005 г.).

• Почетный знак НАН Украины "За подготовку научной смены": В.Д. Нацик (2009 г.).

• Почетный знак НАН Украины "За профессиональные достижения": В.В. Пустовалов (2009 г.).

• Почетная грамота Президиума НАН Украины и ЦК профсоюза работников НАН Украины: В.З. Бенгус, В.А. Москаленко (2009 г.).

• Почетная грамота Харьковской областной госадминистрации: В.Д. Нацик (2009 г.), В.П. Солдатов, В.З. Бенгус, П.П. Паль-Валь (2010 г.).

• Премия «Интеллект Харькова» им. проф. В.И. Старцева Международного благотворительного фонда О. Фельдмана: В.З. Бенгус, В.П. Солдатов (2005 г.), В.Д. Нацик (2006 г.), С.В. Лубенец (2007 г.), И.С. Брауде (2008 г.), Ю.Г. Казаров (2009 г.).

Публикации

Монографии и обзоры

• Старцев В.И, Ильичев В.Я, Пустовалов В.В. Пластичность и прочность металлов и сплавов при низких температурах. - М: Металлургия. - 1975.

• Startsev V.I. Dislocations and strength of metals at very low temperatures // Dislocations in Solids, V. 6. - Amsterdam-New York-Oxford: North-Holland. - 1983.

• Пустовалов В. В. Влияние сверхпроводящего перехода на низкотемпературную скачкообразную деформацию металлов и сплавов (Обзор). ФНТ. - 26, № 6. - 515-535. - 2000.

• Пустовалов В.В. Скачкообразная деформация металлов и сплавов при низких температурах (Обзор). ФНТ.– 34, № 9. – 871-913. – 2008.

• Pustovalov V. Plasticity of metals and alloys. - New York: Nova Science Publishers, Inc. - 2009. - 131 p.

• Пустовалов В.В., Фоменко В.С. Пластическая деформация кристаллов при низких температурах. - Київ: Наукова думка. - 2011. - 354 с.

• Головин С.А., Паль-Валь П.П., Мозговой А.В. Современные проблемы механической спектроскопии. - Успехи физ. мет. - 14. - 259–273. - 2013.

• Москаленко В.А. Объемный нанокристаллический титан, полученный криомеханической фрагментацией зерна // В кн.: Наноразмерные системы: строение, свойства, технологии. Исследования в Украине / Коллективная монография под ред. А.Г. Наумовца. – К.: ВД «Академперіодика» НАН України. – 2014.