Физико-технический институт низких температур им. Б.И.Веркина НАН Украины  


Отдел тепловых свойств и структуры твердых тел и наносистем

Заведующий отделом: доктор физико-математических наук, профессор Александр Витольдович ДОЛБИН.

Отдел был реорганизован в 2018 году путем объединения отделов:
тепловых свойств молекулярных кристаллов;
структурных исследований твердых тел при низких температурах.

Отдел (лаборатория) тепловых свойств молекулярных кристаллов был создан в 1962 г. С момента создания отдела по 2007 год его возглавлял академик (c 1990 г.) Национальной академии  наук Украины   МАНЖЕЛИЙ Вадим Григорьевич (1933-2013).  С 2007 года  по 2016 отдел возглавлял доктор физико-математических наук Вячеслав Александрович Контстантинов.

Сотрудники отдела:

доктор физ.-мат. наук, член-корреспондент НАН Украины, профессор М.А. Стржемечный;

доктора наук: Багацкий М.И., Константинов В.А., Прохватилов А.И., Кривчиков А.И.;

кандидаты наук: Зиновьев П.В., Буравцева Л.М., Солодовник А.А., Пышкин О.С., Крайнюкова Н.В., Зорянский В.Н., Злоба Д.И., Гаврилко В.Г., Винников Н.А., Есельсон В.Б., Королюк О.А., Ревякин В.П., Романцова О.О., Саган В.В., Сумароков В.В., Карачевцева А.В., Баснукаева Р.М., Барабашко М.С., Хлыстюк М.В;

младшие научные сотрудники: Гальцов Н.Н., Горбатенко Ю.В., Мысько-Крутик Н.С., Мелешко В.В.

Основные направления научной деятельности отдела:

  • Тепловые свойства твердых тел и наноструктур (физика квантовых макроскопических явлений, квантовые и криокристаллы, низкотемпературная прецизионная дилатометрия; теплопроводность; теплоемкость и т.д.).

  • Структурные свойства наносистем, молекулярных кристаллов и гибридных материалов (физика кристаллического и аморфного состояний, физика фазовых превращений, структурные исследования новейших материалов и криокристаллов, кинетика насыщения газами наносистем, оптическая спектроскопия и т.д.).

Исследуемые свойства: теплоемкость, теплоты фазовых переходов, тепловое расширение, сжимаемость, изохорная и изобарная теплопроводность, диэлектрическая проницаемость, конверсия, квантовая диффузия (конфигурационная релаксация), сорбция и термостимулированная десорбция.
Исследования выполняются в интервале температур от 0.4 до 300 К и давлений до 8000 атм.

Экcпериментально-методические возможности отдела:

низкотемпературная дилатометрия для исследования теплового расширения твердых тел в интервале температур 1,5-300 К; низкотемпературная адиабатическая калориметрия для исследования теплоемкости и тепловых эффектов (0.4-300 К); экспериментальные методики для исследования изобарной теплопроводности и изохорной теплопроводности (2-300 К), методика исследования диэлектрической проницаемости; методика синтеза оксида графена; методика обработки наноструктур высокочастотным разрядом в газовой среде.

В отделе имеются: гелиевый криостат для рентгенографических исследований порошковых образцов с интервалом рабочих температур от 2 К до комнатной; гелиевый криостат для электронографических исследований с интервалом рабочих температур от 2 К до комнатной; установка для исследования спектрально-люминесцентных свойств объектов с малым квантовым выходом свечения в широком температурном интервале (10 -300 К ); установка для измерения интегральных и время-разрешенных спектров люминесценции и относительного квантового выхода свечения молекулярных кристаллов в интервале температур 1,6 -300 К.

Некоторые принципиальные результаты, полученные в отделе:

-

обнаружение квантовой диффузии в твердом дейтерии,

-

обнаружение сильного уменьшения переноса гелия сверхтекучей пленкой на поверхности твердого пара-водорода,

-

обнаружение стеклоподобного поведения слабых растворов криокристаллов,

-

обнаружение новых механизмов сильного влияния примесей на тепловые свойства кристаллов при низких температурах,

-

обнаружение отрицательного теплового расширения фуллерита С60 при гелиевых температурах, - обнаружение спин-ядерной конверсии дейтерометана в твердом растворе СD4-Kr при гелиевых температурах,

-

обнаружение существования и взаимного превращения различных ориентационных стекол в фуллерите С60, допированном газами,

-

обнаружение стеклоподобного поведения теплопроводности клатратных газогидратов в широком интервале температур (2- 200К);

-

обнаружение квантовой диффузии примесей He, H2, Ne в фуллерите С60 при низких температурах (Т < 80К);

-

впервые измерен коэффициент радиального теплового расширения нанотрубок и исследованы процессы пространственного перераспределения примесных частиц на поверхности и внутри жгутов нанотрубок.;

- впервые экспериментально исследована теплоемкость одномерных (1D) цепочек атомов полученных путем адсорбции газов в канавках связок углеродных нанотрубок;
  - получены приоритетные результаты по пластическим характеристикам многих криокристаллов, включая квантовый кристалл водорода и твердый азот;
- получено доказательство самопроизвольного фазового расслоения в осаждаемых твердых смесях водорода и дейтерия;
-  выполнены совместные структурные и люминесцентные исследования фуллерита, насыщенного газами, позволившие не только обнаружить сильный эффект смещения точки ориентационного стеклования Тg, но и объяснить природу резкого изменения интегральной интенсивности люминесценции при прохождении точки Тg ;
- выполнены рентгеновские и электронографические исследования структуры различных криосплавных систем, в т.ч. твердых смесей простейших молекулярных компонентов с инертными газами с целью изучения их как молекулярных стекол;
- объяснено аномальное (в 106 раз) ускорение конверсии в твердом водороде при очень высоких давлениях;

-

получены два полиморфа кристаллов пара-бромобензофенона и выполнено сравнительное исследование динамики триплетных экситонов в них.

Сотрудниками отдела опубликовано около 450 статей в реферируемых научных журналах.

Сотрудники отдела осуществляют постоянный обмен научной информацией и ведут совместные исследования с учеными из разных стран. В частности, активное научное сотрудничество существует со следующими научными центрами:

- Department of Experimental Physics, Umea University (Швеция),
- W. Trzebiatowski Institute of Low Temperature and Structure Research PAS, (Польша),
- Laboratoire des Colloїdes, Verres et Nanomateriaux Universite Montpellier II (Франция),
- Physics and Astronomy Department Michigan State University East Lansing, (США),
- Instituto de Carboquímica (Испания),
- Institut fur Experimentelle and Angewandte Physik, (Германия),
- Казахский национальный университет им. аль-Фараби, г. Алматы, (Казахстан),
- Институт физики твердого тела РАН (Россия),
- Институт теплофизики Уральского отделения РАН (Россия),
- Faculty of Science Osaka City University (Япония)

Сотрудники отдела являются соавторами 9 монографий:

  1. "Свойства твердого и жидкого водорода". Изд. стандартов, Москва, 1969, (изд. на английском языке, Jerusalem, Israel,1971)
  2. "Криокристаллы". Изд. "Наукова думка", Киев, 1983
  3. "Свойства конденсированных фаз водорода и кислорода". Изд. "Наукова думка", Киев, 1984
  4. "Handbook of properties of condensed phases of hydrogen and oxygen". Hemisphere Publishing Corp., 1991
  5. "The Physics of Cryocrystals" (eds. Yu. A. Freiman, V. G. Manzhelii, M. L. Klein, and A. A. Maradudin) AIP Press, New York, 1996
  6. V.G.Manzhelii, A.I.Prokhvatilov, I.Ya. Minchina, and L.D. Yantsevich. Handbook of Binary Solutions, Begell House Inc., New York - Wallinford (1996).
  7. "Handbook of Binary Solution of Cryocrystals". Begell House Inc. New York,1997
  8. V.G.Manzhelii,A.I.Prokhvatilov, V.G.Gavrilko, A.P.Isakina. Handbook of Structure and Thermodynamic Properties of Cryocrystals. Begell House Inc., New York (1997), Wallinford (UK).
  9. "Structure and thermodynamic properties of cryocrystals (handbook)" Begell House Inc., New York, 1999