Комплексные исследования взаимосвязи структуры и физических свойств

Научно-педагогическая школа кафедры сформировалась в 50-е годы, после прихода на ее заведование профессора, а впоследствии члена-корреспондента РАН и лауреата Государственной премии СССР П.В. Гельда. Ученик и соратник другого выдающегося ученого нашего университета, профессора О.А. Есина, он пришел на кафедру, будучи автором известных научному миру трудов, посвященных физико-химическим основам металлургических процессов. Это материаловедческое направление вместе с тем заделом по научной работе, который был на кафедре, и породило оригинальные физические задачи, которые кафедра продолжает успешно развивать в настоящее время.

 Работа по развитию представлений об электронной структуре, атомном и магнитном упорядочении сплавов и соединений переходных металлов с элементами III и IV групп периодической системы, а также по созданию на этой основе новых резистивных и контактных материалов проводится под руководством проф. А.А. Повзнера.   Проведенные комплексные исследования магнитных и теплофизических свойств силицидов железа, кобальта и марганца позволили существенно уточнить представления об их зонной структуре и, в частности сделать вывод о важной роли в рассматриваемом классе веществ расщепления электронных термов во флуктуирующих внутренних сверхсильных магнитных полях. Разработанные теоретические положения нашли подтверждение при экспериментальных исследованиях проводимостей и намагниченностей силицидов железа в сверхсильных магнитных полях, проведенных совместно с Российским Федеральным Ядерным Центром - ВНИИЭФ в рамках международной программы "Капица", и в настоящее время используются для разработки новых материалов электронной техники. 

На сегодняшний день основным направлением на кафедре является исследование  электронных, магнитных и тепловых свойств d, f-металлов, сплавов и наноструктур на их основе с целью разработки физических основ нового поколения элементной базы микроэлектроники, новых технологий и функциональных материалов для атомной металлургической промышленности. 

Научно-исследовательская работа заключается в установлении фундаментальных взаимосвязей структуры и физических свойств данной группы материалов, разработка физических основ создания новых функциональных материалов и спинтронных устройств.

Изучается влияние атомной структуры, температуры, внешних полей на электронную и магнитную структуру, решеточные, электронные, магнитные свойства; фазовых переходов и аномалий физических свойств объемных и наноструктурированных материалов; проводится экспериментальное исследование и теоретический анализ решеточных, электронных, магнитных и тепловых свойств исследуемых систем, а также определение атомной, магнитной и электронной структуры, их взаимосвязи со служебными характеристиками. 

Члены коллектива имеют большой опыт теоретического и экспериментального исследования переходных и редкоземельных металлов и материалов на основе их соединений, первопринципных  расчетов электронной структуры переходных металлов и их соединений, модельных расчетов электронных свойств сильно-коррелированных систем в парамагнитном и ферримагнитном состояниях, термодинамическому моделированию и расчету температурных зависимостей теплофизических и упругих свойств нормальных металлов и диэлектриков,  моделированию неравновесных фазовых переходов в полупроводниках, о чем свидетельствуют публикации в ведущих российских и зарубежных журналах. 

Имеется экспериментальная база для исследования атомной структуры, магнитных и теплофизических измерений в широком диапазоне температур, включая их твердое и жидкое состояние. Ранее полученные результаты изучения структуры и теплофизических свойств использовались при разработке и внедрению промышленных технологий.

Особо важное место в научной деятельности кафедры начинают занимать исследования по физике трансурановых элементов и материалов на их основе. Эти материалы, с одной стороны, представляют большую практическую значимость и, с другой стороны, являются недостаточно исследованными, что обусловлено трудностями, возникающими при их экспериментальном и теоретическом изучении. На кафедре физики ведутся теоретические исследования электронной структуры и магнитных свойств актинидов с привлечением авторских методик, объединяющих расчеты из первых принципов (в рамках DFT – теории функционала плотности) с модельными представлениями о сильно-коррелированной природе актинидных металлов. Также в рамках разработанной на кафедре физики самосогласованной термодинамической модели, позволяющей корректно рассматривать эффекты, связанные с ангармоничностью решеточной подсистемы актинидов, проводится термодинамическое моделирование температурных зависимостей теплофизических и упругих свойств трансурановых металлов и сплавов на их основе. Проводимые исследования позволяют получить новые данные по физическим свойствам актинидов, которые не были измерены экспериментально, объяснить природу возникновения их аномальных свойств и выяснить характер влияния на эти свойства радиационных дефектов. 

Получаемые научные результаты дополняют теоретические и экспериментальные исследования, проводимые институтами РАН, Лос-Аламосской национальной лаборатории США и других научных центров. 

Публикации

Ежегодно сотрудниками кафедры издается более 50 научных статей, учебных и учебно-методических пособий, полный список можно посмотреть на научно-исследовательском портале УрФУ 

Ниже приведен список научных статей за последние 2 года:

1. Povzner, A. A. & Volkov, A. G. Temperature and pressure induced electronic topological transitions in titanium / Solid State Communications. – 2022, – 342, P. 114639

2. Filanovich, A. N. & Povzner, A. A. Anharmonicity of the lattice properties of strongly correlated ferromagnet UGe2 / Physica B: Condensed Matter. 2021 601, 412530.

3. Povzner, A. A., Volkov, A. G., Nogovitsyna, T. A. & Bessonov, S. A. Fluctuation-Induced Phase Transitions and Skyrmions in Strongly Correlated Fe1 –xCoxSi with a Disturbed Crystal B20-Type Structure / 2021 /  Physics of the Solid State. 63, 3, стр. 377-385.

4. Povzner, A. A., Volkov, A. G. & Lukoyanov, A. V.  Induced by the pressure and the spin fluctuations the phase transitions in chiral itinerant ferromagnetics (for example MnSi) / 2021 /Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 539, 5 стр., 168282.

5. Filanovich, A. N. & Povzner, A. A. Model Description of Phonon Spectrum of Solids: A Machine Learning Approach / 2021 / Metallurgical and Materials Transactions A: Physical Metallurgy and Materials Science. 52, 9, стр. 4290-4298 

6. Povzner, A., Volkov, A., Nogovitsyna, T. & Bessonov, S. Phase transitions induced by concentration and thermodynamic magnetic fluctuations in chiral ferromagnets Fe1-xCoxSi / 2021 / AIP Advances. 11, 1, 5 стр., 015024.

7. Filanovich, A. & Povzner, A. Virtual Laboratories in Physics Education / 2021 / Physics Teacher. 59, 8, стр. 582-584

8. Филанович, А. Н., Лысогорский, Ю. В. & Повзнер, А. А. Атомистическое моделирование решеточных свойств SNSE /  2021 /  Физика и техника полупроводников. 55, 12, стр. 1149-1155.

9. Povzner, A. A., Volkov, A. G. & Nuretdinov, T. M. Concentration Fluctuations in FexMn1 – xSi Chiral Ferromagnets in an External Magnetic Field // 2020 // Physics of the Solid State. 62, 5, стр. 873-879.

10. Povzner, A. A., Volkov, A. G. & Nuretdinov, T. M. Electronic structure and phase transitions induced by magnetic field and spin fluctuations in MnSi // 2020 // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 507, 7 стр., 166826.

11. Lobanov, M. L., Zorina, M. A., Reznik, P. L., Pastukhov, V. I., Redikultsev, A. A. & Danilov, S. V. Specific features of crystallographic texture formation in BCC-FCC transformation in extruded brass / 2021 / Journal of Alloys and Compounds. 882, 10 стр., 160231.

12. Повзнер, А. А. & Волков, А. Г.  Флуктуации электронной плотности и фазовый переход в α-титане // 2021 /  Физика твердого тела. 63, 10, стр. 1447-1450 

13. Antropov, N. O., Kravtsov, E. A., Makarova, M. V., Proglyado, V. V., Keller, T., Subbotin, I. A., Pashaev, E. M., Prutskov, G. V., Vasiliev, A. L., Chesnokov, Y. M., Bebenin, N. G., Milyaev, M. A., Ustinov, V. V., Keimer, B. & Khaydukov, Y. N. Tunable spin-flop transition in artificial ferrimagnets / 2021 / Physical Review B. 104, 5, 7 стр., 054414.