Название:Микроскопические механизмы процессов в перовскитоподобных материалах с организованным беспорядком при внешних воздействиях
Грантодатель:Гранты РНФ
Область знаний:02 - Физика и науки о космосе, 02-205 - Сегнетоэлектрики, диэлектрики, жидкие кристаллы
Ключевые слова:сегнетоэлектрики, релаксоры, антисегнетоэлектрики, рассеяние рентгеновского (синхротронного) излучения, фазовые переходы, диэлектрическая спектроскопия
Тип:исследовательский
Руководитель(и):Вахрушев,СБ
Подразделения:
Код проекта:22-12-00328

Основной задачей проекта является создание фундаментальной основы для разработки новых функциональных диэлектрических материалов на основе антисегнетоэлектриков, релаксоров и твердых растворов этих материалов с нормальными сегнетоэлектриками. В том числе особое внимание будет уделено: (а) разработке подходов для получения регулярных нанодоменных структур и упорядоченных систем полярных доменных стенок и управления ими, что является основой для создания устройств хранения информации сверхвысокой плотности; (б) разработке принципов создания сред для быстрых устройств хранения энергии на основе твердых растворов антисегнетоэлектрик/сегнетоэлектрик (АСЭ/СЭ); (в) большое внимание в последние годы уделяется разработке сред для электрокалорических устройств. В представленном проекте будут изучены тепловые эффекты при фазовых переходах, в частности в твердых растворах антисегнетоэлектрик/сегнетоэлектрик, в которых приложение относительно небольших полей приводит к смещению температуры перехода в АСЭ фазу на десятки градусов. В рамках данного проекта при помощи разработанных экспериментальных подходов будут исследованы микроскопические механизмы, лежащие в основе функционирования материалов, перспективных в качестве сред для записи информации, микро- и нано-актюаторов и пьезо-устройств, устройств хранения энергии конденсаторного типа. Рассматриваемые в проекте материалы можно отнести к материалам с "организованным беспорядком" на нанометровых масштабах. Это справедливо и для чистых антисегнетоэлектриков, поскольку в них реализуется система полярных антифазных доменных стенок, которые можно рассматривать как основу для создания сред записи информации с высокой плотностью. Необходимым предусловием для создания новых материалов является понимание микроскопической природы отклика на внешние воздействия. Такая информация может быть получена из экспериментов в реальном времени, синхронизированных с внешними воздействиями. Предлагаемый проект предусматривает разработку и совершенствование методов исследования на различных пространственных и временных масштабах. Сюда входят дифракционные методики, совместное исследование диэлектрических спектров и пьезоотклика на наномасштабах.

Актуальность задачи

Одним из направлений научно технического развития РФ является переход к новым материалам. В частности, в последние годы все больше внимание уделяется антисегнетоэлектрикам (АСЭ) и релаксорам (Р), допированным нормальными сегнетоэлектриками (СЭ). Такие материалы, в которых реализуется АСЭ, СЭ, Р и переходные состояния являют собой яркий пример того, что материал может быть еще и устройством, функциями которого можно управлять, управляя беспорядком - отклонениями от средней структуры на разных пространственных и временных шкалах. Целенаправленная разработка таких материалов может быть реализована только на основании детального изучения их свойств. При этом парадигма состав-структура-свойства оказывается недостаточной. Крайне важным является исследование процессов, происходящих в материалах при приложении внешних воздействий, т.е. в экспериментах в режимах in-situ и operando. Таким образом, настоящий проект, направленный на исследование иерархической структуры и динамики перспективных материалов на пространственных масштабах от долей нанометров до десятков микрон и на временных масштабах от пикосекунд до десятков часов в условиях аналогичных условиям их практического применения является актуальным.

Новизна

Несмотря на большое число опубликованных в последние годы работ, практически отсутствует информация о (1) влиянии электрических полей на кристаллическую структуру рассматриваемых объектов; (2) о кинетике индуцированных полем переходов; (3) о влиянии упругих напряжений на структуру и фазовые переходы. Недостаточна информация о критической динамике допированных АСЭ и Р материалов и предпереходных процессах в них. Отличительной особенностью проекта, является комплексность предлагаемых исследований, включающая одновременное исследование микроскопической и мезоскопической структуры, атомной и макроскопической динамики. Будут проводится «многофакторные» эксперименты, в которых будут одновременно контролироваться несколько параметров (температура, электрическое поле, одноосное растяжение/сжатие) и измеряться несколько величин (диэлектрические спектры, деформация, пироэффект). Такой подход является новым.