Напрями досліджень

• Експериментальне та теоретичне вивчення елементарних процесів пластичної деформації та руйнування широкого класу твердих тіл в зоні низьких (1,4 - 300 К) і наднизьких (0,4 - 1,4 К) температур. Термічно активована і квантова пластичність.

• Вивчення впливу надпровідного переходу на пластичність, пружні і непружні властивості металів і сплавів.

• Дослідження низькотемпературної стрибкоподібної деформації металів і сплавів.

• Акустична спектроскопія елементарних процесів непружної деформації металів і сплавів зі складною морфологією.

• Встановлення механізмів пластичності і руйнування металевих стекол, наноструктурних матеріалів, нанокомпозитів, високоентропійних сплавів.

• Вивчення фізико-механічних властивостей фулеритів і вуглецевих композиційних матеріалів на основі епоксидної смоли.

• Теоретичне вивчення динаміки дефектів кристалічної структури і їх взаємодії з квазічастинками.

На початок

З історії відділу

Відділ був створений в 1961 році проф. В.І. Старцевим при активній підтримці директора інституту проф. Б.І. Вєркіна для дослідження дислокаційних механізмів низькотемпературної пластичної деформації твердих тіл, вивчення властивостей індивідуальних дислокацій і встановлення зв'язку низькотемпературних механічних властивостей твердих тіл з властивостями структурних дефектів.

З моменту створення до 1984 р відділ очолював проф. В.І. Старцев, у 1984 - 2004 р.р. відділом керував проф. В.Д. Нацик, а з 2004 р відділ очолює д.ф.-м.н. П.П. Паль-Валь.

Фізична ідеологія експериментальних і теоретичних досліджень закономірностей і механізмів пластичності, руйнування і внутрішнього тертя широкої сукупності твердих тіл ґрунтувалася на уявленні про те, що непружна деформація кристалів в умовах низьких і наднизьких температур ускладнюється впливом на рух дислокацій специфічних низькотемпературних явищ: надпровідного переходу в металах, зменшення інтенсивності теплових флуктуацій і зростання ролі квантових ефектів (нульових коливань, квантового тунелювання) в локальних перебудовах структури ґратки, низькотемпературних аномалій кінетичних властивостей квазичастинок і т. д. Вивчення даної проблеми почалося зі створення низки сучасних експериментальних низькотемпературних установок і приставок до стандартних приладів, а також розробки високочутливих методів вимірювання механічних характеристик матеріалів. У перші роки зусилля були зосереджені на вивченні механічних характеристик досконалих монокристалічних зразків. Надалі в сферу інтересів фундаментальної фізики пластичності і міцності увійшла низка нових типів твердих тіл з ускладненою атомною структурою і унікальними фізико-механічними властивостями: металеве скло, наноструктурні матеріали, металооксидні високотемпературні надпровідники (ВТНП), фулерит, високоентропійні сплави і т.д. Для вичерпної фізичної інтерпретації результатів експериментів виникла необхідність розробки в межах дислокаційних уявлень нових мікроскопічних моделей пластичного зсуву.

У відділі фізики реальних кристалів ФТІНТ НАН України підготовлено збірку матеріалів «Физика и лирика реальних кристаллов» в двох томах, присвячених історії відділу з дня його заснування. У збірнику вміщено спогади про першого керівника відділу, Заслуженого діяча науки і техніки УРСР професора В.І. Старцева, літопис відділу фізики реальних кристалів, інформація про конференції і зимові школи, що були організовані в різні роки відділом, і інші матеріали. Збірник ілюстровано великою кількістю унікальних фотографій.

На початок

Наукові співробітники

Паль-Валь Павло Павлович, д.ф.-м.н., зав. відділу
Нацик Василь Дмитрович, д.ф.-м.н., проф., гол. наук. співр.
Фоменко Лариса Степанівна, д.ф.-м.н., пров. наук. співр.
Брауде Ірина Семенівна, к.ф.-м.н., ст. наук. співр.
Лубенець Серж Вікторович, к.ф.-м.н., ст. наук. співр.
Москаленко Владислав Андрійович, к.ф.-м.н., ст. наук. співр.
Смірнов Сергій Миколайович , к.ф.-м.н., ст. наук. співр.
Табачнікова Олена Дмитрівна, к.ф.-м.н., ст. наук. співр.
Шyмілін Сергій Едуардович, к.ф.-м.н., ст. наук. співр.
Григорова Тетяна Вікторівна, к.ф.-м.н., ст. наук. співр.
Семеренко Юрій Олександрович, к.ф.-м.н., ст. наук. співр.
Русакова Ганна Вікторівна, к.ф.-м.н., ст. наук. співр.
Смірнов Алєксандр Ремович, к.ф.-м.н., наук. співр.
Забродін Павло Андрійович, к.ф.-м.н., наук. співр.
Ватажук Олена Миколаївна, к.ф.-м.н., наук. співр.
Смолянець Руслан Володимирович, к.ф.-м.н., наук. співр.
Гейдаров Вусал Гейдар огли, к.ф.-м.н., наук. співр.
Погрібна Юлія Михайлівна, к.ф.-м.н., мол. наук. співр.
Шаповалов Юрій Олексійович, мол. наук. співр.

Провідні співробітники і ветерани відділу фізики реальних кристалів в семінарській аудиторії (2006 г.). 1 ряд (зліва направо): П.П. Паль-Валь, Л.В. Скібіна, І.С. Брауде, В.С. Фоменко, Л.Н. Паль-Валь, О.Д. Табачнікова, Т.В. Григорова, 2 ряд: В.П. Солдатов, А.Р. Смирнов, В.Д. Нацик, М.В. Ісаєв, С.М. Смірнов, А.В. Подольський, В.В. Пустовалов, В.З. Бенгус, Ю.Г. Казаров, В.В. Шляхов, В.А. Москаленко, С.В. Лубенець, С. Е. Шумілін.

50-річчя відділу фізики реальних кристалів (2011 р). 1 ряд: Ю. Казаров, В. Пустовалов, Л. Фоменко, Ю. Семеренко, П. Забродін, Г. Кириченко; 2 ряд: О. Ватажук, О. Табачнікова, В. Солдатов, І. Брауде, В. Москаленко, Л. Скібіна, А. Русакова, А. Смирнов; 3 ряд: В. Бенгус, Т. Григорова, В. Фоменко, А. Подольський, Л. Паль-Валь, С. Шумілін, С. Смірнов, Р. Смолянець, П. Паль-Валь, В. Нацик, М. Ісаєв.

На початок

Експериментальне обладнання

• Установки для вивчення активної пластичної деформації і повзучості до температур 0,45 К з криостатом для рідкого He3 з адсорбційним відкачуванням (за своїми параметрами установки не мають світових аналогів).

• Деформаційні машини для механічних випробувань методами активної деформації і повзучості в інтервалі температур 1,4 - 600 К. Всі установки оснащені високочутливими сенсорами і інтерфейсними модулями, які забезпечують передачу даних на персональні ЕОМ.

• Низькотемпературний мікротвердометр для вимірювання мікротвердості в інтервалі температур 77 - 400 К.

• Комп'ютеризовані установки для комплексного вивчення акустичних, резистивних і магнітних властивостей твердих тіл в інтервалі температур 1,4 - 340 К, частот коливань 500 Гц - 187,5 МГц і амплітуд ультразвукових деформацій 1 · 10-9 - 5 · 10-4. Всі вимірювання можуть проводитися в магнітному полі до 10 кЕ.

• Комп'ютеризована рентгенівська установка ДРОН-2 з низькотемпературним блоком і вдосконаленою системою отримання і обробки інформації в інтервалі температур 77 - 600 К.

• Електронний мікроскоп ЕМ-200.

• Оптичні металомікроскопи МІМ-7, МІМ-8.

• Лабораторний кріопрокатний стан.

• Для виконання завдань, що вимагають значного обсягу математичних обчислень (комп'ютерне моделювання), використовуються персональні комп'ютери і обчислювальні ресурси Grid-кластера ФТІНТ НАН України.

На початок

Досягнення

Основні результати

• Відкрито вплив надпровідного (NS) переходу на пластичну деформацію і амплітудно-залежне внутрішнє тертя (ВТ) металів. Показано, що ці ефекти пов'язані зі зміною електронного гальмування дислокацій. Розроблено теорію електронного гальмування дислокацій.

• В зоні 4,2-30 К виявлені аномалії температурних залежностей межі плинності і нелінійного внутрішнього тертя. Показано, що ці аномалії обумовлені проявом інерційних ефектів через перехід дислокацій в незадемпфований стан.

• Зареєстровано квантову пластичність кристалів при Т < 20 К, ознакою якої є суттєве послаблення впливу температури на границю текучості. Запропоновано теоретичний опис цього ефекту як наслідку тунельного руху дислокацій через домішкові дефекти і бар’єри рельєфу Пайєрлса.

• У сплавах індій-свинець виявлена ​​і вивчена низькотемпературна надпружність, обумовлена ​​псевдодвіникуванням.

• Встановлено основні закономірності низькотемпературної стрибкоподібної деформації металів і встановлено вплив на неї NS-переходу.

• Виявлено низькотемпературні аномалії мікротвердості фулерита С60 і встановлено ​​їх зв'язок з орієнтаційною релаксацією молекул С60. Розроблено теорію орієнтаційної релаксації і її впливу на термодинамічні, акустичні і пластичні властивості фулериту С60.

• Встановлено зв'язок піків внутрішнього тертя в Nb і CsI в зоні гелієвих температур з рухом дислокаційних кінків в рельєфі Пайерлса 2 роду. В Nb вперше зареєстровано аномальне зниження рухливості кінків зі зменшенням електронної в'язкості при NS-переході.

• На поверхні низькотемпературного руйнування зсувом у металевому склі зареєстрований локальний адіабатичний розігрів, що досягає температури плавлення скла (в тому числі, при температурах нижче 1 К).

• Виявлено аномалії механічних властивостей металевого скла стехіометричного складу та встановлено ​​їх зв'язок з атомною структурою міжкластерних границь. Виявлена ​​кореляція механічних властивостей і структури міжкластерних границь при варіації складу скла.

• Запропоновано оригінальну технологію виготовлення об'ємних нанокристалічних металів (Tі, Zr і Hf) кріомеханічним методом, заснованої на результатах дослідження процесів механічного двійникування ГЩП металів при низьких температурах.

• Методами акустичної спектроскопії вперше експериментально зареєстровано існування «фази скла» в наноструктурних металах Zr и Ti, отриманих методами низькотемпературної інтенсивної пластичної деформації (ІПД).

• Виявлено гігантську (~ 50%) зміну модуля Юнга в зразках наноструктурної міді після ІПД і при подальшому відпалі, яке обумовлене значними трансформаціями кристаллографичної текстури зразків.

На початок

Почесні відзнаки

• Державна премія України в галузі науки і техніки: С.В. Лубенець (в колективі співавторів) за цикл наукових праць "Квантові ефекти і структурна самоорганізація в нових багатофункціональних наноматеріалах" (2011 р.).

• Стипендія ім. К.Д. Синельникова для провідних вчених України в галузі фізики і астрономії: В.Д. Нацик (2011 р), В.В. Пустовалов (2012 р).

• Стипендія НАН України для молодих учених: Семеренко Ю.А. (2005 р.), Русакова Г.В. (2015 р.).

• Почесний знак НАН України "За підготовку наукової зміни": В.Д. Нацик (2009 р.).

• Почесний знак НАН України "За професійні досягнення": В.В. Пустовалов (2009 р.).

• Почесна грамота Президії НАН України і ЦК профспілки працівників НАН України: В.З. Бенгус, В.А. Москаленко (2009 р.), О.М. Ватажук (2018 р.).

• Ювілейна почесна грамота Президії НАН України: П.П. Паль-Валь, В.А. Москаленко, О.М. Ватажук (2018 р.).

• Почесна грамота Харківської обласної держадміністрації: В.Д. Нацик (2009 г.), В.П. Солдатов, В.З. Бенгус, П.П. Паль-Валь (2010 р).

• Премія «Інтелект Харкова» ім. проф. В.І. Старцева Міжнародного благодійного фонду О. Фельдмана: В.З. Бенгус, В.П. Солдатов (2005 р.), В.Д. Нацик (2006 р.), С.В. Лубенець (2007 р.), І.С. Брауде (2008 р.), Ю.Г. Казаров (2009 р.).

• Почесна грамота Президії НАН України "До 80-річчя Національної академії наук України": В.Д. Нацик (1998 г.).

• Пам'ятна відзнака Національної академії наук України "На честь 100-річчя Національної академії наук України": В.Д. Нацик (2018 р.).

• Національна преміям імені Бориса Патона: О. Д. Табачнікова (у колективі співавторів) за наукову працю "Нові структурні та функціональні багатокомпонентні високоентропійні матеріали" (2021 р.).

• Почесна премія Відділення фізики і астрономії НАН України ім. Івана Пулюя за цикл праць «Встановлення механізму утворення об'ємного нанокристалічного титану та отримання його зразків» (2022 р.).

На початок

Найбільш вагомі публікації

• Каганов М.И., Кравченко В.Я., Нацик В.Д. Электронное торможение дислокаций в кристаллах // Успехи физических наук. - 111(12). - 655-682. - 1973

• 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.

• Lubenets S.V., Startsev V.I., and Fomenko L.S. Dynamics of twinning in metals and alloys (review) // Phys. Stat. Sol. (a), 1985, V. 92, No. 1, P. 11-55.

• Лубенец С.В., Нацик В.Д., Фоменко Л.С. Модуди упругости и низкотемпературные аномалии акустических свойств высокотемпературных сверхпроводников (обзор) // ФНТ, 1995, Т. 21, № 5, С. 475-491.

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

• Лубенец С.В., Нацик В.Д., Фоменко Л.С. Пластичность и прочность металлоксидных высокотемпературных сверхпроводников (обзор) // ФНТ, 2004, Т. 30, № 5, С. 467-508.

• 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.

• Лубенец С.В., Фоменко Л.С., Нацик В.Д., Русакова А.В. Низкотемпературные механические свойства фуллеритов: структура, упругость, пластичность, прочность (Обзор) // ФНТ, 2019, Т. 45, № 1, С 3-45. • Podolskiy A.V., Shapovalov Y.O., Tabachnikova E.D.,Tortika A.S., Tikhonovsky M.A.,et al. Anomalous Evolution of Strength and Microstructure of High-Entropy Alloy CoCrFeNiMn after High-Pressure Torsion at 300 and 77 K. // Advanced Engineering Materials. – 2020. –V. 22. – P. 1900752 (1-8).

• Pal-Val P. P., Rybalko A. P., Pal-Val L. N., Vatazhuk E. N. Analysis of data on the evolution of the dislocation structure of nanostructured zirconium obtained by the low-temperature acoustic technique // Newest Updates in Physical Science Research, Vol. 1: in Book Publisher Int., United Kingdom, London. – 2021. – 21 p.

• Moon J., Tabachnikova E., Shumilin S., Hryhorova T., Estrin Yu et al. Unravelling the discontinuous plastic flow of a Co-Cr-Fe-Ni-Mo multi-principal element alloy at deep cryogenic temperatures. // Physical Review Materials. – 2021. – V. 5, N 8. – P. 083601.

• Pal-Val P., Vatazhuk O., Ostapovets A., Kral L.,Pinc J. Thermoactivated dislocation motion in rolled and extruded magnesium: data of the low-temperature acoustic experiment. // Metals. – 2021 – V. 11, N 10. – P. 1647 (1-13).

• Rusakova H.V., Fomenko L.S., Smirnov S.N., Podolskiy A.V., Shapovalov Y.O., Tabachnikova E.D., Tikhonovsky M.A., Levenets A.V., Zehetbauer M.J., Schafler E. Low temperature micromechanical properties of nanocrystalline CoCrFeNiMn high entropy alloy. // Materials Science and Engineering. A. – 2021. – V.828, N 11. P. 142116.

• Tabachnikova E.D., Hryhorova T.V., Smirnov S.N., Kolodiy I.V., Shapovalov Yu.O., Levenets A.V., Shumilin S.E., Kashuba I.V., Tikhonovsky M.A., Spieckermann F., Zehetbauer M.J., Schafler E., Huang Yi , Langdon T.G. Cryo-Severe Plastic Deformation, Microstructures and Properties of Metallic Nanomaterials at Low Temperatures. // Materials Transactions. – 2023. – V.64, N(8. – P. 1806-1819.

• Hryhorova T., Isaev N., Shumilin S., Zabrodin P., Drozdenko D., Fekete K., Davydenko O. Low temperature plasticity of microcrystalline Al–Li alloy. – Materials Science and Engineering A. – 2023.– V. 864, N 2. – P. 44586 (1-9).

• Semerenko Y.O., Natsik V.D., Tabachnikova E.D., Huang Y., Langdon T.G. Mechanisms of Low-Temperature Dislocation Motion in High-Entropy Al0.5CoCrCuFeNi Alloy. – Metals.– 2024.– V. 14, N 7. P. 778 (1-20).

• Tabachnikova E.D., Smirnov S.N., Shapovalov Y.O., Kolodiy I.V., Levenets A.V., Tikhonovsky M.A., Zehetbauer M.J., Rentenberger C., Schafler E., Huang Y.,Langdon T.G. Effect of V Content on the Microstructure and Mechanical Properties of High-Pressure Torsion Nanostructured CoCrFeMnNiVx High-Entropy Alloys.. // Advanced Engineering Materials.– 2024. – V. 26, N 19.– P. 2400692 (1–12).



На початок