Відділ теплових властивостей і структури твердих тіл та наносистем

Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна Національної академії наук України

Відділ теплових властивостей і структури твердих тіл та наносистем

Завідувач відділом: доктор фізико-математичних наук, професор Олександр Вітольдович ДОЛБИН.
Відділ був реорганізований в 2018 році шляхом об'єднання відділів:
теплових властивостей молекулярних кристалів;
структурних досліджень твердих тіл при низьких температурах.

Відділ (лабораторія) теплових властивостей молекулярних кристалів був створений в 1962 р. З моменту створення відділу по 2007 рік його очолював академік (з 1990 р.) Національної академії наук України Манжелій Вадим Григорійович (1933 — 2013). З 2007 року по 2016 відділ очолював доктор фізико-математичних наук В'ячеслав Олександрович Контстантинов.
Співробітники відділу:
Долбин О.В. завідуючий відділом , доктор фіз.-мат. наук, професор

Багацький М.І. - провідний науковий співробітник, доктор фіз.-мат. наук

Баснукаєва Р.М. – старший науковий співробітник, кандидат фіз.-мат. наук

Барабашко М.С. – старший науковий співробітник, кандидат фіз.-мат. наук

Буравцева Л.М. – старший науковий співробітник, кандидат фіз.-мат. наук

Вінніков М.А. – старший науковий співробітник, кандидат фіз.-мат. наук

Гаврилко В.Г. – старший науковий співробітник, кандидат фіз.-мат. наук

Горбатенко Ю.В. – науковий співробітник, кандидат фіз.-мат. наук

Гальцов М.М. – молодший науковий співробітник

Гамалій В.О. – аспірант

Гурова Д.Е. – аспірант

Дьяченко Д.Г. – аспірант

Зінов’єв П.В. – старший науковий співробітник, кандидат фіз.-мат. наук

Зорянський В.Н. – науковий співробітник, кандидат фіз.-мат. наук

Єсельсон В.Б. – старший науковий співробітник, кандидат фіз.-мат. наук

Константинов В.О. – головний науковий співробітник, доктор фіз.-мат. наук

Кривчіков О.І. – провідний науковий співробітник, доктор фіз.-мат. наук, профессор

Крайнюкова Н.В. – старший науковий співробітник, кандидат фіз.-мат. наук

Королюк О.О. – старший науковий співробітник, кандидат фіз.-мат. наук

Карачевцева А.В. –науковий співробітник, кандидат фіз.-мат. наук

Кабаненко М.А. – аспірант

Романцова О.О. –науковий співробітник, кандидат фіз.-мат. наук

Солодовнік А.А. – старший науковий співробітник, кандидат фіз.-мат. наук

Саган В.В. – старший науковий співробітник, кандидат фіз.-мат. наук

Сумароков В.В. – старший науковий співробітник, кандидат фіз.-мат. наук

Чередніченко С.В.– аспірант

Основні напрями наукової діяльності відділу:

— теплові властивості твердих тіл і наноструктур (фізика квантових макроскопічних явищ, квантові і кріокристали, низькотемпературна прецизійна дилатометрія; теплопровідність; теплоємність тощо);

— структурні властивості наносистем, молекулярних кристалів і гібридних матеріалів (фізика кристалічного і аморфного станів, фізика фазових перетворень, структурні дослідження новітніх матеріалів і кріокристалів, кінетика насичення газами наносистем, оптична спектроскопія тощо).

Властивості, що досліджуються: теплоємність, теплоти фазових переходів, теплове розширення, стисливість, ізохорна і ізобарна теплопровідність, діелектрична проникність, конверсія, квантова дифузія (конфігураційна релаксація), сорбція і термостимульована десорбція.
Дослідження виконуються в інтервалі температур від 0.4 до 300 К і тисків до 8000 атм.

Екcпериментально-методичні можливості відділу:

низькотемпературна дилатометрія для дослідження теплового розширення твердих тіл в інтервалі температур 1,5–300 К;

низькотемпературна адіабатична калориметрія для дослідження теплоємності і теплових ефектів (0.4–300 К);

експериментальні методики для дослідження ізобарної теплопровідності і ізохорної теплопровідності (2–300 К);

методика дослідження діелектричної проникності;

методика синтезу оксиду графену;

методика обробки наноструктур високочастотним розрядом в газовому середовищі.

У відділі наявне наступне експериментальне обладнання:

гелієвий кріостат для рентгенографічних досліджень порошкових зразків з інтервалом робочих температур від 2 К до кімнатної;

гелієвий кріостат для електронографічних досліджень з інтервалом робочих температур від 2 К до кімнатної;

установка для дослідження спектрально-люмінесцентних властивостей об'єктів з малим квантовим виходом світіння в широкому температурному інтервалі (10 -300 К);

установка для вимірювання інтегральних спектрів люмінесценції та відносного квантового виходу світіння молекулярних кристалів в інтервалі температур 1,6 –300 К.

Деякі принципові результати, отримані у відділі:

— виявлення квантової дифузії в твердому дейтерії;

— виявлення сильного зменшення перенесення гелію надтекучою плівкою на поверхні твердого пара-водню;

— виявлення спін-ядерної конверсії дейтерометану в твердому розчині СD₄-Kr при гелієвих температурах;

— виявлення склоподібної поведінки слабких розчинів кріокристалів;

— виявлення нових механізмів сильного впливу домішок на теплові властивості кристалів при низьких температурах;

— виявлення від'ємного теплового розширення фулериту С₆₀ при гелієвих температурах;

— виявлення існування і взаємного перетворення різних орієнтаційних стекол в допійованому газами фулериті С₆₀;

— виявлення склоподібної поведінки теплопровідності клатратних газогідратів в широкому інтервалі температур (2 –200К);

— виявлення квантової дифузії домішок He, H₂, Ne в фулериті С₆₀ при низьких температурах (Т < 80К);

— вперше виміряно коефіцієнт радіального теплового розширення нанотрубок і досліджені процеси просторового перерозподілу домішкових частинок на поверхні і всередині джгутів нанотрубок;

— вперше експериментально досліджено теплоємність одновимірних (1D) ланцюжків атомів, отриманих шляхом адсорбції газів в канавках джгутів вуглецевих нанотрубок;

— отримані пріоритетні результати з пластичних характеристик багатьох кріокристалів, включаючи квантовий кристал водню і твердий азот;

— отримано доказ самовільного фазового розшарування в осаджених твердих сумішах водню і дейтерію;

— виконані спільні структурні та люмінесцентні дослідження фулерита, насиченого газами, що дозволило не тільки виявити сильний ефект зміщення температури орієнтаційного склування Тg, але і пояснити природу різкої зміни інтегральної інтенсивності люмінесценції при проходженні точки Тg;

— виконані рентгенівські і електронографічні дослідження структури різних кріосплавних систем, зокрема твердих сумішей найпростіших молекулярних компонентів з інертними газами з метою вивчення їх як молекулярних стекол;

— пояснено аномальне (в 106 разів) прискорення конверсії в твердому водні при дуже високому тиску;

— отримані два поліморфа кристалів пара-бромобензофенона і виконано порівняльне дослідження динаміки триплетних екситонів в них.

Співробітниками відділу опубліковано більше 450 статей в реферованих наукових журналах.

Співробітники відділу здійснюють постійний обмін науковою інформацією і ведуть спільні дослідження з вченими з різних країн. Зокрема, активна наукова співпраця ведеться з наступними науковими центрами::
— Department of Experimental Physics, Umea University (Швеція),
— W. Trzebiatowski Institute of Low Temperature and Structure Research PAS, (Польша),
— Laboratoire des Colloїdes, Verres et Nanomateriaux Universite Montpellier II (Франція),
— Physics and Astronomy Department Michigan State University East Lansing, (США),
— Instituto de Carboquímica (Іспанія),
— Institut fur Experimentelle and Angewandte Physik, (Німеччина),
— Казахський національний університет ім. аль-Фарабі, м.Алмати, (Казахстан),
— Faculty of Science Osaka City University (Японія)
Співробітники відділу є співавторами 9 монографій:

"Властивості твердого та рідкого водню". Вид. стандартів, Москва, 1969, (вид. англійською мовою, Jerusalem, Israel, 1971)

"Кріокристали". Вид. "Наукова думка", Київ, 1983

"Властивості конденсованих фаз водню і кисню". Вид. "Наукова думка", Київ, 1984

"Handbook of properties of condensed phases of hydrogen and oxygen". Hemisphere Publishing Corp., 1991

"The Physics of Cryocrystals" (eds. Yu. A. Freiman, V. G. Manzhelii, M. L. Klein, and A. A. Maradudin) AIP Press, New York, 1996.

V.G.Manzhelii, A.I.Prokhvatilov, I.Ya. Minchina, and L.D. Yantsevich. Handbook of Binary Solutions, Begell House Inc., New York - Wallinford (1996).

"Handbook of Binary Solution of Cryocrystals". Begell House Inc. New York, 1997.

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).

"Structure and thermodynamic properties of cryocrystals (handbook)" Begell House Inc., New York, 1999.

Yu.V.Naboykin, V.V. Samartsev, P.V. Zinoviev, N.B.Silaeva / Coherent spectroscopy of molecular crystals / Kiev, Naukova Dumka, 1986 p. - 204 c.

A.I. Belyaev, V.I. Silaev, Yu.E. Stetsenko / Flow-through cryostats for laboratory research / Kiev, Naukova Dumka, 1987 p. - 232 c.