Важнейшие результаты, полученные в ИФТТ РАН в 2018 году

Утверждены на заседании Ученого совета ИФТТ РАН 10 декабря 2018 г.

(протокол № 28)

Тема 0032-2017-0001 Новые функциональные материалы

Работа включена в проект Плана НИР и государственного задания на 2017 год

Раздел II. "Физические науки», подраздел 9. "Физическое материаловедение: новые материалы и структуры, в том числе фуллерены, нанотрубки, графены, другие наноматериалы, а также метаматериалы (в области физики и технологии новых функциональных материалов для эффективного преобразования энергии)". Программы фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2013-2020 годы

Синтез и структура нанокристаллов кубического углерода С₈

Н.С. Сухинина, А.А. Жохов, В.М. Масалов, И.И. Зверькова, С.С. Хасанов, Г.А. Емельченко

Среди большого количества активно исследуемых последние годы углеродных фаз (таких как графен, фуллерен, углеродные нанотрубки, алмаз) существует редко встречающаяся фаза С₈. Данная структурная модификация углерода относится к алмазоподобным фазам, имеет самую высокую плотность среди всех углеродных материалов (4.1 г/см3), превышающей плотность алмаза на 15 %. После первого обнаружения этой фазы в 1979 г. (ФТИ, г. Харьков) в углеродных пленках при конденсации потоков углеродной плазмы в вакууме в мире были выполнены несколько работ по синтезу углеродных квантовых точек со структурой С8. В нашей работе предложен новый простой способ синтеза кубических нанокристаллов (НК) фазы С₈. Показано, что при карбонизации паров антрацена происходит осаждение углеродной пленки на подложку с образованием в ней пластинчатых НК С₈ размером 5-25 нм. Анализ электронограмм и электронно-микроскопических изображений прямого разрешения решетки подтвердил образование углеродных НК С₈ объемноцентрированной кубической структуры с параметром элементарной ячейки 4.08 (0.02) Å (Рис. 1). Предложена гипотеза о возможности образования нанокристаллов С₈ в паровой фазе, получившая подтверждение в эксперименте.

Рис. 1 ПЭМ изображение прямого разрешения атомной решетки НК С₈ (слева) и картина электронной дифракции НК С₈ с участка, показанного на вставке слева.

Публикации

• N.S. Sukhinina, I.I. Khodos, A. Zhokhov, V.M. Masalov, I.I. Zverkova, S.S. Khasanov and G.A. Emelchenko. A novel way of synthesising C₈ cubic carbon nanocrystals.
  CrystEngComm, 2018, 20, 6133-6135, DOI: 10.1039/C8CE01225C

Тема 0032-2017-0002 Физика и технологии новых материалов и структур

Работа включена в проект Плана НИР и государственного задания на 2017 год

Раздел II. "Физические науки»,
подраздел 8. "Актуальные проблемы физики конденсированных сред, в том числе квантовой макрофизики, мезоскопики, физики наноструктур, спинтроники, сверхпроводимости". Программы фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2013-2020 годы
подраздел 9. "Физическое материаловедение: новые материалы и структуры, в том числе фуллерены, нанотрубки, графены, другие наноматериалы, а также метаматериалы (в области физики и технологии новых функциональных материалов для эффективного преобразования энергии)". Программы фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2013-2020 годы

Наблюдение π-периодического ток-фазового соотношения в джозефсоновском переходе с ферромагнитным барьером

А.Н. Россоленко, В.В. Больгинов, В.А. Обознов, Д.С. Баранов, В.В. Рязанов

В джозефсоновских SFS контактах с ферромагнитным (F) барьером в точке перехода в состояние с инверсной разностью сверхпроводящих фаз (π-состояние) в четырех различных экспериментах наблюдалось аномальное «π-периодическое» соотношение между сверхпроводящим током и разностью фаз на джозефсоновском контакте [1]. Обнаруженное состояние соответствует парному (4е) переносу сверхпроводящих (куперовских) электронных пар через джозефсоновский барьер. Это фундаментально новое топологически защищенное сверхпроводящее состояние может быть использовано, например, в топологически защищенных квантовых вычислительных системах. Наблюдение нового состояния стало возможным в результате существенного развития технологии приготовления джозефсоновских SFS контактов в ИФТТ РАН [2].

Рис. Изменение с температурой периода зависимости сверхпроводящего тока I_J через джозефсоновский SFS контакт от разности фаз ϕ на нем. При температуре 2,17 К перехода в состояние с инверсией сверхпроводящих фаз (π-состояние) период становится вдвое меньше, что соответствует «чистому» переносу сверхпроводящего тока парами куперовских пар, тоесть зарядом 4e (где e - заряд электрона).

1. M.J.A. Stoutimore, A.N. Rossolenko, V.V. Bolginov, V.A. Oboznov, A.Y. Rusanov, D.S. Baranov, N. Pugach, S.M. Frolov, V.V. Ryazanov, and D.J. Van Harlingen, Second-Harmonic Current-Phase Relation in Josephson Junctions with Ferromagnetic Barriers,
   Phys. Rev. Lett. 121, 177702 (2018).
2. V.V. Bolginov, A.N. Rossolenko, A.B. Shkarin, V.A. Oboznov, V.V. Ryazanov, Fabrication of Optimized Superconducting Phase Inverters Based on Superconductor-Ferromagnet-Superconductor Junction.
   Journ. Low Temp. Phys. 190 (5-6), 302 (2018).

Расширение кора сверхпроводящего вихря в диффузный нормальный металл, находящийся в контакте со сверхпроводником

O. Скрябина, В.Рязанов

Вихри в сверхпроводящих системах существуют благодаря макроскопической фазовой когерентности. В данной работе [1] как экспериментально, так и теоретически показано, что квантованный вихрь с четко определенным ядром (нормальным кором) может существовать в довольно толстом слое нормального металла, находящемся в контакте со сверхпроводником. С помощью сканирующей туннельной спектроскопии обнаружена вихревая решетка на поверхности медного слоя толщиной 50 нм, нанесенного на сверхпроводящий ниобий. Вихри имеют регулярные нормальные коры в центрах, в которых исчезает наведенная в нормальном металле сверхпроводящая «минищель». Коры в нормальном слое значительно больше, чем коры абрикосовских вихрей в ниобиевом слое, что связано с большей длиной когерентности сверхпроводящих пар в нормальной меди. Представлен также теоретический подход, который обеспечивает полностью самосогласованную картину эволюции вихря с удалением от интерфейса Cu/Nb с учетом сопротивления интерфейса, величины приложенного магнитного поля и температуры. Данная работа открывает путь для точной настройки свойств сверхпроводящих вихрей в гибридных структурах.

Рис. (a, c) STM изображения коров вихрей на поле сканирования 800 нм × 800 нм, полученные при 300 мК в магнитных полях 5 и 55 мТл, соответственно;
(b, d) радиальная эволюция спектров туннельной проводимости вблизи коров вихрей.
Приложенные магнитные поля такие же, как в (а, с).

[1] V.S. Stolyarov et al,
Nature Communications 9, 2277 (2018) 

Квантовый генератор случайных чисел, основанный на пуассоновской статистике фотоотсчетов, со скоростью ≈ 100 Мбит/c

С.Н.Молотков

Представлена экспериментальная реализация квантового генератора случайных чисел. Первичным истоником случайности являются последовательности фотооотсчетов от квазиоднофотонного излучения, которое регистрируется матрицей кремниевых лавинных детекторов -- SiPM (Silicon Photo Multiplier). Использование SiPM позволяет надежно контролировать квантовый характер пуассоновской статистики фототсчетов. Специальный алгоритм неэкспоненциальной сложности позволяет извлекать из пуассоновского процесса всю случайность, содержащуюся в нем, а именно, случайную равномерную последовательность 0 и 1.

Рис.1
a) Таблица для нумерации после(довательностей фотоотсчетов, которая представляет собой известный треугольник Паскаля (см. пример в тексте).
b) Функциональная схема генератора случайных чисел.
c) Внешний вид генератора.

Тема 0032-2017-0003 Когерентные состояния и фазовые превращения в жидких и твердых телах

Работа включена в проект Плана НИР и государственного задания на 2017 год

Раздел II. "Физические науки»,
подраздел 8. "Актуальные проблемы физики конденсированных сред, в том числе квантовой макрофизики, мезоскопики, физики наноструктур, спинтроники, сверхпроводимости". Программы фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2013-2020 годы
подраздел 9. "Физическое материаловедение: новые материалы и структуры, в том числе фуллерены, нанотрубки, графены, другие наноматериалы, а также метаматериалы (в области физики и технологии новых функциональных материалов для эффективного преобразования энергии)". Программы фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2013-2020 годы
подраздел 12. "Современные проблемы радиофизики и акустики, в том числе фундаментальные основы радиофизических и акустических методов связи, локации и диагностики, изучение нелинейных волновых явлений". Программы фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2013-2020 годы

Структура когерентного вихря двумерной турбулентности

М.Ю. Бражников, А.А. Левченко, А.В. Орлов

Экспериментально исследовано формирование когерентного вихря в турбулентном течении, возбуждаемом пространственно-периодической электромагнитной силой в тонком слое проводящей жидкости. Благодаря обратному каскаду двумерной турбулентности энергия течения накапливается на масштабе сравнимом с размерами экспериментальной ячейки, формируется крупномасштабный когерентный вихрь, занимающий большую часть площади ячейки. Впервые был установлен радиальный профиль азимутальной скорости когерентного вихря в системе его дрейфующего центра после выключения накачки: в сердцевине вихря азимутальная скорость возрастает по линейному закону и выходит на постоянное значение вне сердцевины вихря. Экспериментально полученные параметры когерентного вихря хорошо согласуются с теоретическими предсказаниями.

Треки пробных частиц за одну секунду. Радиальный профиль азимутальной скорости когерентного вихря после выключения накачки в системе отсчёта дрейфующего центра вихря.

Реновация структуры аморфно-нанокристаллических сплавов при криовоздействиях

Аронин А.С., Абросимова Г.Е., Волков Н.А., Першина Е.А.

В 2015 году в “Nature” была опубликована статья [1] о возможности реанимирования аморфной структуры (и даже увеличения пластичности) с помощью криотермоциклирования, однако собственно исследования структуры не проводились. В ИФТТ РАН была изучена эволюция структуры аморфной фазы на основе алюминия (Al-Ni-Y, Al-Ni-Gd) при криотермоциклировании (77-373К). Впервые продемонстрировано восстановление аморфной структуры, а также уменьшение доли нанокристаллической составляющей структуры, если она присутствовала до начала криотермоциклирования. На рис. 1 показана начальные участки рентгенограмм, на которых заштрихована область, соответствующая кристаллической части образца до (а) и после (б) криотермоциклирования. Показано, что использование метода криотермоциклирования, действительно, позволяет изменять структуру материала, в том числе осуществлять реновацию частично-кристаллической структуры, что способствует повышению пластичности материала.

Рис. 1. Рентгенограмма частично-кристаллического сплава Al₈₈Ni₆Y₆ до (а) и после (б) криотермоциклирования.

1. Ketov S.V.; Sun, Y. H.; Nachum, Lu, Z , Checchi, A., Beraldin, A. R., Bai, H.Y., Wang, W. H., Louzguine-Luzgin, D. V.,  Carpenter, M. A., Greer, A. L.
   NATURE 524 (2015) N 7564 p. 200

Тема 0032-2017-0004 Коллективные явления в электронных и экситонных системах в полупроводниковых наноструктурах

Работа включена в проект Плана НИР и государственного задания на 2017 год

Раздел II. "Физические науки», подраздел 8. "Актуальные проблемы физики конденсированных сред, в том числе квантовой макрофизики, мезоскопики, физики наноструктур, спинтроники, сверхпроводимости". Программы фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2013-2020 годы

Проявление ферми-арок в Андреевском транспорте на поверхности вейлевского полуметалла WTe2

А.А. Кононов, С.В. Егоров, А.В. Тимонина, Н.Н. Колесников, Э.В. Девятов

В топологических полуметаллах зона проводимости касается валентной зоны в особых точках зоны Бриллюэна (узлах). В вейлевском полуметалле каждый вейлевский узел характеризуется определённой киральностью. В k-пространстве на поверхности Вейлевского полуметалла ферми-контуры представляют собой незамкнутые дуги, соединяющие проекции вейлевских на поверхностную зону. Такие экзотические поверхностные состояния получили название «ферми-арок» .

Мы экспериментально исследовали транспорт через интерфейс между вейлевским полуметаллом WTe2 и сверхпроводящим ниобием. В спектрах дифференциального сопротивления dV/dI (V) на фоне стандартного Андреевского отражения были обнаружены непериодические резонансы внутри сверхпроводящей щели Nb (см рисунок), которые возникают как Томашевские геометрические осцилляции для транспорта вдоль топологического поверхностного состояния с наведенной сверхпроводимостью вблизи интерфейса Nb-WTe2.

Наблюдение отчетливых геометрических резонансов предполагает наличие выделенного направления движения заряда в поверхностном состоянии, что было теоретически предсказано для ферми-арок в вейлевских полуметаллах.

Полный текст работы:

EPL, 122, 27004 (2018)

DOI: 10.1209/0295-5075/122/27004

Контроль отдельных электронных слоев в полевых транзисторах с двухслойным проводящим каналом.

С.И. Дорожкин, А.А.Капустин, И.Б.Федоров

Рис. (a) Зависимости от магнитного поля емкостей между проводящим каналом транзистора и передним (C_FG) и задним (C_BG) затворами. Отмеченные минимумы соответствуют заполнению целого числа спиновых подуровней Ландау ν
(b) Зависимости от напряжения на заднем затворе (V_bg) плотности электронов в двух различных подзонах размерного квантования, образующих двухслойную систему (n_BL и n_FL), а также полной плотности электронов n_tot.

Выполнены исследования полевых транзисторов с высокой подвижностью электронов (HEMT), имеющих нестандартную архитектуру с двумя затворами, расположенными по разные стороны от проводящего канала транзистора. Для таких транзисторов разработана новая емкостная методика исследования свойств электронной системы в канале. Показано, что эта методика позволяет измерять сжимаемость отдельных электронных слоев в случае заполнения двух подзон размерного квантования в асимметричной квантовой яме, реализующей проводящий канал, и определять плотность электронов в каждом из слоев.

• S.I. Dorozhkin, A.A. Kapustin, I.B. Fedorov, V. Umansky, K. von Klitzing and J.H. Smet “Characterization of individual layers in a bilayer electron system produced in a wide quantum well”.
  Journal of Applied Physics 123, 084301 (2018).

Локальный импеданс шероховатой поверхности хирального p-волнового сверхпроводника

А.Ф.Шевчун, М.Р.Трунин

Одним из интереснейших направлений в современной физике твердого тела является изучение свойств нетрадиционных и топологических сверхпроводников. Уникальной оказалась сверхпроводимость в материале Sr₂RuO₄. Нами были проведены измерения поверхностного импеданса в монокристаллах Sr₂RuO₄ в широком частотном диапазоне от 9 ГГц до 42 ГГц, которые демонстрируют необычные свойства этого материала в сверхпроводящем состоянии: малое изменение поглощения СВЧ-излучения при переходе из нормального в сверхпроводящее состояние и необычная температурная зависимость мнимой части импеданса.

Был разработан самосогласованный подход для расчета локального импеданса шероховатой поверхности хирального p-волнового сверхпроводника. Используя квазиклассический формализм Эйленбергера-Ларкина-Овчинникова, был численно найден парный потенциал, спаривающие функции и поверхностную плотность состояний с учетом диффузионного электронного рассеяния на поверхности.

Качественно, особенности Sr₂RuO₄ объясняются в рамках хирального p-волнового спин-триплетного спаривания и возникновения нечетно-частотной сверхпроводимости на поверхности.

Температурные зависимости поверхностного импеданса классического сверхпроводника алюминия (слева) и Sr₂RuO₄ (справа).

• S. V. Bakurskiy, Ya. V. Fominov, A. F. Shevchun, Y. Asano, Y. Tanaka, M. Yu. Kupriyanov, A. A. Golubov, M. R. Trunin, H. Kashiwaya, S. Kashiwaya, and Y. Maeno, Local impedance on a rough surface of a chiral p-wave superconductor,
  Phys. Rev. B 98, 134508 (2018)

Механизм динамики доменной структуры спонтанного электрического поля в индуцированном микроволновым излучением бездиссипативном состоянии.

С.И.Дорожкин

На рисунке:

(a) Сигнал переключений микроволновой фото-ЭДС под облучением частоты 47 ГГц при трех температурах, указанных около кривых. (b) Зависимость от температуры частоты переключений (открытые символы, правая шкала) и проводимости слоя легирования (закрытые символы, левая шкала).

Получены результаты, свидетельствующие о том, что обнаруженная и исследованная авторами динамика доменной структуры спонтанного электрического поля, возникающей в индуцированном микроволновым излучением бездиссипативном состоянии (“zero-resistance state” в англоязычной литературе), обусловлена экранированием поля зарядами слоя селективного легирования, являющегося неотъемлемой частью современных полупроводниковых структур с высокоподвижными двумерными электронными системами. Установлено, что частота переключений спонтанного электрического поля и проводимость слоя легирования зависят от температуры термоактивационным образом (закон Аррениуса) с близкими значениями энергии активации. Этот результат свидетельствует о пропорциональности этих величин, являющейся ключевым моментом модели экранирования.

1. С.И. Дорожкин, V. Umansky, K. von Klitzing and J.H. Smet «Замораживание динамики доменов спонтанного электрического поля в индуцированных микроволновым излучением состояниях с малой диссипацией»
   Письма в ЖЭТФ, 108, 217-222 (2018).
2. С.И. Дорожкин, V. Umansky, K. von Klitzing and J.H. Smet «Динамика доменов спонтанного электрического поля в двумерной электронной системе под микроволновым излучением и проводимость донорного слоя»
   Письма в ЖЭТФ, 107, 68-72 (2018).

Аномально сильное уменьшение затухания плазменных возбуждений в двумерных электронных дисках

П.А. Гусихин, В.М. Муравьев, А.А. Загитова, И.В. Кукушкин

Параметр запаздывания А

В результате экспериментальных работ, проведенных в лаборатории ЛНЭП (ИФТТ РАН) впервые было исследовано затухание плазменных возбуждений в режиме сильного запаздывания. Обнаружено, что в этом режиме затухание плазменных волн оказывается аномально подавлено, вопреки тому, что ранее считалось, что плазменный резонанс наоборот будет существенно уширяться за счет радиационного вклада в затухание плазмонов. Установлено, что зависимость нормированной ширины плазменного резонанса Δωτ от параметра запаздывания A носит универсальный характер. Этот закон был проверен на трёх различных структурах с концентрациями 0.8×10¹¹, 3.9×10¹¹ и 6×10¹¹ см^-2, и обратными транспортными временами рассеяния 9.5×10⁹, 3.4×10¹⁰ и 5.6×10¹⁰ с^-1. Показано, что в режиме сильного запаздывания плазменные волны оказываются слабо затухающими вплоть до комнатной температуры, что открывает большие перспективы для создания эффективных детекторов терагерцового излучения, работающих при комнатной температуре.

Результаты работы были опубликованы в журнале

Physical Review Letters 121, 176804 (2018).

Наиболее значимые результаты института, имеющие инновационный потенциал, полученные в 2018 год

Утверждены на заседании Ученого совета ИФТТ РАН 24 декабря 2018 г.

(протокол № 30)

Раздел II. "Физические науки»,
подраздел 9. "Физическое материаловедение: новые материалы и структуры, в том числе фуллерены, нанотрубки, графены, другие наноматериалы, а также метаматериалы (в области физики и технологии новых функциональных материалов для эффективного преобразования энергии)". Программы фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2013-2020 годы

Люминофор для светодиодов

С.З.Шмурак, В.В.Кедров, А.П.Киселев, Т.Н.Фурсова

Показано, что в образцах RE_1-x-yCe_xTb_yBO₃, где RE – Lu, Gd, Yt, свечение ионов Tb³⁺ наблюдается при возбуждении образца в полосе поглощения ионов Се³⁺, что однозначно свидетельствует о безызлучaтельноv переносе энергии электронного возбуждения от ионов Се³⁺ к Tb³⁺ вследствие кулоновского диполь-дипольного взаимодействия между этими ионами. Установлено, что интенсивность свечения Tb³⁺ при возбуждении в полосе поглощения церия выше интенсивности свечения промышленного люминофора Y₂O₂S(Tb) и превосходит в ~10 раз интенсивность свечения Tb³⁺ при возбуждении в самой интенсивной полосе возбуждения иона Tb³⁺ (λ_max = 236 нм). Это обусловлено высокой эффективностью переноса энергии от ионов Се³⁺ к Tb³⁺, которая определена нами экспериментально и составляет ~ 85%. Показано, что спектр возбуждения ионов Tb³⁺ можно направленным образом смещать в интервале 339 - 367 нм при изменении структурного состояния Lu_1-x-yCe_xTb_yBO₃ - в область свечения промышленных GaN светодиодов.

Учитывая высокую интенсивность свечения, радиационную и химическую стойкость борaтов, их высокую теплопроводность, а также возможность направленного изменения спектра возбуждения, соединение Lu_1-x-yCe_xTb_yBO₃ можно рассмaтривaть в качестве эффективного зеленого люминофора для светодиодов.

• S. Z. Shmurak, , V. V. Kedrov, A. P. Kiselev, T. N. Fursova, and O. G. Rybchenko

  «Energy Transfer from Ce³⁺ to Tb³⁺ in Yttrium and Gadolinium Orthoborates Obtained by Hydrothermal Synthesis»
  Physics of the Solid State, 2018, Vol. 60, No. 12

Монокристаллы BSCCO для THz-излучателей.

А.Б.Кулаков

В течение 4-х лет в ИФТТ РАН предпринимались усилия по разработке технологии выращивания Bi₂Sr₂CaCu₂O₈ (BSCCO) монокристаллов и их последующей фрагментации и отжигу. Параллельно, группой А.Л.Панкратова ИМС РАН (г.Нижний Новгород) разрабатывались излучатели терагерцового диапазона на основе монокристаллов BSCCO. Разработанная в ИМС РАН технология позволяет изготавливать мезы диаметром 0.5 мм способные излучать на частоте 0.8 ТГц [1]. См. вольт-амперные кривые для BSCCO мезы на рис. 1. Неотъемлемым элементом этой технологии являются монокристаллы BSCCO, поставка которых осуществлена ИФТТ РАН.

Эти результаты являются доказательством качества наших BSCCO кристаллов. На текущий момент наш институт является единственным производителем BSCCO кристаллов в России. Если уменьшить концентрацию планарных дефектов в 5раз, наши кристаллы будут представлять интерес для инвестиций.

• L.S. Revin, E.A. Vopilkin, A.L. Pankratov, S.A. Kraev, A.A. Yablokov, A.B. Kulakov. Fast technology for fabrication of thick single Bi₂Sr₂CaCu₂O_8+x mesas on a Cu substrate/.
  Supercond. Sci. Technol. 31(2018)104001(5pp). DOI: 10.1088/1361-6668/aada8.

Слоистые композиты с металлической матрицей, армированные оксидными волокнами, полученными модифицированным методом Степанова.

В.М. Кийко

Разработаны лабораторные технологические схемы и режимы получения диффузионной сваркой слоисто-волокнистых композитов с оксидными волокнами и матрицами на основе титана, ниобия и молибдена. Изготовлены и испытаны на прочность сапфировые, иттрий-алюминиевого граната и эвтектические (сапфир - иттрий-алюминиевый гранат) волокна. Получены зависимости прочности волокон от их длины. Прочность может достигать 4000 МПа на длинах, равным 10 диаметрам волокна. Изготовлены и испытаны на прочность пилотные образцы композитов с сапфировыми волокнами и матрицами на основе титана и ниобия. Для образцов с матрицей на основе титана получена зависимость прочности композитов от температуры в диапазоне 20–900^oC, имеющая максимум при 700^oC.

Разработка оборудования и технологии изготовления профилированных изделий из тугоплавких металлов способом 3D-печати

Борисенко Д.Н., Жохов А.А., Борисенко Е.Б.

Предлагаемый способ изготовления профилированных изделий из тугоплавких металлов реализуется послойным нанесением металла по типу локальной гарнисажной электродуговой плавки. Были разработаны и опробованы источники питания электрической дуги в среде различных газов: аргон, гелий, водород. С помощью контролируемого пинч-эффекта решена задача генерации и стабилизации плазменного канала дуги высокого давления при произвольном профиле сканирования электрода. Подана заявка на патент «Электрод для дуговой плавки металлов». В экспериментах по изготовлению тиглей из молибдена было показано, что скорость печати способом локальной гарнисажной электродуговой плавки в десятки раз выше скорости печати методом селективного лазерного спекания. Следующим этапом была разработка и изготовление оригинального устройства прецизионной подачи порошка в зону плавления для непрерывного ведения процесса наплавки материала. Подана заявка на патент «Шнековый дозатор порошков тугоплавких металлов». С помощью устройства был изготовлен нагревательный элемент из молибдена для индукционной печи (рис.1). При изучении микроструктуры и свойств полученного материала было обнаружено, что пористость при двукратном проходе ванной расплава практически сводится к нулю. Оставшиеся единичные поры содержат вискеры микронного размера.

Рисунок 1. Нагревательный элемент из молибдена для индукционной печи

Сапфировый волновод для ТГц внутриволноводной спектроскопии и интерферометрии в агрессивных средах.

Г.М. Катыба, И.А. Шикунова, И.Н. Долганова, В.Н.Курлов

Разработаны методы высокотемпературной терагерцовой (ТГц) внутриволноводной спектроскопии и интерферометрии с использованием многоканального профилированного кристалла сапфира, который работает одновременно в качестве ТГц волновода и кюветы для исследуемого вещества. С помощью методов вычислительной электродинамики проведен численный расчет геометрии сечения волновода с целью оптимизации дисперсии и потерь при передаче ТГц излучения в одномодовом режиме, либо обеспечения заданного количества и качества волноводных мод для реализации интерференционных принципов измерений. Рассчитан ТГц волновод с одним центральным каналом и двумя рядами каналов фотонно-кристаллической (ФК) оболочки, который обеспечивает высокую эффективность передачи ТГц излучения (низкую дисперсию и потери) в широком спектральном диапазоне от 0,2 до 1,2 ТГц в двухмодовом режиме, поскольку фундаментальная мода и одна из мод высокого порядка обладают самыми низким потерями, которые сравнимы по величине между собой. Разработанный и изготовленный образец ФК ТГц волновода (Рисунок 1) был исследован с использованием численных и натурных экспериментов для подтверждения его технических характеристик, рассчитанных предварительно в ходе численного моделирования. Экспериментальные исследования волновода осуществлялись с применением методов ТГц импульсной спектроскопии (оценка дисперсии и спектральных потерь волноводных мод), а также методов ТГц имиджинга мод (визуализация волноводных мод и их интерференции в сечении профилированного кристалла при его возбуждении непрерывным ТГц излучением). Для демонстрации высокотемпературной ТГц внутриволноводной спектроскопии в частотной области и ТГц волноводной интерферометрии с использованием разработанного сапфирового волновода проведены эксперименты по измерениям фазовых превращений малого количества порошка NaNO₂, введенного в волновод, Рисунок 2. Показана высокая чувствительность разработанной системы, Рисунок 3. Благодаря сочетанию возможностей метода получения профилированных кристаллов сапфира с его уникальными свойствами, разработанный волновод может применяться для проведения ТГц высокоточных спектроскопических измерений в условиях агрессивной окружающей среды при температурах до 1850⁰C.

Рисунок 1. Схема процесса выращивания и изготовленные образцы ТГц сапфировых волноводов.

Рисунок 2. Схема экспериментальной установки для проведения высокотемпературной внутриволноводной интерферометрии NaNO₂.

Рисунок 3.Температурная зависимость спектра пропускания сапфирового волновода с помещенным в него порошка NaNO₂.

Технология химико-механической обработки металлических изделий

Классен Н.В., Классен Е.Н., Кобелев Н.П., Колыванов Е.Л

Запатентована технология химико-механической обработки металлических изделий, основанная на новом приеме глубокого внедрения в приповерхностные слои металлов легирующих элементов, наночастиц, органических молекул посредством локального динамического деформирования поверхности шариковой обкаткой с одновременным нанесением на нее внедряемых материалов. Технология позволяет экспрессно производить механическое упрочнение, антикоррозионную и антиобледенительную защиту несущих конструкций, трубопроводов (включая защиту сварных швов), линий электропередач и т.д. непосредственно по месту их службы в полевых, подводных и прочих условиях. Работа выполнена в рамках международного проекта совместно с НИИ технической акустики Национальной академии наук Белоруссии.

Рис.1. Антиобледенительная обработка алюминия.
Cлева – лужица воды, растекшаяся по поверхности алюминиевой пластины за счет ее смачивания.
Справа – нерастекающиеся капли воды на участке той же пластины после химико-механической обраобтки шариковой обкаткой
с глубоким внедрением в приповерхностный слой водоотталкивающего органического вещества

Рис. 2. Антикоррозионная и антиобледенительная обработка стали.
Слева – капли воды, смачивающие поверхность необработанной стальной пластины.
Справа – капли воды, не смачивающие поверхность той же пластины после химико-механической обработки шариковой обкаткой
с глубоким внедрением водоотталкивающего органического вещества.

Рис.3. Оптическая микрофотография модельного эксперимента, демонстрирующего процесс экспрессного глубокого внедрения инородных веществ
в твердые тела локальным динамическим деформированием шариковой обкаткой.
Показан результат внедрения наночастиц углерода в оптически прозрачный кристалл иодистого цезия.
Обрабатываемая поверхность – сверху. Продолжительность обкатки – 5 минут. Глубина внедрения углерода – 50 микрон.