Научные результаты

Введите год
Фотокатализаторы для зеленых технологий производства водорода из воды

В.Б. Выходец, Т.Е. Куренных

Работа посвящена разработке фотокатализаторов для зелёных технологий получения водорода из воды, они могут стать альтернативой ископаемым источникам энергии. Перспективными являются технологии, основанные на диссоциации молекул воды на поверхности оксидов, она происходит под действием солнечного света и не требует затрат энергии. Коммерческое применение известных фотокатализаторов нецелесообразно из-за их низкой эффективности. Предлагается новый подход, основанный на использовании оксидных нанопорошков, синтезированных по технологии лазерного испарения керамической мишени. Некоторые из них являются полупроводниками с малой шириной запрещённой зоны и высокой концентрацией кислородных вакансий поверхностном слое, что благоприятно для фотокатализа. С помощью методики ядерных реакций определены толщины слоёв OH- и H₂O, образующихся на поверхности нанопорошка оксида YSZ10 при его взаимодействии с влажным воздухом. Толщина слоя OH-, характеризующая эффективность фотокатализатора, составила один монослой, что является теоретическим пределом для этого параметра и свидетельствует о перспективности предлагаемой технологии и материала.

Поверхность Ферми топологического полуметалла WTe2: эксперимент и расчет

Б.М. Фоминых, В.В. Марченков, А.Н. Перевалова, С.Т. Байдак, А.В. Лукоянов, С.В. Наумов, Е.Б. Марченкова, В.В. Чистяков

Проведены комплексные исследования поверхности Ферми и транспортных свойств высокочистого монокристалла топологического полуметалла Вейля WTe2. Экспериментально установлено, что WTe2 находится в состоянии, близком к электронно-дырочной компенсации, с большими значениями магнитосопротивления и подвижности носителей тока. Из анализа осцилляций Шубникова-де Гааза выделено три характерные частоты, соответствующих различным карманам на поверхности Ферми, а также определены такие параметры электронной структуры, как эффективные массы носителей тока и температура Дингла. Используя данные эксперимента выполнены расчеты электронной структуры методом DFT+U+SOC. Предложена модель поверхности Ферми и показано, что внутри ее дырочных карманов имеются точки Вейля. Это представляет особый интерес для понимания топологических свойств WTe2. Полученные фундаментальные знания важны для практического применения этого материала в спинтронике и сверхбыстрой электронике.

Пути миграции Li+ в Li1+xV3O8: геометрико-топологический анализ

Е.А. Шерстобитова, Н.В. Проскурнина, М.А. Сёмкин, П.Е. Ромашко, А.Н. Пирогов, В.И. Воронин, А.Ф. Губкин, Е.А. Морхова, М.С. Щелканова, Г.Ш. Шехтман, Н.А. Кабанова

Методами рентгеновской и нейтронной дифракции проведено комплексное исследование кристаллической структуры соединений Li1+xV3O8 (x = 0.1, 0.2, 0.3) и уточнены их модели. С помощью геометрико-топологического (ГТ) анализа для уточненной модели моноклинной структуры Li1+xV3O8 были рассчитаны энергетические потенциалы на основе сумм валентных связей, установлены пути миграции ионов Li+ и построены соответствующие карты ионной проводимости. Показано, что ионы Li+ могут перемещаться по одномерным каналам проводимости вдоль кристаллографического направления [010], имеющего низкие энергетические барьеры (~0.55 эВ). Эти каналы состоят из вакантных октаэдрических и тетраэдрических позиций, которые могут обеспечивать диффузию ионов Li+ посредством механизма прямого перескока.

Магнитокалорические материалы Gd(Mn,T)Si T=Cr, Ru для магнитных рефрижераторов, оптимальные для сжижения азота и перспективные при комнатной температуре

А.Г. Кучин, С.П. Платонов, В.С. Гавико, Р.Д. Мухачев, А.В. Лукоянов, А.С. Волегов, М.Ю. Яковлева

Редкоземельные интерметаллиды GdMn1-xCrxSi, x = (0-0.6) с тетрагональной кристаллической структурой типа CeFeSi (P4/nmm) были синтезированы впервые. Обнаружено, что МКЭ (магнитокалорический эффект) для составов x = 0.4, 0.5 почти в два раза выше, чем для x = 0 или 0.1. По-видимому, максимальный МКЭ для сплавов x = (0.2 - 0.6) обусловлен суммированием изменений магнитной энтропии при близких или совпадающих температурах магнитных упорядочений Gd- и 3d- подсистем. Соединение GdMn0.6Cr0.4Si является перспективным для использования в бытовых магнитных рефрижераторах благодаря значительному МКЭ 3.16 Дж/кгК при температуре Кюри TC = 310 К и хладоемкости 106.8 Дж/кг при изменении магнитного поля H от 0 до 17 кЭ. В новых полученных нами сплавах GdMn1-xRuxSi температура Кюри резко изменяется от 320 К (x=0) до 78.3 К (x=1), при этом МКЭ возрастает от 1.84 Дж/кгК (x=0) до 4.94 Дж/кгК (x=1) при ΔH=17 кЭ. Эти высокие значения МКЭ и хладоемкости для GdRuSi реализуются при TC =78.3 К, благодаря чему сплав может быть использован в магнитном рефрижераторе для сжижения азота (температура кипения 77.4 К).

Альтермагнитные 6H перовскиты: симметрия, электронная структура и гигантский пьезомагнитный эффект

С.В. Стрельцов, C.В. Чьонг

С помощью симметрийного анализа и первопринципных расчётов в рамках теории функционала плотности (DFT+U) показано, что ряд гексагональных перовскитов со структурой 6H (общая формула A3BB'2O9) является альтермагнетиками — новым классом магнитных материалов, которые сочетают антиферромагнитное упорядочение со спиновым расщеплением электронных зон, возникающим в нерелятивистском случае. Продемонстрировано, что ключевую роль в формировании альтермагнитного состояния играет сочетание центросимметричной кристаллической структуры с локальными структурными чередованиями и коллинеарного антиферромагнетизма, что приводит к нарушению PT-симметрии (чётность × обращение времени). Для соединений Ba3CoIr2O9 (M-тип) и Ba3NiRu2O9 (S-тип) предсказаны и рассчитаны характерные проявления альтермагнетизма: нерелятивистское спиновое расщепление зон, магнитооптические эффекты, а также гигантский пьезомагнитный отклик, который на порядок выше ранее обнаруженных [H.-Y. Ma et al., Nature Communication 12, 2846 (2021)].

Спин-аккумуляционные и тепловые эффекты электрического тока в магнитных наноструктурах

Р.С. Заворницын, Л.И. Наумова, М.А. Миляев, А.А. Гермизина, И.А. Ясюлевич, Н.Г. Бебенин, И.К. Максимова, А.Ю. Павлова, Т.П. Криницина, Т.А. Чернышова, В.В. Проглядо, Е.И. Патраков, И.Ю. Каменский, В.В. Устинов

Для пленок металлов с сильным спин-орбитальным взаимодействием (Pt, WTa) и наноструктур Ta/Me/Ta (Me: FeMn, Dy, CoFe) обнаружено продольное положительное магнитосопротивление, обусловленное спиновой аккумуляцией. Показано, что магнитосопротивление наноструктур, содержащих слои металлов с различными типами магнитного упорядочения зависит от величины спинового тока, инжектированного в слой магнетика. Синтезированы спиновые клапаны на основе слоя β-W75Ta25, обладающего большой величиной спинового угла Холла. В магнитосопротивлении наноструктур обнаружены эффекты, обусловленные как спиновой аккумуляцией, так и нагревом электрическим током. Разработана методика изменения однонаправленной анизотропии в отдельных элементах мостовой схемы путем пропускания импульсов тока.

Классификация магнитных структур соединений со структурой типа ThCr2Si2

А.М. Барташевич, Е.Г. Герасимов, П.Б. Терентьев, Н.В. Мушников, М.А. Сёмкин, А.Н. Пирогов, С.В. Стрельцов, В.С. Гавико, А.Ф. Губкин, Д.С. Незнахин, В.И. Максимов

С использованием симметрийного анализа создана новая классификация соизмеримых магнитных структур в соединениях RM2X2 (R – редкоземельный металл, K, Ca, Ba и др.; M – 3d-, 4d-, 5d-переходный металл; X –Si, Ge, P, As и др.) с кристаллической структурой типа ThCr2Si2. Показано, что все обнаруженные ранее экспериментально соизмеримые магнитные структуры в RM2X2 полностью описываются в рамках предложенной классификации. Предсказано существование новых магнитных структур, пока еще не обнаруженных в эксперименте. На основании магнитных измерений на монокристаллах и порошковой нейтронографии определены магнитные структуры, реализующиеся в твердых растворах замещения La1-xTbxMn2Si2, Dy1-xErxMn2Si2 со структурой типа ThCr2Si2 и построены концентрационные магнитные фазовые диаграммы. Обнаружено, что в соединениях Dy0.6Er0.4Mn2Si2 и Dy0.4Er0.6Mn2Si2 магнитные подрешетки диспрозия и эрбия упорядочиваются независимо вследствие конкуренции магнитокристаллической анизотропии. Показано, что сильная конкуренция обменных взаимодействий приводит к разупорядочению магнитной подрешетки марганца в Dy0.2Er0.8Mn2Si2 при низких температурах и к одновременному сосуществованию ферримагнитной и антиферромагнитной структур в La0.2Tb0.8Mn2Si2 и La0.4Tb0.6Mn2Si2.

Электронная структура, орбитально-селективное поведение, и магнитные корреляции в фазах Раддлесдена-Поппера Lan+1NinO3n+1 n=2 и 3 под давлением

И.В. Леонов

В работе приведены результаты расчетов электронной структуры, поверхности Ферми, магнитных и решеточных свойств структурных фаз Раддлесдена-Поппера Lan+1NinO3n+1 с n=2 и 3. Показано, что в нормальном состоянии в данных системах происходит орбитально-селективная локализация Ni 3d электронов с существенной перенормировкой Ni 3z2-r2 состояний, m*/m~3 (n=2) и 2.5 (n=3). При этом, перенормировка Ni x2-y2 состояний существенно слабее, ~2.3 и 2.1, соответственно. Результаты расчетов k-разрешенных спектральных функций свидетельствуют о формировании фазы плохого металла, с существенной некогерентностью Ni 3z2-r2 состояний. Результаты для спиновой восприимчивости c(q) свидетельствует о неустойчивости нормального состояния по отношению к формированию волн спиновой и/или зарядовой плотности. В согласии с данным результатом, прямой численный расчет в рамках DFT+DMFT La3Ni2O7 (n=2) для атмосферного давления дает состояние со сдвоенной волной спиновой и зарядовой плотности с вектором q=(1/4,1/4). Полученное решение сопровождается кооперативным искажением решетки по-типу «дыхательной моды», с чередованием Ni2+ и Ni3+ ионов в высоко- и низкоспиновом состоянии, соответственно. При этом, реализуется сайт-селективное диэлектрическое состояние Мотта с сильной локализацией Ni 3d электронов. Сделан вывод о спин-флуктуационной природе спаривания в сверхпроводящей фазе никелатов под давлением.

Влияние размерности органического катиона на фотохимическую устойчивость перовскитных солнечных элементов

И.С. Жидков, А.И. Кухаренко, Э.З. Курмаев, В.В. Озерова, Н.А. Емельянов, П.А. Трошин

Методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии исследовано влияние изменения размерности А-катиона в АВХ3 перовскитах (MAPbI3, FAPbI3, Cs0.12FA0.88PbI3 и Cs0.1MA0.15FA0.75PbI3) на фотохимическую стабильность путем частичного его замещения модификатором (OctI2) с двумя пиридильными группами и двумя катионными центрами в молекулярном каркасе. В случае модифицированных перовскитов наблюдалось значительное подавление нежелательной фотоиндуцированной рекристаллизация перовскитов. Установлено, что введение двухвалентных катионов октенидиния пассивирует поверхностные дефекты в исходных перовскитах, и повышает их фотохимическую устойчивость. Показано, что частичное замещение А-катиона OctI2-модификатором приводит к повышению фотохимической стабильности гибридных перовскитов при облучении видимым светом до 20000 часов, что фиксируется в рентгеновских фотоэлектронных N 1s, Pb 4f и I 3d-спектрах (Рис. 1).

Немонотонное d-волновое спаривание в электронно-легированных сверхпроводниках

Т.Б. Чарикова, Н.Г. Шелушинина, В.Н. Неверов, М.Р. Попов, Д.И. Девятериков, А.А. Иванов

Исследованы вольт-амперные характеристики (ВАХ) на эпитаксиальных пленках Nd2-xCexCuO4 /SrTiO3 с оптимальным легированием (x = 0.145, 0.15). Установлено, что ВАХ демонстрируют несколько резистивных ветвей, которые соответствуют резистивным состояниям отдельных джозефсоновских переходов. Результаты подтверждают идею о туннельном механизме проводимости между слоями CuO2 (переход сверхпроводник - изолятор – сверхпроводник (SIS)) для исследуемого соединения Nd2-xCexCuO4. Вольт-амперная характеристика этого соединения с x = 0.15 указывает на немонотонный характер параметра порядка d-волновой или анизотропной s-волновой симметрии, связанный с сосуществованием сверхпроводимости и антиферромагнитных флуктуаций.

Страницы