logo

logo

Основные научные достижения 
 
 Микроскопика поверхности кристаллов-суперпротоников
 Р.В. Гайнутдино, А.Л. Толстихин, И.П. Макарова, Е.В. Селезнев, А.Л. Васильев
 
Кристаллы (NH4)3H(SeO4)2 принадлежат к семейству кислых солей щелочных металлов, проявляющих протонную проводимость при относительно невысоких температурах и 
перспективных для разработок в области энергоэффективных технологий. Применение комплекса физических методов, включая атомно-силовую, оптическую поляризационную и сканирующую электронную микроскопию, структурные исследования, позволили получить новые данные о реальной структуре, строении поверхности и локальных физических свойствах кристаллов. Впервые измерены локальные вольт-амперные характеристики (ВАХ), которые с высокой воспроизводимостью подтвердили наличие структурного фазового перехода при T≈308 K в суперпротонную фазу. Методом микроскопии пьезоэлектрического отклика исследована эволюция поверхности при фазовых переходах из сегнетоэластической в суперпротонную фазу. Установлено, что при изменении внешних условий на поверхности кристалла образуется слой непроводящей фазы переменного состава с отличающимися водородными подсистемами, и показано его влияние на измеряемые физические параметры.
 

 (а) СЭМ -изображения пространственно-периодических

ориентирующих структур (слева), и фото микролазерного

элемента в поляризационном микроскопе; (b) схема микролазерного

элемента: 1 - поверхность, обработанная ионным пучком, для

периодической планарно-вертикальной ориентации ЖК;

2 - поверхность для вертикальной ориентации ЖК;

3 - деформированный геликоид; 4 - оптическая накачка; 5 - лазерная генерация.

 
1. R. Gainutdinov, E. Selezneva, I. Makarova, A. Vasiliev, A. Tolstikhina. // Surfaces and Interfaces, 2021. V. 23.  P. 100952-1-9. 
2. Гайнутдинов, Р. В. Эволюция поверхности кристаллов (NH4)3H(SeO4)2 при фазовых переходах. [Текст] / Р. В. Гайнутдинов, А. Л. Толстихина, Е. В. Селезнева, И. П. Макарова. // Кристаллография. — 2021. — Т. 66. — № 3. — С. 461—466. 
3. Р.В. Гайнутдинов,  А.Л. Толстихина, Е.В. Селезнева, И.П. Макарова. Комбинированная микроскопия сегнетоэластических кристаллов дигидроселената триаммония. // Известия РАН. Серия. Физ. 2021.  Т. 85.  № 8. С. 1081—1087. 
 
Работа выполнена по теме ГЗ 1-1 и 1-3, Направления ПФНИ ГАН: 1.3.2.2. «Структурные исследования конденсированных сред, связь структуры и свойств».
 
Структура и свойства кристаллов-суперпротоников
И.П. Макарова, Е.В. Селезнева, А.Л. Толстихина, Р.В. Гайнутдинов,
В.В. Гребенев, В.А. Коморников, И.С. Тимаков
 

Исследования кристаллов-суперпротоников, начатые в Институте кристаллографии, привели к получению целого ряда новых соединений MmHn(AO4)(m+n)/2∙yН2О (М = K, Rb, Cs, NH4; AO4 = SO4, SO4, HPO4), имеющих высокую протонную проводимость, близкую к проводимости расплавов их солей, и перспективных для разработок в области энергоэффективных технологий. Применение комплекса физических методов, включая структурные исследования на установках класса «MegaScience», атомно-силовую микроскопию, импедансную спектроскопию, позволили с высокой точностью определить атомное строение кристаллов, их реальную структуру, установить формирование динамически разупорядоченных сеток водородных связей - механизм появления высокой проводимости, а также показать влияние изоморфного замещения на физические свойства и стабилизацию суперпротонных фаз. Впервые рядом методов установлено образование при комнатной температуре суперпротонной фазы в кристаллах (K1-x(NH4)x)3H(SO4)2, обусловленное соотношением заселенностей позиций K/N и закономерной координацией групп NH4.

 

Кристаллы (K1-x(NH4)x)3H(SO4)2: атомная структура (а); монокристаллические образцы (б); АСМ-изображение поверхности образцов (в); локальные вольт-амперные характеристики (г).

 

1. В.В. Гребенев, И.П. Макарова Е.В. Селезнева, В.А. Коморников, И.С. Тимаков. Суперпротоники – новые материалы для энергоэффективных технологий. // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2020 г. №7. С. 14-17.
2. Р.В. Гайнутдинов, А.Л. Толстихина, Е.В. Селезнева, И.П. Макарова. Методы атомно-силовой микроскопии для исследования суперпротонных кристаллов. // Журнал технической физики, 2020 г. Т. 90. С. 1843-1849.