Наукові досягнення

  • НАПРЯМ - НЕЛІНІЙНО-ОПТИЧНІ КРИСТАЛИ

    1. Виявлено структурно обумовлені механізми формування та особливості трансформації підсистеми дефектів у діелектричних кристалах групи KDP; встановлено процеси взаємодії інкорпорованих наночастинок та органічних молекул з власними дефектами діелектрика при формуванні фотоіндукованого відгуку гетерогенної (композитної) системи. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2011.04.080
    2. Запропоновано механізм формування впорядкованої квазіперіодичної зонарної мікроструктури в композиті KDP:TiO2. Виявлено ефект зміни знаку нелінійної рефракції в системі KDP:TiO2 та запропоновано новий тип середовищ із керованою нелінійною рефракцією, включаючи її компенсацію. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2010.11.022
    3. Вперше розроблено новий клас радіаційно-чутливих (сцинтиляційних) матеріалів для реєстрації швидких нейтронів на основі монокристалів групи KDP MH2(PO4) (M = Li, K, NH4) активовані неорганічними і органічними іонами: сцинтиляційні монокристали дигидрофосфата калію, активовані талієм Tl+ (Патент України №96893 від 12.12.2011 р.); сцинтиляційні монокристали дигидрофосфату амонію, активовані талієм Tl+ (Патент України №96894 від 12.12.2011 р.); сцинтиляційні монокристали дигідрофосфату калію, активовані церієм Се3+ (Патент України №96896 від 12.12.2011 р). Chapter 5, In book: Advances in Materials Science Research. 2020, Volume 43, P. 143-174, ISBN: 978-1-53618-730-4.
    4. Вперше встановлено вплив водорозчинних вітамінів групи В: В1, В6, В12 у широкому діапазоні їх концентрацій в модельній системі на основі оксалату кальцію на закономірності кристалізації і морфологію кристалів. Показано, що в ряду вітамінів В1, В6 і В12 значний інгібуючий ефект на ріст кристалів СОМ проявляє вітамін В6. https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2019.125368
    5. Розроблено фізико-технологічні основи створення нелінійно-оптичних (НЛО) композитів на основі матриць KDP з інкорпорованими наночастинками металооксідов, зокрема оксигідроксиду алюмінію Al2O3·nH2O(n=3,5-3,6), органічними молекулами NN’-диметилмочевини (NN’DU) або L-аргінину (Larg), а також напіворганічними молекулами L-аргінинфосфату (LAP). https://doi.org/10.1016/j.optcom.2016.05.060
    6. На основі аналізу спектрально-кінетичних і генераційних характеристик гексагональних кристалів Zn1-xMgхSe:Cr2+ (0.2≤x≤0.3) в діапазоні температур від 5 до 440ºК показано, що Zn1-xMgхSe:Cr2+ є перспективним напівпровідним лазерним середовищем середнього ІЧ діапазону з широкою смугою перебудови в діапазоні 2.27-2.66 мкм при кімнатній температурі. https://doi.org/10.3103/S1541308X20030176
    7. S.V. Naydenov, A.P. Voronov, I.M. Pritula, C.F. Smith, Scintillation Crystals of Thallium and Cerium Doped Potassium Dihydrogen Phosphate (KDP: Tl and KDP: Ce) for Selective Detection of Fast Neutrons, Chapter 5, In book: Advances in Materials Science Research. 2020, Volume 43, P. 143-174, ISBN: 978-1-53618-730-4. https://novapublishers.com/shop/advances-in-materialsscience-research-volume-43
    8. N.O. Kovalenko, S.V. Naydenov, I.M. Pritula, S.N. Galkin, II-Sulfides and II-Selenides: Growth, Properties and Modern Applications , In book Single Crystals of Electronic Materials: Growth and Properties (Editor Roberto Fornari), Elsevier Limited, United Kingdom, 2019, Chapter No. 10, Pages 303-330, https://doi.org/10.1016/B978-0-08-102096-8.00009-4
    9. I.Pritula, K. Sangwal, Fundamentals of Crystal Growth from Solutions, Chapter 29 in: Handbook of Crystal Growth – Bulk Crystal Growth, Vol. II. 2nd Edition (Editors: T. Nishinaga, P. Rudolph), Elsevier B.V., Holland, 2015, Pages 1185-1227, https://doi.org/10.1016/B978-0-444-63303-3.00029-8
    10. I.M. Pritula, O. N. Bezkrovnaya, V.M. Puzikov, V.V. Maslov, A. G. Plaksiy, A.V. Lopin, Yu. A. Gurkalenko, Spectral and Lasing Characteristics of Some Red and NIR Laser Dyes in Silica Matrices, Chap. 13 in ‘Advanced Lasers: Laser Physics and Technology for Applied and Fundamental Science’, O. Shulika, I. Sukhoivanov, eds., Springer Series in Optical Science, Vol. 193, pp. 199 – 212, 2015, ISBN: 978-94-017-9481-7, https://doi.org/10.1007/978-94-017-9481-7.

  • НАПРЯМ - оптичні та лазерні кристали

    1. Розроблено фізико-хімічні принципи та технологію вирощування методом ГСК з градієнтним допуванням шихти великогабаритних (110х200х30 мм3) монокристалів Ti:сапфіру з високою однорідністю розподілу активатору для застосування у фемтосекундних та перестроюваних за частотою лазерах. Лазери та лазерні системи на Ti:сапфірі мають унікальні характеристики та широко використовуються в фундаментальних і прикладних дослідженнях в фізиці, біохімії та новітніх технологіях. Розробку впроваджено на дослідно-промисловій ділянці Інституту монокристалів НАН України. Кристали і оптичні елементи з Ti:сапфіру виготовляються для науково-дослідних центрів, університетів та компаній в країнах ЄС, США, Китаю, Великої Британії, Японії, Ізраїлю, Північної Кореї та Білорусі. Патент України на винахід №122889 (від 13.01.2021р., бюл.№2). https://dx.doi.org/10.1134/ S0020168512110088 DOI: 10.1134/S1063783415040216
    2. Розроблено технологію вирощування методом ГСК в захисних відновних середовищах великогабаритних монокристалічних пластин лейкосапфіру і технологію виготовлення широкоапертурних оптичних вікон (до 350x500x30мм3) для оптико-електронних систем та аерокосмічної техніки. Розробку впроваджено на дослідно-промисловій ділянці Інституту монокристалів НАН України. Кристали і оптичні елементи постачаються для підприємств України та на зовнішній ринок. Патент України на винахід №114121 (від 25.04.2017р., бюл.№8). http://dx.doi.org/10.15407/fm20.01.111
    3. Розроблено фізико-технологічні основи вирощування сцинтиляційних кристалів рідкісноземельних гранатів ReAG:Ce, Pr (Re=Y, Lu, Gd, Sc) методом ГСК в молібденових тиглях і захисному відновному газовому середовищі. Отримані кристали за своїми функціональними властивостями аналогічні кристалам, вирощених з коштовних іридієвих тиглів. Сцинтиляційні екрани на основі кристалів гранатів, активованих церієм, впроваджено в компанії ВКФ «SUMY ELECTON OPTICS» (м. Суми, Україна) для виробництва систем виводу та аналізу зображень SEO ImageLab для електронних мікроскопів. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2012.04.018 DOI: 10.1134/ S1063785009100265
    4. Розроблено спосіб термохимічної обробки сировини для отримання широкоапертурних лазерних кристалів Ti:сапфіру з низьким вмістом іонів Ti4+, активаторних центрів паразитного поглинання Ti3+-Ti4+ та високим FOM. Патент України на корисну модель №141111, чинний з 25.03.2020р. https://doi.org/10.15407/fm25.02.208
    5. Розроблено конструкцію та виготовлено сапфірові імплантати для протезування міжхребцевого диска шийного відділу хребта, що відповідають всім сучасним вимогам по ендопротезуванню. Проведена порівняльна характеристика напружено-деформованого стану елементів шийного відділу хребта у випадку її деформації та після хірургічного лікування з використанням сапфірового імплантату для протезування міжхребцевого диска. Патенти України на корисну модель №105312 від 10.03.2016 р., №134060 від 25.04.2019 р., №136326 від 12.08.2019р.
    6. Розроблено конструкцію прозорих композиційних пакетів з використанням сапфірових елементів для вікон бронетехніки. Патент України на корисну модель №127567 від 10.08.2018 р.
    7. Розроблено фізико-хімічні умови вирощування кристалів Ca3RE2(BO3)4 (RE=Y, Gd) методом Чохральського, які забезпечують кристалізацію до 70% розплаву та відсутність домішкових фаз і центрів забарвлення в кристалах. Для кристалів CaБ3RE2(BO3)4:Yb,Er (RE=Y, Gd) вперше отримана лазерна генерація на довжині хвилі 1,53 мкм з ККД лазера 12-13% та вихідною потужністю до 0,5 Вт в режимі безперервної генерації. Патент України на винахід №113816, Бюл. №5, опубл. 10.03.17 р. https://doi.org/10.211222220-9506-2019-10-1-14-22
    8. Методом Чохральского вирощені нові нецентросиметричні монокристали Сa9Nd(VO4)7, Сa10M(VO4)7(М – Li, Na, K) та Ca10,5-xPbx(VO4)7 (х=1,8; 3,5; 4,9). На кристалах Сa9La(VO4)7:Nd та Сa10Li(VO4)7:Nd при ламповому накачуванні отримано лазерну генерацію на довжині хвилі 1,06 мкм з диференціальним ККД 0,99%, що знаходиться на одному рівні з комерційними кристалами ітрій-алюмінієвого гранату YAG:Nd при аналогічних умовах тестування. Патент України на винахід №105337, Бюл. №8, опубл. 25.04.14 р. https://doi.org/10.1039/C8CE01843J
    9. Встановлено закономірності формування оптичних та люмінесцентних характеристик монокристалів YAG:Ce з високою однорідністю розподілу активатору, отриманих методом ГСК в відновному газовому середовищі. Показано, що спектральні властивості і просторовий розподіл випромінювання світлодіода з монокристалічним люмінесцентним конвертером YAG:Се істотно залежать від морфології поверхні конвертера. Варіювання шорсткості поверхні дозволяє отримати джерело світла з широким спектром колірних характеристик. Показано можливість створення світлодіода білого світла з корелятивною колірною температурою ТCC~5000-6500 K і індексом передачі кольору CRI≈60-70. Розроблено люмінесцентний конвертер для потужних LED/LD джерел білого світла. Патент України на корисну модель №113542 (опубліковано 10.02.2017р., бюл. №3/2017) DOI:https://doi.org/10.1134/S0030400X16050210

  • НАПРЯМ - ТЕОРІЯ КОНДЕНСОВАНОГО СТАНУ РЕЧОВИНИ

    1. Досліджено релаксацію наночастинки з внутрішньої порою методом молекулярної динаміки. Виявлено ефект існування “магічних” пор у наночастинках, які виявляють аномальну стійкість. Такі пори утворені певною кількістю вакансій. Визначено закономірності зникнення пор з наночастинок в залежності від їх фазового стану. https://arxiv.org/pdf/2001.11209
    2. Виявлено закономірності аномального відбиття частинок з малою кількістю внутрішніх ступенів свободи від пласкої перешкоди. Побудовано теорію, яка передбачає незвичайні ефекти такого відбиття та зіткнення таких частинок. http://openurl.ingenta.com/content?genre=article&issn=1546-1955&volume=12&issue=4&spage=585&epage=588
    3. Побудовано теорію фазового переходу в стан “суперсолід” у розрідженому двовимірному газі електрон-діркових пар в двошаровій системі. Показано, що такий перехід є переходом першого роду і фаза “суперсолід” є гексагональною. https://doi.org/10.1063/10.0001049
    4. На основі DFT розрахунків визначені фактори, які впливають на критерій якості (FOM) Ti:Al2O3 . Показано, що обернена залежність FOM від концентрації Ti4+ може спостерігатись лише для зразків, відпалених при однаковій температурі. https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.2.023135
    5. Передбачено існування аналога моди Карлсона-Голдмана в двошаровій графеновій системі з куперівським спаровуванням електронів і дірок. Показано, що на відміну від звичайних надпровідників, де мода Карлсона-Голдмана виникає лише при температурі, трохи нижчою за температуру надпровідного переходу, в електрон-діркових надпровідниках ця мода існує при всіх температурах, менших за критичну. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.99.125412
    6. На основі теорії функціонала щільності розраховані рівноважні концентрації точкових дефектів в кристалі Ti:α-Al2O3 . Показано, що
      концентрація кластерних дефектів, утворених атомами титану в різних зарядових станах і вакансіями алюмінію, може перевищувати концентрацію простих дефектів. Отримано універсальне співвідношення між концентраціями простих і комплексних дефектів. https://doi.org/10.1063/1.5002532
    7. Передбачено сильне (до 8 порядків) зростання ефективності генерації третьої гармоніки в терагерцовому діапазоні в двошаровій графеновій системі, в якій газ просторово-непрямих екситонів перебуває в надплинному стані. https://doi.org/10.1209/0295-5075/118/67008
    8. Виявлено новий тип точкових вихорів у ідеальній гідродинаміці – дипольні точкові вихори. Побудовано теорію взаємодії таких вихорів між собою та зі звичайними точковими вихорами. https://doi.org/10.1016/j.physleta.2009.02.023
    9. Побудовано теорію конвективної нестійкість у електропровідній рідині, що неоднорідно обертається в спіральному магнітному полі. Знайдено критерії виникнення хаотичних рухів в залежності від параметрів конвекції: безрозмірних чисел Релея, Чандрасекара, Тейлора для різних профілів обертання середовища і зовнішнього азимутального магнітного поля. Отримано нелінійне рівняння яке описує слабонелінійну стадію стаціонарної конвективної нестійкості.
      https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1873-7005/abd8dc
    10. Отримано незвичайне рівняння стану ідеального газу частинок, що не зіштовхуються, яке залежить від форми судини. Виявлено, що рівняння стану газу відрізняється від звичайного наявністю поправки до об’єму судин. Величина цієї поправки залежить від структури фазового простору та наявності частки зайнятою не зруйнованими острівцями стійкості. DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevE.89.012920
    11. Запропоновано теорію фрагментації, яка побудована на простих фізичних принципах. Така теорія дозволила отримати ступеневий розподіл фрагментів за розмірами у великомасштабній області. Розвинута і більш загальна нелінійна теорія сильної фрагментації. Отримано вихід на універсальну асимптотику рішень нелінійного кінетичного рівняння. https://link.springer.com/article/10.1134/S1063776110050183.
    12. Побудовано мінімальну модель прискорення Фермі. Доведено існування траєкторій з нескінченно зростаючою швидкістю, що суттєво відрізняється від кінцевої швидкості у більш складних наближених моделях. Проведено порівняння з результатами, отриманими у високоенергетичному наближенні. Встановлено межу використання такого наближення. DOI: https://doi.org/10.1134/S1063784210050038

  • НАПРЯМ - КРИСТАЛІЧНі МАТЕРІАЛи СКЛАДНИХ СПОЛУК

    1. Встановлено, що структурно-фазовий стан нанокераміки (Y0,99Eu0,01)2O3, отриманої консолідацією нанодисперсних порошків при високому тиску Р=8ГПа, визначається наслідками структурного фазового переходу Скуб.→Вмонокл.. Контроль кінетики зародкоутворення та фрагментації матричної фази забезпечує керування розміром зерен нанокомпозиту (Y0,99Eu0,01)2O3. Оптична прозорість нанокерамік (Т≈60% при λ=1000 нм) реалізується для середнього розміру зерен 12 нм, за якого внесок розсіювання світла на міжфазних межах є мінімальним. http://dx.doi.org/10.1016/j.ceramint.2013.09.072.
    2. У прозорій двофазній нанокераміці Скуб.+Вмонокл. (Y0,99Eu0,01)2O3 визначено
      структуру активаторних центрів фотолюмінесценції. Емісія кераміки
      обумовлена розгалуженням каналів випромінювальної релаксації
      електронних збуджень між іонами Eu3+ у кубічній і моноклінній
      модифікаціях. Виявлено нову широкосмугову люмінесценцію кераміки Скуб.+Вмонокл.2O3 в діапазонах 535-630 і 680-720 нм, що відповідає світінню «збурених» іонів Eu3+, розташованих поблизу границь зерен. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2018.02.034.
    3. Здійснено модифікацію процесів дифузійного масопереносу при консолідації нанодисперсних порошків Lu2O3 шляхом введення полівалентної домішки іонів європію (до 5 ат.%). Підвищення ефективних коефіцієнтів дифузії структуроутворюючих іонів, яке контролюється концентрацією катіонів Eu2+, обумовлене утворенням комплексних дефектів 2Eu´Lu+V••O та зміною ступеню іонності зв’язків RE–O (RE=Lu, Eu). http://dx.doi.org/10.1016/j.optmat.2012.04.020.
    4. Оптимізовано траєкторію спікання високолегованих лазерних керамік (Y1-xNdx)3Al5O12 (x≤0,04) в умовах протікання термічно-активованих фазових перетворювань. Використання різнорозмірних частинок забезпечує конкурентну перевагу процесів ущільнення з характерною енергією активації 235кДж/моль над процесами рекристалізації (E=881кДж/моль) внаслідок реалізації оптимальної просторової конфігурації частинок у компакті, зменшення довжин гетеродифузії іонів та тривалого збереження активності системи за рахунок формування міжчастинкових контактів із високою кривизною поверхні. http://dx.doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2014.01.034; http://dx.doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2014.01.034.
    5. Встановлено, що сповільнення процесів консолідації під час вакуумного
      спікання кераміки Yb3+:YAG у порівнянні з YAG та Nd3+:YAG обумовлено меншою дифузійною рухливістю іонів ітербію у порівнянні з іонами неодиму та ітрію, а також утворенням у кераміці Yb3+:YAG комплексів з іонів Yb2+ і вакансій кисню (YbY→Yb′Y+V0 ). Збільшення іонного радіусу ітербію при відновленні до двозарядного стану призводить до додаткового блокування дифузійної рухливості підградки ітрію. http://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2017.05.023.
    6. Запропоновано спосіб синтезу нанозеренних оптичних керамік (Y0,99Eu0,01)2O3, який полягає у консолідації сферичних наночастинок при високих тисках в умовах фазового перетворення. Метод дозволяє на 3 порядки зменшити час консолідації оптичної нанокераміки у порівнянні з традиційним методом вакуумного спікання. Реалізовано режими консолідації монодисперсних частинок, при яких формується прозора нанокераміка (Y0,99Eu0,01)2O3 з розміром зерна 10-15 нм. Патенти України на винахід №96522, №101916.
    7. Оптимізовано технологічний маршрут отримання високолегованих лазерних керамік (Y1-xNdx)3Al5O12 (x≤0,04) в умовах термічно-активованих фазових перетворювань. Визначено основні чинники процесу (гранулометричний склад різнорозмірних нанопорошків, тип та концентрація домішки-модифікатору, температурно-часові умови спікання), який забезпечує отримання кераміки з оптичними втратами на рівні 10-3 см-1 при 1064 нм, пористістю 10-3 об.% та диференційною ефективністю лазерної генерації вище 60% при діодній накачці на λ=808 нм Патент України на винахід № 108337.
    8. Отримано трирічний грант Національного фонду досліджень України за конкурсом «Підтримка досліджень провідних та молодих учених», проєкт «Новітні та традиційні ІЧ-прозорі кераміки складної архітектури для екстремальних умов експлуатації» (2020-2022рр., №2020.02/0293).