Кафедра нейтронографии (базируется в г. Дубна)

Нейтронные дифракционные исследования атомной и магнитной структуры новых материалов и ее корреляций с физическими свойствами

Информация о структуре кристаллов и ее изменениях при внешних воздействиях является основой для понимания их физических свойств. В исследованиях атомной и магнитной структуры кристаллов с интересными или необычными свойствами дифракция нейтронов играет принципиальную роль. С ее помощью удается провести эксперименты в широком интервале температур, при воздействии на кристалл магнитного поля или высокого давления, выявить корреляцию в изменениях атомной структуры с упорядочением магнитных моментов. Только с помощью дифракции нейтронов удалось получить необходимую информацию о структуре высокотемпературных сверхпроводников, манганитов с эффектом колоссального магнитного сопротивления, новых оксидов ванадия, супериоников, релаксоров и т.д. В ЛНФ ОИЯИ имеются уникальные возможности для нейтронографических исследований атомной и магнитной структуры кристаллов. В частности, действует один из лучших в мире нейтронных дифрактометров - фурье-дифрактометр высокого разрешения, параметры которого позволяют получать прецизионные структурные данные. Эксперименты на дифрактометре проводятся с участием специалистов из ведущих кристаллографических, химических и твердотельных центров России. В ходе выполнения дипломной работы студенты получают фундаментальные знания по кристаллографии, структурному анализу кристаллов, экспериментальным методам нейтронной физики, современной нейтронной дифрактометрии, методам обработки экспериментальных данных.


Явление фазового расслоения в кристаллах сложных оксидов

Явление фазового расслоения в кристаллах или, в более общей формулировке, тенденция образования неоднородных структурных состояний в последние несколько лет выдвинулись на передний край теоретических и экспериментальных исследований систем с сильными электронными корреляциями. Как правило, такие системы обладают интересными физическими свойствами, например, высокотемпературной сверхпроводимостью или колоссальным магнитным сопротивлением. Дифракционные нейтронные эксперименты, ведущиеся на дифрактометрах с высокой разрешающей способностью, позволяют получать уникальную информацию о процессе фазового расслоения в кристаллах, в том числе о возникающих при этом изменениях элементарной ячейки и о размерах когерентных областей сосуществующих фаз. Программа по изучению неоднородных структурных состояний с помощью дифракции нейтронов реализуется в ЛНФ ОИЯИ на фурье-дифрактометре высокого разрешения. Для получения сведений о степени однородности магнитного состояния кристалла дополнительно привлекается метод мюонной спектроскопии.


Исследование структурных изменений в тройных системах халькогенидов ртути HgTe1-xSx, HgTe1-xSex (0.1 < x < 0.9) под влиянием высокого давления

Известно, что в бинарных системах халькогенидов ртути HgSe, HgTe с повышением давления наблюдаются структурные фазовые переходы из кубической структуры сфалерита в гексагональную структуру киновари, а затем в кубическую структуру типа NaCl. В результате этих фазовых переходов происходят также изменения электронного состояния вещества с полуметаллического на полупроводниковое (при переходе сфалерит - киноварь) и с полупроводникового на металлическое (при переходе киноварь - NaCl). Влияние высокого давления на структуру тройных систем халькогенидов ртути HgTe1-xSx, HgTe1-xSex мало изучено. Измерения электросопротивления и магнетосопротивления этих систем показали, что с повышением давления в них так же следует ожидать структурных фазовых переходов, подобных тем, которые происходят в бинарных системах халькогенидов ртути


Cтруктурная модуляция в кристаллах

Структурная и магнитная модуляция наблюдается в магнетиках, диалектриках, полупроводниках и высокотемпературных сверхпроводниках и отражает сложный характер межатомных взаимодествий в реальных кристаллах. В ЛНФ выполнен полный симметрийный анализ последовательности фазовых переходов высокосимметричная-несоразмерная-соразмерная фаза для кристалла TlInS2 и проведены предварительные нейтронографические измерения на монокристалле. Измерения, выполненные при температурах 240К, 210К, 203К, 180К, 100К и 10К, показали, что при всех температурах в TlInS2 происходят структурные изменения. Тема: Структурная модуляция в TlInS2.Дифракционные исследования с двухкоординатным детектором при различных температурах, вычисление векторов модуляции, сопоставление с теоретическими расчетами.


Ближний порядок и магнитная структура в аморфных магнетиках. Расчеты по оптимизации измерений, экспериментальные исследования без магнитного поля и во внешнем магнитном поле

Аморфные материалы - вещества, структура которых состоит из разупорядоченных атомов. В таких структурах отсутствует дальний порядок, но существует ближний порядок. Аморфные материалы по своим физическим свойствам отличаются от кристаллических. Так магнитные аморфные материалы обладают высококачественными магнитными характеристиками и широко применяются в технике. Их магнитные свойства зависят от состава и формируются технологией изготовления. Влияние состава и технологии обработки проявляется в структуре ближнего порядка. Ближний порядок определяется взаимодействием соседних атомов и зависит от характера связи между ними. Структура ближнего порядка описывается радиальной функцией распределения, которая определяет среднюю плотность атомов от расстояния. Радиальная функция распределения вычисляется из спектров упругого когерентного рассеяния нейтронов.


Исследование фрактальной структуры алюмосиликатных гелей методом малоуглового рассеяния нейтронов и синхротронного излучения

Гелями называют аморфные разупорядоченные системы с жидкой дисперсионной средой, в которых частицы дисперсионной фазы образуют пространственную структурную сетку. Они представляют собой твердообразные ("студенистые", "желеобразные") тела, способные сохранять форму, обладающие упругостью и пластичностью. Удалением из гелей жидкой среды (сушка) получают тонкопористые соединения, широко используемые как сорбенты.

Мерой разупорядоченности такого рода систем служит величина, называемая фрактальной размерностью, которая определяет модель роста разупорядоченной (фрактальной) структуры и может быть легко определена из кривых нейтронного, рентгеновского (синхротронного) и светового малоуглового рассеяния. Фрактальная структура гелей зависит от многих параметров, как то состав и концентрация исходных компонент, способ выращивания, температура, способ высушивания и др. В частности, алюмосиликатные гели, высушенные в суперкритических условиях (аэрогели) и на воздухе (ксерогели), обнаруживают различное поведение под влиянием механических нагрузок или электрического поля, что проявляется в появлении у аэрогелей значительного пьезоэлектрического эффекта в сравнении с ксерогелями. Изучение взаимосвязи свойств данных гелей с фрактальной организацией их структуры представляет собой актуальную задачу, которая может эффективно решаться методами малоуглового рассеяния нейтронов и синхротронного излучения.


Фазовые переходы типа порядок-беспорядок, динамика аморфных материалов и ориентационных стекол

На спектрометре высокого разрешения НЕРА-ПР имеется возможность одновременно снимать спектры неупругого рассеяния и дифракции нейтронов. Это позволяет одновременно получать информацию о динамике и структуре исследуемого вещества, что существенно при исследовании структурных фазовых переходов и переходов типа порядок-беспорядок.


Магнетизм на границе раздела двух слоёв: Fe/Gd, Fe/V, Fe/Co

Магнитные слоистые структуры демонстрируют свойства, не наблюдаемые в сплошных магнетиках: распространение магнитного порядка на немагнитный слой, осцилляторный характер обменного спаривания, образование сверхдальнего магнитного порядка в слоистой структуре из слоёв с различной магнитной анизотропией, индуцирование магнитного порядка. Их изучение важно как с фундаментальной точки зрения, так и для целей создания элементов памяти, записи и считывания информации. Поляризационные рефлектометрия и рефрактометрия нейтронов являются эффективным инструментом определения пространственной зависимости вектора магнитной индукции в структуре.


Сосуществование ферромагнетизма и сверхпроводимости в бислое Fe/V(Cr/V)(сверхпроводящий)

Краткое описание программы научной (постдокторской) стажировки (аннотация): Различные типы взаимодействий сосуществуют вблизи границы раздела сверхпроводящего и ферромагнитного слоёв. Это отражается в установлении неоднородного магнитного состояния. Пространственное распределение индукции магнитного поля изучается методами нейтронной рефлектометрии и генерации нейтронного поля стоячих волн.


Поведение вихревой решётки в сверхпроводнике в зависимости от температуры и магнитного поля

Смешанное состояние сверхпроводника характеризуется сложным поведением и наличием множества фаз на диаграмме магнитное поле-температура. Методы малоуглового рассеяния и деполяризации поляризованных нейтронов позволяют изучать изменения структуры вихревой решётки и отдельных вихрей. На формирование смешанного магнитного состояния плёнки сверхпроводника существенное влияние оказывает пиннинг вихрей на поверхности. Явление формирования вихревой решётки в наклонном магнитном поле изучается поляризационным анализом отражённых и преломлённых нейтронов в скользящей геометрии падающего поляризованного пучка нейтронов.


Исследование структуры систем полимерный гель-ПАВ методом малоуглового рассеяния нейтронов

Полиэлектролиты в водных растворах образуют комплексы с противоположно заряженными поверхностно-активными веществами (ПАВ). Аналогичные комплексы могут быть сформированы и гелями из полимеров. При этом агрегация происходит при концентрации ниже, чем критическая концентрация мицеллообразования. Этот нетривиальный результат требует детального исследования.


Исследование полиэлектролитов в матрице полимерного геля методом малоуглового рассеяния

Гели - вещества, широко используемые в промышленности. Интерес к исследованию таких объектов вызван также попыткой получения тонких манипуляторов. Кроме того образование агрегатов в растворах полиэлектролитов достаточно простая модель агрегации жесткоцепных полимеров биологического происхождения.


Изучение механизмов кристаллизации, кристаллическая структура мембранных белков

Для понимания механизмов действия мембранных белков и ферментов необходимо знать их структуру с высоким разрешением. Недавно совместно с Институтом физико-химической биологии им. А.Н.Белозерского МГУ был предложен новый подход к кристаллизации белка с использованием липидных кубических фаз в качестве матрикса. При исследовании процессов кристаллизации и структуры мембранных белков используется дифракция синхротронного излучения и малоугловое рассеяние нейтронов.


Нейтронная спектроскопия внутренних колебаний биологически активных молекул и квантово-химическое моделирование их динамических свойств

Поскольку неупругое некогерентное рассеяние наиболее чувствительно к колебаниям молекулярных комплексов, связанных с водородом, то НЕРА-ПР является уникальным инструментом для исследования богатых протонами биологических веществ. Современное состояние дел в области квантово-химического моделирования динамики решетки и бурный прогресс в области компьютерной техники позволяют проводить эффективные машинные эксперименты, и в комплексе с экспериментами по неупругому некогерентному рассеянию нейтронов получать уникальную информацию о "поведении" биологически активных молекул.


Исследование структуры фазовых переходов модельных фосфолипидных мембран при охлаждении в присутствии криопротекторов

Целью работы является создание программы (Pascal), которая позволит обработать в режиме сканирования несколько сотен спектров записанных на синхротроне при охлаждении мембран до температуры - 60оС. Программа должна рассчитывать положение дифракционных пиков (центр тяжести), их полуширину и интенсивность как функцию температуры. Структура новых фаз возникающих после образования льда должна быть проиндексирована и исследована как функция концентрации липида. Результаты для различных фосфолипидов и криопротекторов должны быть проанализированы и представлены для публикации.


Исследование мицелло-везикулярных переходов методом дифракции рентгеновских лучей и малоуглового рассеяния рентгеновских лучей и нейтронов для системы фосфолипид/неионных сурфактант

Исследования процесса самосборки (растворения) мембраны является важной научной и прикладной задачей. Адекватной теории процесса на сегодня не существует. Возможен прогресс на основе теории самоорганизующихся систем. Процесс растворения мембраны под действием сурфактанта состоит из последовательных шагов (обратный процесс-самосборка):

    а. Разбухание мультислойной структуры (изучается дифракцией ентгеновских лучей), исчезновение межмембранного взаимодействия и ереход к невзаимодействующим бислоям (ламеллам или везикулам).
    б. Растворение бислоя сурфактантом (переход от ламеллярной структуры мицеллярной)

Целью работы является:

  1. Описать силы, действующие между мембранами в процессе набухания стадия а) на основе результатов полученных на синхротроне DCI.
  2. стадия b. Провести модельные расчеты спектров малоуглового ассеяния нейтронов полученных на спектрометре PAXY (LLB) и пектров малоуглового рассеяния ренгеновских лучей полученных на инхротроне DCI. Результаты применения нейтронов и рентгеновского злучения сравнить и представить в виде статьи.

Атомная и магнитная структура новых материалов для науки и техники

Синтезируемые новые материалы исследуются различными методами с целью изучения физических свойств и их изменения при внешних воздействиях - температуры, магнитного поля, давления. Нейтронная дифракция на поли- и монокристаллах - один из методов изучения свойств веществ на атомном уровне. В Техническом университете Щецина синтезированы ванадаты железа нового состава M2FeV3O11, где M=Ni, Co, Zn и Mg. Выполнены рентгеноструктурные исследования и определены параметры и позиции атомов в структуре. В РНЦ Курчатовский институт запланированы измерения магнитной восприимчивости, по результатам которых будут построены магнитные фазовые диаграммы этих соединений. В нейтронографическом эксперименте на нейтронном дифрактометре ДН-2 будет исследована магнитная структура новых ванадатов железа. Тема: Магнитная структура ванадатов железа M2FeV3O11 (M=Ni,Co,Zn,Mg).Температурные измерения дифрракционных спектров, анализ экспериментальных данных, определение магнитной структуры.


Нейтронные дифракционные исследования внутренних напряжений в объемных изделиях и материалах

Среди многочисленных методов изучения внутренних напряжений в кристаллических материалах метод дифракции нейтронов стоит на особом месте, так как, по сравнению с остальными, он является наиболее информативным. В частности, в отличие от традиционных методов, нейтроны могут проникать в материал на глубину до 2-3 см для сталей и до 10 см для алюминия. Кроме того, нейтроны обеспечивают: сохранение целостности исследуемого объекта (неразрушающий контроль), высокое пространственное разрешение (до 1-2 мм в любом измерении), определение кристаллографической анизотропии механических деформаций, информацию о распределении напряжений для каждой компоненты многофазного материала отдельно. В ЛНФ ОИЯИ на нейтронных дифрактометрах высокого разрешения проводятся эксперименты по изучению остаточных напряжений, фазового состава и механических свойств новых перспективных материалов: градиентных структур Cu/W, MoSi2/SiC, композитов Al/Al2O3, Ni3Al/Al2O3 и т.д. Результаты нейтронных экспериментов используются для оптимизации технологии получения таких материалов с необходимыми механическими свойствами. Кроме новых материалов, внутренние напряжения изучаются в промышленных изделиях, в том числе при воздействии высокой температуры или внешней механической нагрузки. Фундаментальные кристаллографические аспекты возникновения и распределения внутренних напряжений изучаются в кристаллах-ферроэластиках при фазовых переходах с изменением симметрии.


Моделирование текстурообразования в поликристаллах при пластическом деформировании

При выполнении дипломной работы предлагается дополнение метода Тейлора уравнениями, учитывающими высокотемпературное деформирование поликристаллических геоматериалов, написание программы для компьютерного моделирования переориентации кристаллитов.Основной задачей работы является установление связи между типом текстуры и ориентировкой текстурных компонент с тензором деформации, действующим при формировании текстуры.


Исследование напряженно деформированного состояния блоков литосферы Земли на основе данных нейтронографического текстурного анализа

В работе предлагается использование термодинамического и кинематического подхода для установления зависимости между преимущественной ориентировкой минералов и ориентировкой главных осей тензора механических напряжений. При выполнении работы должна быть решена задача реконструкции палеонапряжений на основе данных нейтронографического текстурного анализа.


Когерентные поля волн нейтронного и синхротронного излучений в слоистых наноструктурах

В последнее время возник большой интерес к исследованиям по генерации и детектированию высококогерентных волновых полей нейтронного и синхротронного излучений, предназначенных для исследований структурных и магнитных свойств многослойных наноматериалов. Эти, так называемые поля стоячих волн могут быть использованы для характеризации применяемых в микроэлектронике и для систем записи и считывания информации слоистых структур, а также для создания высокомонохроматичных и высококоллимированных пучков излучений. Искусственно создаваемые когерентные структуры излучений являются также основой фазосдвигающих элементов интерферометров, используемых для исследования оптических явлений с участием нейтронного и синхротронного излучений.

Темы работ:

    1. Разработка генератора коротковолновых стоячих нейтронных волн и рентгеновского излучения: расчёты, создание, эксперимент.
    2. Нейтронный волновод, волновод рентгеновского излучения: расчёты, оптимизация, создание.
    3. Стоячая волна при сильном поглощении: обоснование, расчёты, экспериментальные исследования.
    4. Применение поля стоячих волн для определения пространственной зависимости намагниченности в слоистой магнитной структуре.

EXAFS спектроскопия

EXAFS спектроскопия на пучке синхротронного излучения, её применение для исследования конденсированных сред, рентгеновская оптика деформированых кристаллов, влияние параметров монохроматора и пучка (СИ) на эффекты сферической аберрации в полихроматическом фокусе, регистрация рентгеновского излучения позиционно-чувствительным детектором, выбор рабочих режимов, обработка экспериментальных данных EXAFS-спектров


Экспериментальные методы оптической спектроскопии в исследовании наноструктурных систем и объектов

Спектроскопия комбинационного рассеяния конденсированных сред, флюоресцентная спектроскопия биологических объектов, полупроводниковые лазерные системы для возбуждения, методы построения оптических систем со сканированием изображения с объектов, исследование профиля рамановского спектра с пространственным разрешением 100 нм ферроэлектрических и магнитных доменов.


Проект спектрометра малоуглового рассеяния рентгеновских лучей для источника DELSY

Целью работы является расчет:.малоугловой установки рентгеновских лучей с фокусировкой пучка на образце (изогнутый монохроматор), малоугловой установки ренгеновских лучей с монохроматором в виде двойного кристалла. Необходимо на основе установок D22 и D24 синхротронного источника DCI LURE сделать расчет функции разрешения, интенсивности при заданном разрешении и скорости счета для трех вариантов детекторов: газовый, имидж-Plate, Gruner type. На основе проделанного анализа предложить вариант установки подходящей для исследования структуры переносчиков лекарств на основе липидов.


Исследование динамики высвечивания кристалла сульфида цинка

Целью работы является расчет: Целью исследования является установление основных параметров высвечивания кристалла в составе сцинтилляционного экрана. Выделение основных компонентов высвечивания, определение их удельной мощности и постоянных времени. Разработка математической модели для выделения сигнала захвата нейтрона. Метод исследований: прогаммный статистический анализ сигналов фотоприемника. Разработка математического алгоритма разделения событий эффект/фон в последовательности импульсов.


Анализ данных малоуглового рассеяния нейтронов и обработка ошибок измерений

Целью работы является рассмотрение существующих алгоритмов и компьютерных программ, позволяющих провести оценку вычислительных ошибок при анализе анизотропных данных на установках по малоугловому рассеянию нейтронов. Разработка эффективного алгоритма оценки ошибок. Методы: сравнительный анализ методик обработки данных на примере одного и того же образца. Использование статистических методов оценки ошибок.


Создание стенда калибровки низкотемпературных датчиков

Целью работы является разработка методики калибровки низкотемпературных датчиков на базе регулятора температуры, гелиевого рефрижератора и ПК. Автоматизация процесса калибровки.


Развитие методов проектирования и настройка позиционно-чувствительных детекторов для рентгеновских и нейтронных источников

Целью работы является сравнение расчетных и экспериментальных характеристик g и n0 ПЧД для улучшения основных параметров. Метод: расчет и моделирование программой "Garfield" процессов развития электронных лавин в газах, при определенных конфигурациях электрических полей и состава газовой смеси. Снятие характеристик детектора.


Пропорциональный детектор тепловых нейтронов

Знакомство с принципом действия пропорционального газового детектора ионизирующих излучений; исследование характеристик пропорциональных детекторов на существующих приборах; разработка, изготовление детектора нейтронов; тестирование на пучке реактора.


Пропорциональный детектор тепловых нейтронов с повышенной скоростью света

Знакомство с принципом действия пропорционального газового детектора ионизирующих излучений; исследование характеристик газового детектора ионизирующих излучений; исследование характеристик многопроволочных пропорциональных детекторов на существующих приборах; исследование зависимости скоростей дрейфа электронов от состава рабочей смеси; разработка, изготовление детектора нейтронов, тестирование на пучке реактора.


Исследование динамики импульсного реактора периодического действия на быстрых нейтронах Исследование автоколебаний импульсного реактора периодического действия на быстрых нейтронах

Уравнения кинетики.(уравнения мощностной обратной связи,передаточные функции мощностной обратной связи и реактора. Исследование устойчивости реактора частотным методам.). Уравнения кинетики (уравнения динамики, передаточная функция реактора, автоколебания с одной и двумя частотами)


Изучение явления спонтанного саморазогрева холодных замедлителей нейтронов

При низких температурах и при воздействии нейтронного потока в веществах, служащих замедлителями нейтронов, накапливается скрытая энергия (радикалы, дефекты). При достижении критической плотности дефектов (радикалов) возникает температурная неустойчивость, и вещество самопроизвольно быстро нагревается. В настоящее время в ЛНФ создается установка (УРАМ-2) для детального изучения этого феномена, который интересен не только как мешающий фактор при работе холодных замедлителей, но и имеет значение для понимания процессов эволюции органического вещества во Вселенной.