• Кафедра фізики металів та напівпровідників займається рішенням фізичних проблем та приктичним застосуванням в галузі наукоємних технологій, систем, наноматеріалів, створенням нових приладів, апарутури та обладнання.
• Найсильніший науковий колектив серед ВНЗ Харкова, та 5-й серед усіх українських за рейтингом Google Scholar.
• 8 навчальних та дослідницьких лабораторій, що вивчають провідні галузі сучасного матеріалознавсва.
Основні напрямки нашої наукової діяльності це:
Комплексні дослідження структури і властивостей нанорозмірних тел рентгенівськими, електронно-оптичними методами; Вивчення механізмів формування, структури і фізичних властивостей тонких плівок і композицій на їх основі, зокрема нових об’єктів, таких як фуллеритом, квазікристали, надгратки, нанокристали; Створення магнітно-м’яких плівкових матеріалів, які використані для виробництва магнітних головок та інших електромагнітних пристроїв; Розробка плівкових магніторезистивну сенсорних елементів, які застосовують для виявлення і вимірювання магнітних полів; Дослідження сильних магнітних полів, які генеруються високоанізотропних постійними магнітами, а також датчиків на основі наноструктурованих плівок з гігантським магнітоопором (ГМС) для вимірювання цих полів; Фізика тонких плівок, фазові і структурні перетворення в нанорозмірних плівкових композиціях; Розробка технологій отримання надтонких покриттів і багатошарових плівкових систем для широкого практичного використання; Рентгенівська оптика і мікроскопія; Термічна і радіаційна стійкість рентгенооптіческіх елементів і систем; Розробка нових матеріалів для застосування в якості імплантів в медицині.
Співробітництво ЄС-Україна щодо розвитку потенціалу ядерної освіти та досліджень
“EU-UA Nuclear Research and Education Capacity Building” (NURECAB)
NURECAB – це 24-місячний CSA проєкт, пов’язаний з реалізацією Робочої програми Євратом на 2023-2025 роки і зосереджений на освіті, навчанні, розвитку потенціалу та створенні мереж для посилення ядерної освіти та досліджень в Україні та ЄС.
Проект має наступні цілі:
– Підвищення якості програми освіти та навчання фахівців в галузі ядерної енергетики в Україні,
– Скорочення розриву між програмою освіти та навчання в галузі ядерної енергетики України та потребами ядерного сектору,
– Залучення молоді до ядерних досліджень та розробок,
– Зміцнення співпраці між дослідницькими організаціями та академічними колами України та ЄС з метою розширення їхньої участі в Програмі досліджень та навчання Євратом,
– Підвищення компетенцій та розширення комунікаційних інструментів НКП Євратом в Україні,
– Підвищення обізнаності з програмою Євратом серед українських зацікавлених сторін.
Бенефіціари проєкту з України
- Національний науковий центр “Харківський фізико-технчний інститут”
- Українське Ядерне Товариство
- АТ “НАЕК “Енергоатом”
- Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна
- Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського”
- Національний університет «Одеська політехніка»
- Київський національний університет імені Тараса Шевченка
- Національний технічний університет «Харківський політехнічний iнститут»
Детальніше: https://cordis.europa.eu/project/id/101173510
Наукові проекти кафедри, роботу над якими розпочато у 2024 році.
Фінансування робіт здійснюється за рахунок Міністерства Освіти та Науки України.
Прикладна робота.
Шаруваті системи кристал-квазікристал для захисту від радіаційно-теплового впливу в ядерній/термоядерній енергетиці (дослідження та вдосконалення)
Керівник: завідувач кафедри фізики металів та напівпровідників, доктор наук, професор, Малихін Сергій Володимирович.
Проект спрямований на вирішення важливої наукової проблеми світового рівня в рамках пріоритетних напрямів розвитку науки України. Це стосується використання нових функціонально-активних smart структур для потреб ядерної та термоядерної енергетики, з метою підвищення рівня безпеки та тривалості використання елементів енергоблоків. Проект передбачає лабораторно – практичне випробування квазікристалічних плівкових систем в радіаційно-термічних умовах імітації перехідних процесів термоядерного реактора ITERa та радіації ядерного реактора. Розглядатимуться різноманітні за чергуванням та кількістю шарів системи з вольфраму та тітан-цирконій-нікелевих квазікристалів або їх аппроксимантів, які розглядаються як нові перспективні матеріали з високою твердістю та зносостійкістю, з низькою теплопровідністю. Їх можна використати на поверхні сталі в якості захисних бар’єрів сталі першої стінки, елементів дивертора, або для лопаток турбін. Планується проведення комплексних експериментальних досліджень фізичних явищ та параметрів кінетичних процесів, структурно-напружених змін в плівкових системах під дією водневої плазми перехідних процесів ІТЕРа та радіації.
Прикладна робота.
Визначення процесів перетворення сполук урану в лавоподібних паливовмісних матеріалах Чорнобильської АЕС
Керівник: головний науковий співробітник кафедри фізики металів та напівпровідників, доктор наук, професор, Михайлов Ігор Федорович.
Проект спрямований на визначення умов розкладання сполук урану, що містяться в лавоподібних паливовмісних матеріалах Чорнобильської АЕС в об’єкті «Укриття». Ці сполуки знаходяться у вигляді включень в аморфній захисній матриці. Більшість цих сполук виникли в результаті взаємодії оксидів урану з вологим повітрям під час тридятисемирічної витримки в Об’єкті Укриття Чорнобильської АЕС. Сполуки урану з легкими елементами мають необмежений термін перетворення, тобто завжди будуть сприяти виникненню екологічних катастроф. Щоб запобігти цьому, необхідно стабілізувати їх структуру завдяки видаленню молекул легких елементів: H2O, CO2, NH3 тощо. Таке видалення можна забезпечити термообробкою та взаємодією зі сполуками інших елементів (кремнію, магнію, тощо) під контролем дистанційних методів аналізу матеріалів. Відомий метод рентгеноструктурного аналізу сам по собі не забезпечує такого контролю. В даному проекті вперше буде втілено розробки авторів по ефекту Комптона, що має високу чутливість визначення легких елементів. Під контролем комптонівського розсіяння та XRD будуть досліджені умови розкладання та фазоутворення сполук урану.
Прикладна робота.
Рентгенівська діагностика змін хімічної активності атомів у м’яких тканинах людини на ранніх етапах розвитку патогенезу
Керівник: провідний науковий співробітник кафедри фізики металів та напівпровідників, доктор наук, Михайлов Антон Ігорович.
Проєкт спрямований на використання нових, нетрадиційних методів рентгенівського аналізу для діагностики початкової стадії патогенезу тканин людини під впливом механічного, теплового, хімічного та радіаційного факторів. В умовах масового враження громадян України у ході бойових дій існує небезпека стрімкого зростання кількості онкологічних захворювань. Первинною ознакою майбутніх патогенних фазоперетворювань є зміна хімічної активності атомів, що стимулює біологічні реакції у тканинах. Дослідження у межах попереднього проєкту показали, що атоми можуть значно змінювати свою електронегативність, тобто здатність створювати хімічні сполуки. Було розроблено рентгенівський метод визначення електронегативності атомів за співвідношенням інтенсивностей когерентного та некогерентного розсіювань, який отримав міжнародну підтримку. Результатом реалізації цього проєкту буде визначення кількісних критеріїв зміни хімічної активності під впливом вогнепальних поранень та інших зовнішніх факторів, досліджено зв’язок між зміною хімічної активності атомів та утворенням патологічних фаз, розроблено експресний метод ранньої діагностики патологічних змін тканин через пришвидшення біологічних реакцій, створено макетний зразок рентгенівського приладу для in vivo діагностики початкової стадії патогенезу.
Тематика наукових робіт та проектів кафедри за 2020-2024р.:
Фізичні основи формування функціональних покриттів та нанорозмірних систем для медицини, електронної техніки та спінтроніки. Фундаментальна робота. Сіпатов Олександр Юрійович, старш. дослідник (старш. наук. співроб.), д-р фіз.-мат. наук.
В результаті виконання роботи одержані такі наукові результати: – дані про фазовий склад, структуру, субструктуру та напружений стан нанооб’єктів; – дані про фізичні властивості (електричні, оптичні і магнітні) нанооб’єктів; – дані про статичні та динамічні магнітні властивості нанокомпозитів; – дані про вплив температури на квантовий стан окремих носіїв та, як наслідок, на електричні характеристики провідних наноструктур. Розроблені нові функціональні покриття та нанорозмірні системи (нанорозмірні плівки, надгратки, квантові ями, квантові точки, наноструктуровані ферозонди, біосумісні нанопокриття) для медицини, електронної техніки та спінтроніки.
За результатами досліджень опубліковано 12 статей у журналах, що входять до наукометричних баз даних Scopus та/або WS, 11 у фахових виданнях України, 14 тез доповідей на конференціях, 1 монографія. Захищено 2 кандидатських та 1 докторська дисертаціїю.
Створення та дослідження нанорозмірних багатокомпонентних шаруватих систем і квазикристалічних плівок TiZrNi. Фундаментальна робота. Кондратенко Валерій Володимирович, проф., д-р фіз.-мат. наук.
В результаті виконання дослідження визначено, що інтенсивності комптонівського розсіювання у багатошарових композиціях Mo/Si, Mg/Si, Mg2Si/Si з недостатньою товщиною менше 4мкм важко достовірно зафіксувати у зв’язку з слабким поглинанням і проходженням значної частки жорсткого рентгенівського випромінювання через них з формуванням більш інтенсивного фону розсіювання від підкладки ніж інтенсивність фіксуємого розсіювання. Тому було вперше досліджено інтенсивності комптонівського і релеєвського розсіювання жорсткого рентгенівського випромінювання на додатково виготовлених ЕЗ багатошарових покриттів WC/Si. Це дозволило більш надійно зафіксувати інтенсивності розсіювання завдяки більшої товщини покриття та використання W для більш сильного поглинання випромінювання у покритті і зменшення його фону розсіяння від підкладки. Встановлено наявність різкого зростання комптонівського розсіяння з підвищенням кута ковзання виходу випромінювання за межі 8˚.
За результатами досліджень опубліковано 8 статей у виданнях Scopus та Web of Science, 3 статті у наукових фахових журналах, 2 монографії, 2 навчальних посібники, зроблено 6 докладів на фахових конференціях, отримано 1 патент. Захищено 3 бакалаврські роботи. Захищена дисертація доктора технічних наук. Виконано 2 господарчі договори на загальну суму 255,00 тис.грн.
Фізика взаємодії матеріалів на основі халькогенідних напівпровідникових і квазікристалічних плівкових систем з надвисокочастотним електромагнітним випромінюванням та потужним радіаційним впливом. Фундаментальна робота. Малихін Сергій Володимирович, проф., д-р фіз.-мат. наук.
В результаті виконання дослідження отримані нові, невідомі дотепер знання про закономірності змінювання структури, субструктури, напруженого стану, морфології поверхні та фізичних властивостей перспективних функціональних металевих матеріалів, що використовуються, або можуть бути використані в умовах інтенсивних циклічних радіаційних та термічних навантажень, які є характерними для Міжнародного термоядерного реактора ITER. Розроблені фізичні основи створення стійких металевих матеріалів для ядерної та термоядерної енергетики. Створені приладові структури елементів захисту НВЧ апаратури від електромагнітних імпульсів, елементів пам’яті та фоточутливих елементів на основі халькогенідних напівпровідників.
За результатами досліджень опубліковано 12 статей у журналах, що входять до наукометричних баз даних Scopus та/або WS, 9у фахових виданнях України, 7 тез доповідей на конференціях, 1 монографія. Захищено 1 кандидатську та 1 докторську дисертації. Отримано 2 патенти України.
Рання діагностика патологічних змін тканин людини за спектрами флуоресценції, дифракції та квантового розсіювання рентгенівських променів. Прикладна робота. Михайлов Антон Ігорович, д-р техн. наук.
В результаті виконання роботипроведено дослідження розподілу хімічних елементів та зміни їх хімічної активності в зоні патології. Розроблено спосіб вимірювання залежності Zеф від (sinθ)/λ по спектрах, які отримані за допомогою декількох джерел монохроматичного випромінювання (комплексних вторинних випромінювачів) при одному куті розсіювання. Будуть визначені можливості in vivo діагностики патологічних змін тканин по залежності Zеф від (sinθ)/λ. Створені бази даних залежності ефективного атомного номеру Zеф від (sinθ)/λ, що виміряні за співвідношенням інтенсивностей некогерентного та когерентного розсіювання..
За результатами досліджень опубліковано 7 статей у журналах, що входять до наукометричних баз даних Scopus та/або WS, 9 у фахових виданнях України, 5 тез доповідей на конференціях, 1 монографії. Захищено 1 кандидатську дисертацію. Отримано 2 патенти України.
Державне замовлення ДЗ/115-2021 від 22.04.2021р. « Розроблення технології виготовлення квазикристалічних покриттів в системі титан-цирконій-нікель з особливими фізичними властивостями». Науковий керівник: МАЛИХІН Сергій Володимирович, докт. фіз-мат. наук.
Встановлено технологічні параметри синтезу покриттів на основі системи Ti-Zr-Ni на металевих підкладках, а саме: визначено необхідні відстані, електричні і вакуумні параметри магнетронного нанесення покриттів системи Ti-Zr-Ni. Розроблено методику нанесення покриттів на основі системи Ti-Zr-Ni на металеві підкладки. Визначені температури і час відпалів, необхідні для отримання різних типів структури покриттів TiZrNi: квазикристалу, фази-апроксиманту, фази Лавеса. Складено протокол досліджень структурно-фазових перетворень в покриттях TiZrNi при відпалах. Розроблено технологію нанесення покриттів TiZrNi на металеві деталі. Складено технологічну інструкцію виготовлення покриттів TiZrNi на металевих деталях.
За результатами роботи опубліковано статтю у науковому фаховому журналі, що входить до міжнародних баз даних: O.V. Penkov, I.A. Kopylets, M. Khadem, V.V. Kondratenko, S.V. Malykhin, S.V. Surovitskiy, A.V. Fedchenko . Evaluation of structure and mechanical properties of TiZrNi coatings under annealing // Thin Solid Films.- 2022.- Vol.748.- p. 139149. Оформлено і подано заявку на видачу патенту України на корисну модель «Спосіб виготовлення товстих міцних покриттів на основі сплаву TiZrNi»
Наноструктуровані матеріали, як функціональні елементи подвійного призначення для медицини, електронної техніки та спінтроніки. Фундаментальна робота. Сіпатов Олександр Юрійович, проф., д-р фіз.-мат. наук.
Одержані такі наукові результати: – дані про фазовий склад, структуру, субструктуру та напружений стан нанооб’єктів; – дані про фізичні властивості (електричні, оптичні і магнітні) нанооб’єктів; – дані про статичні та динамічні магнітні властивості нанокомпозитів; – дані про характеристики квантового стану носіїв в провідних наноструктурах з надпровідністю та електричними величинами. – оптимальні параметри осадження біосумісних двошарових покриттів МеN/MeO та їх структурна атестація.
За результатами досліджень опубліковано 7 статей у журналах, що входять до наукометричних баз даних Scopus, 4 статті у фахових виданнях України, 2 тези доповідей на конференціях.
Міжнародні проекти
INTAS project № 96-0535 (1997 – 2000)
CRDF project № UE2-2069 (2000 – 2002)
CRDF project № UP2-2426 (2002 – 2004)
CRDF project № UP2-2444-KH-02 (2002 – 2005)
CRDF project № UKP2-2896-KV-07 (2008 – 2010)
CRDF project № UKP-7074-KK-12 (2013 – 2015)