На базе NPL в Лондоне сотрудник ИрГТУ Андрей Мысовский совершенствовал перспективный метод моделирования сложных молекулярных структур

14 октября 2014 года//Наука

Начальник отдела квантовой и вычислительной физики НИ ИрГТУ Андрей Мысовский в течение двух месяцев стажировался на базе Национальной физической лаборатории (National Physical Laboratory, NPL) в Лондоне. Он занимался научными исследованиями по программе «Современные методы моделирования структур неупорядоченных интерфейсов металл-диэлектрик».

Для своей стажировки А. Мысовский не случайно выбрал именно лондонскую Национальную физическую лабораторию, которая  является правительственным исследовательским центром Великобритании. Она основана в 1900 году  для выполнения промышленных запросов в целом и для стандартизации единиц измерения. В лаборатории организовано  шесть отделений: электричества, материаловедения, механической и оптической метрологии, численного анализа и информатики, квантовой метрологии, радиационных исследований и акустики.

Руководителем работ иркутского ученого выступила  представитель лаборатории, которая активно занимается изучением ферроэклектрических перовскитов. Отметим, что перовскит – редкий минерал из класса окислов, титанат кальция. Перовскит является сегнетоэлектриком (кристаллический диэлектрик, обладающий в определённом интервале температур самопроизвольной игрой света-поляризацией).

А. Мысовский рассказал, что он исследовал элементный состав сложных соединений  – твердых растворов титаната и цирконата свинца, которые обладают  исключительными пьезо- и ферроэлектрическими свойствами. Как и оксид кремния, они имеют различные кристаллические фазы, демонстрируя разные свойства. В определенных фазах титанат и цирконат свинца обладают ферроэлектрическими свойствами, в других фазах эти соединения  демонстрируют очень высокие значения диэлектрической проницаемости. В свою очередь, ферроэлектрические фазы обладают пьезосвойствами (основанными на давлении), которое  находит важное технологическое применение. На сегодняшний день титанат и цирконат свинца являются лучшими пьезоэлектриками.  Пьезоэлектрики — диэлектрики, в которых наблюдается пьезоэффект, то есть  они могут либо под действием деформации индуцировать электрический заряд на своей поверхности, либо под влиянием внешнего электрического поля деформироваться. Пьезоэлектрики широко используются в современной технике как элемент датчиков (давления). Существуют пьезоэлектрические детонаторы, источники звука огромной мощности, миниатюрные трансформаторы, кварцевые резонаторы для высокостабильных генераторов частоты, пьезокерамические фильтры, ультразвуковые линии задержки и др. Наиболее широкое применение в этих целях кроме кристаллического кварца получила поляризованная пьезокерамика, изготовленная из поликристаллических сегнетоэлектриков, например, из цирконата-титаната свинца. Пьезоэлектрики  также используются  в сканирующих микроскопах для тонких манипуляций.

«Ученые не всегда имеют возможность прямого экспериментального управления сложными молекулярными структурами. В данном случае  только теоретический метод позволяет определить, как на атомарном уровне устроены эти структуры. На передний план выходят расчетные методы.

Я предлагаю  новый метод предсказания структуры сложных интерфейсов межзеренных границ в кристаллах. Новый подход базируется на концепции химической локальности. Вместо оптимизации структуры методом симуляции отжига или генетическим алгоритмом,  мой метод предполагает выполнение операций «поиска и замены» определенных фрагментов в структуре. Для этого используется набор специально оптимизированных шаблонов, который основан на использовании z-шаблонов. Новый метод направлен на преодоление главного затруднения существующих способов поиска структуры, а именно, их NP-полноту, то есть экспоненциальный рост требуемых вычислительных ресурсов. Это достигается тем, что сначала набор шаблонов оптимизируется, а затем применяется к целой структуре. С помощью данного метода, можно  исследовать атомную структуру сложных систем, включая аморфные вещества,  интерфейсы между разнородными веществами и наноструктуры. Я намерен как можно быстрее развить данный метод генерации сложных молекулярных структур, который сейчас программирую. Для этого его необходимо продемонстрировать  другим исследователям. В ходе стажировки я повысил свой профессиональный уровень и убедился, что новый метод работоспособен, получены положительные  результаты исследований.  Интерес к этому методу проявили английские и китайские коллеги, работающие на базе  Национальной физической лаборатории», - сообщил А. Мысовский.

По итогам стажировки ученый планирует подготовить  публикацию в одном из ведущих международных научных журналов Physical  Physical Review. Это  американское издание   публикует аспекты теоретических и экспериментальных исследований в области физики, издаётся Американским Физическим Обществом (APS) с 1913 года.

Ранее сообщалось, что в 2013 году на базе NPL в Великобритании стажировался  аспирант ИрГТУ Александр Богданов




Вернуться