Паспорт проекта

Название проекта

Теоретическое материаловедение наноструктур

Руководители проекта

д.ф.-м.н., доцент Сорокин Павел Борисович

Цели проекта

Создание инфраструктуры, работающей в области теоретического исследования наноматериалов, проводящей самостоятельные исследования, а также обеспечивающей теоретическую поддержку экспериментов, проходящих в НИТУ "МИСиС" и зарубежных научных группах.

Задачи проекта

Расширение научного знания о неуглеродных наноматериалах, преимущественно двумерных, поиск новых устойчивых наноструктур, исследование условий их стабильности, электронных и магнитных свойств, а также изучение гетероструктур на их основе.

Уникальность проекта

Уникальность данного проекта состоит в непосредственном сотрудничестве с международными и российскими экспериментальными научными группами. Результаты теоретического исследования наноструктур, полученные российской частью научного коллектива, тесно интегрированы в экспериментальную деятельность международных лабораторий по всему миру. Такое сотрудничество оптимально со всех точек зрения и позволяет проводить исследования на мировом уровне.

Актуальность проекта

Актуальность проекта определяется расширением научного знания о различных двумерных наноматериалах, поиском новых наноструктур, исследованием их стабильности и свойств, а также изучением гетероструктур на их основе. Новая область двумерных материалов, основанная открытием графена, имеет значительные перспективы для фундаментальных исследований и практических приложений. На данных момент активно исследуются двумерные плёнки различного химического состава, имеющие широкий спектр различных свойств. Активность в этой области отражается в количестве публикаций – исследованиям неуглеродных двумерных плёнок посвящено большое число статей, а их исследованием занимаются ведущие группы по всему миру.

Оборудование

Для успешной работы научного коллектива в НИТУ "МИСиС" имеется вычислительный кластер, доступ к которому позволяет проводить теоретические расчеты по заявленной тематике на высоком уровне. Сотрудничество с международными научными группами также позволяет задействовать ресурсы наших коллег.

Мероприятия научного коллектива

В инфраструктуре проводятся международные научные семинары "Современное материаловедение", в которых принимают участие сотрудники различных научных институтов и вузов как из России, так и из-за рубежа (в том числе молодые ученые, студенты и аспиранты НИТУ "МИСиС" и прочих учебных и научных заведений).

Партнёрство и сотрудничество

Основной целью проекта является проведение совместных научных исследований с экспериментальными группами, что предопределяет наличие широкой сети сотрудничества с различными международными и российскими научными группами. Так, в выполнении проекта задействованы эксперименатльные и теоретические группы из Японии (JAEA), Южной Кореи (Kyungpook National University), Финляндии (Aalto University), Германии (Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf), США (Tulane University), Нидерландов (University of Twente) и др. Сотрудники инфраструктуры постоянно расширяют свои связи, принимая участие в семинарах, проводимых сторонними научными институтами, в качестве приглашенных ученых.

Фундаментальная научная проблема, на решение которой направлен проект – расширение научного знания о неуглеродных наноматериалах, преимущественно двумерных, поиск новых устойчивых наноструктур, исследование условий их стабильности, электронных и магнитных свойств, а также изучение гетероструктур на их основе. Данная проблема возникла в результате огромного интереса к новым двумерным структурам в наступившей постграфеновой эре. Это связано, прежде всего, со сложностями применения графена в полупроводниковой электронике, что заставило исследователей обратить внимание на неуглеродные двумерные материалы. Несмотря на значительные усилия в поиске двумерных структур с перспективными проводящими свойствами, текущий прогресс в этой области не позволяет говорить об обнаружении материалов, полностью удовлетворяющих потребностям современной науки и технологии. Действительно, наиболее интенсивно изучаемые представители семейства дихалькогенидов переходных металлов MoS2 и WS2 демонстрируют недостаточную подвижность носителей заряда, что снижает их перспективность применения в полупроводниковых устройствах. Дальнейшие поиски полупроводникового двумерного материала с высокой подвижностью носителей заряда пока не увенчались успехом. Поиск двумерных плёнок новых составов не ограничивается только полупроводниковыми структурами. Снижение размерности часто приводит к появлению новых физических эффектов, интересных и неожиданных с фундаментальной точки зрения и перспективных для дальнейшего приложения. Например, можно отметить графитизацию ионных плёнок в слабо связанные слои гексагональной симметрии за счёт появления дистабилизирующего дипольного момента. Или изменение электронных свойств MoS2 при изменении его размерности. Двухслойный MoS2 обладает свойствами непрямого полупроводника с величиной запрещенной зоны 1.6 эВ, однако, монослой MoS2 – это прямой полупроводник с еще большим значением ширины запрещенной зоны 1.9 эВ, демонстрирующий ярко выраженные фотолюминисцентные свойства, отсутствующие в объемной форме. Эффект смены типа перехода от непрямого к прямому при достижении толщины плёнки в один слой так же наблюдается в WS2 и других дихалькогенидах переходных металлов, таких как MoSe2, WSe2 и MoTe2. Перспективным представляется получение гетероструктур на основе двумерных материалов путем помещения 2D структур друг на друга. Так, гетероструктура, состоящая из графена, нитрида бора и дихалькогенидов переходных металлов, способна испускать свет со всей поверхности при пропускании через нее электрического тока, то есть представляет собой сверхтонкий и сверхгибкий светодиод. Важно отметить, что свойства гетероструктуры полностью зависят от типа и порядка расположения двумерных слоёв. Огромное число комбинаций слоёв в таких 2D гетероструктурах требует первоначального теоретического анализа, позволяющего проводить сложный экспериментальный синтез таких материалов с ясным пониманием свойств конечной структуры. Гетероструктуры, а также отдельные 2D плёнки могут быть использованы в качестве основы для устройств электроники нового поколения, спинтроники, фотовольтаики и др.

Основные результаты работы в 2015 году заключаются в следующем: 

- Исследованы магнетотранспортные свойства графеновых спиновых клапанов на основе пермаллоя. 
- Исследована индуцированная спиновая поляризация в однослойном графене в гетероструктуре графен/полуметалл (La0.7Sr0.3MnO3, LSMO). Разработана теоретическая модель, описывающая эффект индуцированной спиновой поляризация в гетероструктуре графен/LSMO; - Проведено исследование электронных свойств графена на различных подложках: 
- Предсказаны и синтезированы новые наноструктуры имеющие перспективы применения в электронике. Получены зависимости электронных свойств материалов от их размера, проведена оценка влияния размерного эффекта. 
- Исследованы новые эффекты в двумерные структурах, изучены особенности стабильности предсказанных ранее углеродных плёнок, предсказаны новые свойства графена - флексоэлектрический эффект. 
- Рассмотрены слоистые гетероструктуры на основе химически связанных слоёв MoS2, связывание в которых осуществлялось за счет атомов металлов находящихся между слоями. Оценены энергии связывания атомов металла между слоями MoS2. Проведено исследование изменения в электронной структуре химически связанных слоев MoS2.

2015 Сорокин П.Б. Translation Symmetry Breakdown in Low-Dimensional Lattices of Pentagonal Rings J.Phys.Chem.Lett.
2015 Квашнин Д.Г. Transport investigation of branched graphene nanoflakes Nanotechnology
2015 Сорокин П.Б., Антипина Л.Ю. Hole-doping of mechanically exfoliated graphene by confined hydration layers Nano Research
2015 Квашнин Д.Г., Сорокин П.Б. MoS2 decoration by Mo-atoms and the MoS2–Mo–graphene heterostructure: a theoretical study Phys. Chem. Chem. Phys.
2015 Сорокин П.Б. Elastic properties of nanopolycrystalline diamond: The nature of ultrahigh stiffness Appl. Phys. Lett.
2015 Крашенинников А.В. Solubility of Boron, Carbon, and Nitrogen in Transition Metals: Getting Insight into Trends from First-Principles Calculations J.Phys.Chem.Lett.
2015 Попов З.И. Ab initio and empirical modeling of lithium atoms penetration into silicon Comp. Mater. Sci.
2015 Сорокин П.Б. Flexoelectricity in Carbon Nanostructures: Nanotubes, Fullerenes, and Nanocones J.Phys.Chem.Lett.
2015 Сорокин П.Б., С. Сакай, Ш. Энтани Prospects of Spin Catalysis on Spin-Polarized Graphene Heterostructures Aust. J. Chem.
2016 Крашенинников А.В. Phosphorene under electron beam: from monolayer to one-dimensional chains Nanoscale
2016 Сакай С., Попов З.И., Аврамов П.В., Энтани С., Сорокин П.Б. Proximity-induced spin polarization of graphene in contact with half-metallic manganite ACS Nano
2016 Аврамов П.В., Сакай С., Сорокин П.Б. Estimation of graphene surface stability against the adsorption of environmental and technological chemical agents Phys. Chem. Chem. Phys.
2016 Попов З.И., Сакай С., Энтани С., Сорокин П.Б., Аврамов П.В. The electronic structure and spin states of 2D graphene/VX2 (X= S, Se) heterostructures Phys. Chem. Chem. Phys.
2016 Сорокин П.Б. Diamond’s third-order elastic constants: ab initio calculations and experimental investigation Journal of Materials Science
2016 Попов З.И. Toward analysis of structural changes common for alkaline carbonates and binary compounds: prediction of high-pressure structures of Li2CO3, Na2Co3, and K2CO3 Crystal Growth & Design
2016 Энтани С., Антипина Л.Ю., Сорокин П.Б., Аврамов П.В., Сакай С. Fluorination control of single-layer graphene by high energy ion irradiation through LiF overlayer RSC Advances
2016 Попов З.И. The B2 FeS as a candidate for sulfur bearing compunds at pressures of the Earth’s core Geophysical Research Letters
2016 Крашенинников А.В. Revisiting hollandites:  decoration of channels by main-group and transition-metal elements in Bi2-xVyV8O16 CHEMISTRY OF MATERIALS
2016 П.Б. Сорокин Ionic Graphitization of Ultrathin Films of Ionic Compounds Physical Chemistry Letters
2016 Л.Ю. Антипина, П.Б. Сорокин Direct Fabrication of Functional Ultrathin Single-Crystal Nanowires from Quasi-One-Dimensional van der Waals Crystals NanoLetters
2016 Д.Г. Квашнин, П.Б. Сорокин One-atom-thick 2D copper oxide on graphene Nanoscale
2016 А.В. Крашенинников Peierls Distortions in Iodine Chains inside Carbon Nanotubes Phys Rev Lett
2016 А.В. Крашенинников Creating nanoporous graphene with swift heavy ions Carbon
2017 П.Б. Сорокин Fullerite-based nanocomposites with ultrahigh stiffness. Theoretical investigation Carbon
2017 А.В. Крашенинников Atomic Defects and Doping of Monolayer NbSe2 ACS Nano
2017 Д.Г. Квашнин, П.Б. Сорокин Tuning of the Optical, Electronic, and Magnetic Properties of Boron Nitride Nanosheets with Oxygen Doping and Functionalization Advanced materials
2017 А.В. Крашенинников Structural Distortions and Charge Density Waves in Iodine Chains Encapsulated inside Carbon Nanotubes Nano Letters
2017 А.В. Крашенинников Revisiting hollandites: decoration of channels by main-group and transition-metal elements in Bi2 xVyV8O16 Chemistry of Materials
2017 А.В. Крашенинников Engineering the Electronic Properties of Two-Dimensional
Transition Metal Dichalcogenides by Introducing Mirror
Twin Boundaries
Advanced Electronic Materials
2017 З.И. Попов VS2/Graphene Heterostructures as Promising Anode Material for Li-Ion Batteries J. Phys. Chem. C
2017 З.И. Попов, С.В. Ерохин, П.Б. Сорокин Dirac Cone Spin Polarization of Graphene by Magnetic Insulator Proximity Effect Probed with Outermost Surface Spin Spectroscopy Advanced Functional Materials
2017 З.И. Попов, П.Б. Сорокин Spontaneous doping of 2D MoS2 basal plane by oxygen substitution during ambient exposure Nature Chemistry
2018 Zakhar I. Popov, Pavel B. Sorokin Interface-induced perpendicular magnetic anisotropy of Co nanoparticles
on single-layer h-BN/Pt(111)
Applied Physics Letters
2018 Zakhar I. Popov, Pavel B. Sorokin Holey Single-Walled Carbon Nanotubes for Ultra-Fast
Broadband Bolometers
NanoLetters
2018 Dmitry Kvashnin Closed edge pores in bilayered graphene nanoribbons: features of atomic structures and changes in electronic properties Beilstein Journal of Nanotechnology
2018 П.Б. Сорокин A key role of tensile strain and surface termination in formation and properties of La0.7Sr0.3MnO3 composites with carbon nanotubes Computational Materials Science
2018 П.Б. Сорокин Layered heterostructures based on graphene, hexagonal zinc oxide and molybdenum disulfide: Modeling of geometry and electronic properties Computational Materials Science

д.ф.-м.н., в.н.с. П.Б. Сорокин

д.ф.-м.н., зав. лаб. Д.В. Штанский

к.ф.-м.н., с.н.с. Л.Ю. Антипина

к.ф.-м.н., н.с. З.И. Попов

к.ф.-м.н. А.В. Крашенинников (Aalto University, Финляндия)

Dr. S. Sakai (JAEA, Япония)

Dr. S. Entani (JAEA, Япония)

Д. Г. Квашнин

Н.В. Артемова

Наши проекты

Последние комментарии



Яндекс.Метрика