Abstract: При создании новых поколений материалов в системах прекурсор-целевой про-дукт важную роль играют процессы самоорганизации, эволюционирующие в неравно-весных процессах. Эволюция систем ведет к появлению детерминированного хаоса, который навязывает им пространственную структурную и химическую неоднородность на макро-и наноуровне. Нелинейный характер эволюции делает невозможным организовать оптимально реакционную зону без знания деталей хаотического поведения системы во временной шкале неравновесного процесса. Проблема решаема при наличии данных о природе, числе фаз, их реальном составе, наноструктуре, количестве и пространственном распределении. Основу диагностики обычно составляют общепринятые методы дифракции, спектроскопии и электронной микроскопии высокого разрешения, но познание способов организации наноструктурных устройств многоэлементных твердых систем базируется лишь на специально развитых дифракционных методах. И даже в этих случаях, как и при компьютерном моделировании, многообразие источников химической неоднородности материала остается непредсказуемым. В докладе все многообразие химических превращений в химически сложных системах предлагается рассматривать по совокупности данных, получаемых химиче-ским методом. Акцент сделан на инструментальный, безэталонный, стехиографический метод дифференцирующего растворения (ДР). Его фундаментальные основы и метрологические характеристики позволяют надежно идентифицировать по составу (не по структуре!) кристаллические и аморфные фазы, основные и примесные с низким содержанием, определять их количество, нестехиметрию, природу дефектов и внутреннюю пространственную неоднородность, равно как выдавать косвенную информацию о структуре, касающейся гранулометрии, пористости и текстуры. В докладе эффективность ДР метода, контролирующего природу хаоса, демон-стрируется на примере изучения гетерофазного, неравновесного процесса лазерной аб-ляции мишени YBa2Cu3Ox (Y123) в кислороде с осаждением сверхпроводящих пленок на сапфировую подложку. Детальные исследования процессов образования и расшире-ния лазерной плазмы в кислороде, осаждения частиц на подложку, переноса кислорода в пленку, формирования кристаллической структуры пленок, взаимодействия пленки с материалом были проведены в том числе и с ДР диагностикой. Эксперимент показал, что процесс образования аморфной Y123 фазы начинается при комнатной температуре, но вплоть до высоких температур он характеризуется неустойчивостью из-за чрезвы-чайной чувствительности пленок к конкретным условиям синтеза, где формирование бинарных оксидов опережает формирование самой сверхпроводящей фазы. Эти экспе-риментально обнаруженные локальные химические изменения пленок на разных этапах неравновесного процесса напыления обосновали новые закономерности, определяющие развитие всей системы в режиме самоорганизации. В докладе представлены и обсуждаются обоснованные способы и конкретные условия направленного подавления хаоса. Это обеспечило выход на однофазные и высоко гомогенные пленки Y123, в монокристальном состоянии и с ориентационным соответствием с сапфировой подложкой. Такие пленки имели хорошо воспроизводимые, рекордные значения транспортных сверхпроводящих свойств. Химическая диагностика временной эволюции этой системы оказалась принципиально значимой для развития технологии пленок и их применения.

Cite: Васильева И.Г.
Новый подход к cозданию функциональных материалов в неравновесных процессах
XV Симпозиум с международным участием «ТЕРМОДИНАМИКА И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ» 03-07 июл. 2023