Лаборатория исследования магнитных свойств
Расскажите простыми словами о Ваших исследованиях в лаборатории.
Большая часть наших исследований связана с физикой магнитных фазовых переходов. Мы исследуем механизмы возникновения магнито-структурных фазовых переходов в металлических сплавах. При фазовом переходе в них изменяется не только кристаллическая структура, но и магнитная. Проблема заключается в том, что твёрдые тела состоят из большого числа атомов, которые состоят из электронов и ядер. В этом случае не приходится даже говорить о точном решении такой задачи с множеством взаимодействующих частиц, так как подобные квантово-механические задачи не имеют точного аналитического решения. Если задачу нельзя решить аналитически, то приходится выявлять физические особенности исследуемого процесса экспериментально и пытаться предложить феноменологическую теорию.
На данный момент невозможно достоверно предсказать элементный состав материала, который обладал бы желаемыми параметрами фазового перехода. Поэтому конечной целью наших исследований, конечно же, является создание предсказательной модели магнитных фазовых переходов первого рода на основе всестороннего анализа экспериментальных данных.
Какое практическое применение имеют фазовые переходы?
Фазовые переходы имеют обширное практическое применение. Например, материалы, обладающие магнитными фазовыми переходами, можно использовать в качестве рабочего тела в твердотельных холодильниках. В обычных холодильниках с фреоном (рабочим веществом, используемым для охлаждения) один цикл охлаждения проходит в течение 5 минут. Если выбрать рабочим телом не газ, а твёрдое вещество, то можно проводить и 10 циклов в секунду. Это увеличивает КПД холодильника. Прототипы таких устройств существуют, в настоящее время в качестве рабочего тела обычно используется гадолиний. Он достаточно дорогой и для работы требует создания больших внешних магнитных полей, поэтому хочется найти замену. Подходящий сплав приходится искать «вслепую».
Также материалы с фазовыми переходами можно использовать в качестве элементов микроэлектроники, так как при внешних воздействиях скачком меняется проводимость.
Как проходят исследования в лаборатории? Вы занимаетесь больше теорией или экспериментом?
Мы стараемся подходить к решению поставленных задач с использованием всесторонних методов экспериментального и теоретического исследований, так как они дополняют друг друга.
В начале существует нерешённая задача, как правило, она уже содержит какое-то предположение. Перед началом эксперимента необходимо продумать его детали, синтезировать объекты исследования, подготовить их должным образом для каждого из экспериментов. Затем проводится экспериментальное изучение исследуемого процесса
Например, мы занимаемся измерениями магнитных свойств при помощи вибрационного магнитометра. Оборудование позволяет нам контролировать температуру и внешнее магнитное поле в широком диапазоне. Также возможны измерения транспортных свойств: магнитосопротивление, эффект Холла. Кроме того, особый интерес для нас представляют и оптические эффекты, например эффект Керра, при помощи которого мы можем судить о поверхностных магнитных свойствах.
При проведении эксперимента мы получаем различного рода данные в виде зависимостей параметров. Важно проанализировать эти зависимости и попытаться сделать выводы из результатов анализа. Для этого мы чаще всего используем теоретические расчеты и оценки. Только при совместном использовании теории и эксперимента можно получить достоверные результаты.
Сотрудничаете ли вы с какими-то организациями и компаниями?
Часто приходится работать и с коллегами внутри факультета (кафедры общей физики, физики колебаний, нанофотоники и твердого тела), и с коллегами из других вузов России, например, МИСиС, УРФУ, БФУ, и т.д. С зарубежными коллегами в последнее время ведется менее активная совместная работа, хотя остались совместные проекты с аргентинцами, бразильцами, венграми. Периодически появляется совместная деятельность с коммерческими компаниями.
Как вы решили прийти в науку?
Я, как и все, поступил на физический факультет. Выбор кафедры на физическом факультете – задача непростая, 40 кафедр покрывают все области физики. Меня, в первую очередь, заинтересовала физика твёрдого тела. Все вокруг современные устройства состоят из различных функциональных материалов. Технологический прогресс устроен таким образом, что все равно его развитие будет определяться внедрением новых материалов и эффектов, которые в них наблюдаются. Эта область будет востребована всегда.
На каком курсе студент может прийти в лабораторию?
Оптимально прийти в лабораторию на 2 курсе, но можно начать и на 1.
Нужно ли знать программирование для работы в лаборатории?
Того уровня, который преподают на 1-2 курсе, обычно достаточно. Если у человека возникает желание больше заниматься моделированием, то с имеющимися знаниями он может углубиться в программирование самостоятельно.
Про лабораторию исследования магнитных свойств и научную деятельность рассказал младший научный сотрудник Комлев Алексей Степанович (komlev.as16@physics.msu.ru).