Анотація до роботи:

Гаєвський О.Ю. Моделі утворення довгоперіодних структур і впорядкованих систем планарних дефектів у кристалах. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 – фізика твердого тіла. – Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України, м. Київ, 2007.

Дисертація присвячена теоретичним аспектам формування, стійкості й властивостей політипних і довгоперіодичних структур у металевих сплавах, ковалентних та іонних кристалах. Розвинено статистико-механічну теорію щільно упакованих (ЩУ) кристалів, основою якої є аналітично отримані вирази для гамільтонианів, що враховують кристалогеометрію систем. Теорія застосована до політипів у сполуках CdI₂ і PbI₂, мартенситних багатошарових структур у сплавах Ni–Mn–Ga, політипних утворень в шаруватих ВТНП-кристалах.

Розвинена електронна теорія систем планарних дефектів, у наближенні псевдопотенціалу отримані аналітичні вирази для енергії взаємодії дефектів упакування (ДУ).

Розроблено теорію упорядкування в сплаві Cu–Au, яка заснована на кумулянтных розкладаннях вільної енергії, враховані атомні кореляції й деформації перетворення, аналітично обчислена електронна енергія сплаву. Установлено температурні області існування довгоперіодной і короткоперіодной фаз, які збігаються з експериментом.

Побудована теорія надпружності в сплавах з ефектом пам'яті форми. Пояснені міжмартенситні перехіди у сплавах Cu–Al–Ni, Ni–Mn–Ga при зовнішніх механічних напругах. Розглянуто кінетику нерівноважних процесів у системах планарних дефектів в умовах мартенситних перетворень, а також рух двійникових границь у магнітному полі в сплавах з магнітної пам'яттю форми.

Поставлене в дисертації основне завдання – з’ясування природи довгоперіодних структур у кристалах і вивчення властивостей, пов'язаних з їхнім утворенням, – вирішувалося за допомогою різних підходів.

По-перше, для вивчення рівноважних станів з довгим періодом були розвинені статистико-механічні квазіспинові моделі з конкуруючими взаємодіями (розділи 1, 3, 4), які допускають виникнення укладань шарів з далеким порядком. Аналіз цих моделей показує, що довгоперіодичні стані можуть виникати при певних співвідношеннях енергій міжшарових взаємодій. Однак у металевих сплавах можливий ще один механізм стабілізації ДС – це зниження енергії електронної підсистеми при виникненні довгого періоду за рахунок, наприклад, ефекту нестінгу. Тому в розділі 2 була розвинена електронна теорія довгоперіодних надструктур, що враховує зміну топології ПФ і перебудову електронного спектра з появою надструктурних векторів ДНС.

По-друге, розвинені в дисертації статистико-механічні моделі були вперше застосовані до сплавів з ефектом пам'яті форми. Довгоперіодні мартенситні структури, що утворюються під впливом зсувних напруг (сплав Cu – Al – Ni) або магнітного поля (сплав Ni – Mn – Ga), обумовлюють властивості гігантської деформації, термопружності та магнітопружності мартенситних фаз.

По-третє, для вивчення нерівноважних довгоперіодних станів у дисертації були розроблені кінетичні моделі самоорганізації й руху планарних дефектів. Ці моделі були застосовані до мартенситних ГЦК–ГЩУ перетворень, які супроводжуються появою дефектів упакування й протікають у нерівноважних умовах (сплави на основі Со), а також до явища гігантської магнітодеформації, обумовленому переорієнтацією двійникових варіантів (сплав Ni – Mn – Ga) .

Основні результати дисертації формулюються в такий спосіб.

1. Запропоновано і розвинуто метод аналітичного висновку гамільтоніанів щільноупакованих кристалів, які мають квазіспинове подання й містять у собі далекодіючі міжшарові взаємодії, які відображаються багатоспиновимі членами. На основі отриманого класу гамільтоніанів уперше коректно з урахуванням кристалогеометрія розвинуто:

– теорія рівноважних політипних структур у сполуках CdI₂ і PbI₂ ;

– теорія мартенситних багатошарових структур у сплавах Ni – Mn – Ga;

– моделі політипних утворень і дефектів упакування в шаруватих ВТНП-кристалах Bi- та Tl-сполук;

– теорія мартенситних переходів, індукованих зовнішнім впливом, у сплавах Ni–Mn–Ga і Cu–Al–Ni з ефектом пам'яті форми.

2. Розвинено електронну теорію систем планарних дефектів у металевих сплавах і отримані наступні результати:

– у наближенні псевдопотенціалу вперше отримані аналітичні вирази для енергій взаємодії дефектів упакування й установлені особливості енергетики систем планарних дефектів;

– показано, що міждефектна взаємодія за певних умов осцілює і повільно убуває з відстанню за ступеневим законом, що задається формою поверхні Фермі;

– визначені особливості недеформаційної взаємодії між точковими й планарними дефектами й пояснена сегрегація вакансій на ДУ.

3. Розроблено теорію фазових переходів у сплаві Cu – Au з утворенням довгоперіодної і короткоперіодної надструктур. У рамках цієї теорії отримані наступні результати:

– обчислена за допомогою кумулянтних розкладiв вільна енергія сплаву, що впорядковується; враховані атомні кореляції й деформації перетворення.

– виведені аналітичні вирази для електронного спектра й щільності електронних станів антифазової ДС, на основі яких обчислена електронна енергія сплаву;

– встановлені температурні області існування довгоперіодної фази CuAu II і звичайної фази CuAu I з коротким періодом, які збігаються з експериментом.

4. Уперше побудована теорія надпружності в сплавах з ефектом пам'яті форми, заснована на квазіспинових гамільтоніанах упорядкованих сплавів, і отримані наступні результати:

– для сплаву Cu – Al – Ni отримана теоретична залежність деформації від напруги зсуву, яка індуцирує міжмартенситні перетворення;

– пояснений перехід 5МТ між мартенситними фазами у магнітному сплаві Ni–Mn–Ga з пам'яттю форми під впливом зовнішніх механічних напруг.

5. Розвинено кінетичні моделі нерівноважних процесів у системах планарних дефектів, що супроводжують мартенситні перетворення:

– уперше побудована теорія нерівноважних процесів у системі планарних дефектів, що моделює поліморфні перетворення в металевих сплавах (наприклад, на основі Со).

– запропоновано новий підхід до аналізу руху двійникових границь у магнітному полі в сплавах з гігантської магнітодеформацією, заснований на отриманих дискретних управляючих рівняннях.

Публікації автора:

1. Верма А., Кришна Г. Полиморфизм и политипизм в кристаллах. – М.: Наука, 1969. – 274 с.

2. Николин Б.И. Многослойные структуры и политипизм в металлических сплавах. – Киев: Наук.думка, 1984. – 240 с.

3. Устинов А.И. Закономерности образования одномерно разупорядоченных состояний в металлических системах при фазовых превращениях сдвигового типа. Дис… д-ра физ.-мат. наук: 01.04.13 – Киев, 1988. – 393 с.

4. Коваль Ю. М. Сплави з ефектом пам'яті форми – потужний клас функціональних матеріалів//Наука та інновації. – 2005. – Т.1, № 2. –
   С.80-95.

5. Кокорин В.В., Мартынов В.В. Последовательное образование мартенситных фаз при одноосном нагружении монокристаллов Ni₂MnGa // ФММ. – 1991. – № 9. – С. 106-113.

6. Sato H., Toth R.S. Long-Period Superlattices in Alloys. II // Phys. Rev. – 1962. – Vol.127, № 2. – P.469-484.

7. Ferraris G., Makovicky E. and Merlino S. Crystallography of modular materials. – Oxford: Oxford University Press, 2004. – 370 p.

8. Fissel A. Artificially layered heteropolytypic structures based on SiC polytypes: molecular beam epitaxy, characterization and properties// Phys. Rep. – 2003. – Vol.379, N 3-4. – P. 149-255.

9. Selke W. The ANNNI model–theoretical analysis and experimental application // Phys. Repts. – 1988. – Vol.170, N 4. – P.213-264.

10. Selke W., Barreto M., Yeomans J. Axial Ising model with third-neighbour interactions // J. Phys. C. – 1985. – Vol.18, N 14. – P.L393-L399.

11. Cheng C., Needs R.J., Heine V. Inter-layer interaction and the origin of SiC polytypes // J. Phys. C. – 1988. – Vol.21, N 6. – P.1049-1063.

12. Экранировка зарядов и фриделевские осцилляции электронной плотности в металлах с разной формой поверхности Ферми/ А.М. Габович, Л.Г. Ильченко, Э.А. Пашицкий, Ю.А. Романов // ЖЭТФ. – 1978. – Т.75, № 1(7). – С. 249-264.

13. Кривоглаз М.А. Диффузное рассеяние рентгеновских лучей и нейтронов на флуктуационных неоднородностях в неидеальных кристаллах. – Киев: Наук.думка, 1984. – 288с.

14. Вуль Д.А., Кривоглаз М.А. Улучшенная теория возмущений для электронной энергии // Металлофизика.–1982.– T.4, № 6. – С. 3-12.

15. Roberts B.W. X-ray measurement of order in CuAu // Acta Met. – 1954. – Vol.2, N 4. – P. 597- 603.

16. Verwerft M., Tendeloo Van G., Amelinckx S. Long period mixed layer polytypes in the Tl₂Ba₂Ca_nCu_n+1O_2n+6 superconductors| // Physica C. – 1988. – Vol.156, N 3. – P. 607-615.

17. Kogachi M., Katada K. Stability of the long-period stacking order in Mg₃In and Mg₃(In_1-y Cd_y) alloys // J.Phys.Chem.Sol. – 1975. – Vol.36, N 4. – P. 501-507.

18. Мартынов В.В., Хандрос Л.Г. Аномальная упругость, обусловленная перестройкой решетки при деформации сплавов медь–алюиий–никель // ДАН СССР. – 1977. – T.233, №2. – С.345-348.

19. Ullakko K., Jakovenko P.T. and Gavriljuk V.G. // Proc. SPIE Smart Structures and Materials, San Diego. – 1996. – Vol.2715. – P. 42-50.

20. Glavatska N.I., Ullakko K. Isomagnetic martensitic transformation in Ni₂MnGa alloys // J. Magn. Magn. Mater. – 2000 –Vol.218. – P.256-260.

21. Long-period martensitic structures of Ni-Mn-Ga alloys studied by high-resolution transmission electron microscopy / J. Pons, R. Santamarta, V.A. Chernenko, E. Cesari // J. Appl. Phys. – 2005. – Vol.97.– 083516.

22. L’vov V.A., Rudenko A.A., Glavatska N.I. Time–dependent magnetostrain effect in martensite: Theory and experiment // Phys. Rev. B. – 2005. – Vol.71. – 024421.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Гаевский А.Ю. О форме мессбауэровского спектра в сплаве Мn–Сu в области структурного и магнитного превращений // Письма в ЖТФ. – 1982. – Т.8, № 20. – С. 1240-1242.

2. Гаевский А.Ю., Устинов А.И. К электронной теории длиннопериодных структур с синусоидальным параметром порядка // ФТТ. – 1984. – Т.26, Вып. 9. – С.2749-2753.

3. Гаевский А.Ю., Устинов А.И. Образование длиннопериодных структур при неравновесных фазовых переходах // Письма в ЖТФ. – 1985. – Т.11, Вып.24. – С.1524-1526.

4. Гаевский А.Ю. Особенности электронной восприимчивости и дальнодействующие силы в системе дефектов упаковки // Металлофизика. – 1986. – Т.8, № 6. – С. 117-118.

5. Гаевский А.Ю., Устинов А.И. Изменение электронной энергии и топологии поверхности Ферми в сплавах при образовании длиннопериодных структур // ФММ. – 1986. – Т.61, Вып. 3. – С.496-503.

6. Механизмы образования одномерно разупорядоченных структур с большой длиной корреляции / Устинов А.И., Гаевский А.Ю.,
Рудь А.Д. и др. // Металлофизика. – 1986. – Т.8, № 4. – С.112-114.

7. Условия и механизмы образования одномерно разупорядоченных структур c большой длиной корреляции / Устинов А.И., Гаевский А.Ю., Рудь А.Д. и др. // ФММ. – 1986. – Т.62, Вып.3. – С. 519-526.

8. Гаевский А.Ю., Устинов А.И. Образование концентрационно неоднородных состояний при полиморфных превращениях в сплавах // ФММ. – 1986. – Т.61, № 6. – С. 1064-1071.

9. Гаевский А.Ю., Устинов А.И. Условия формирования длиннопериодических структур в твердых растворах // ФТТ. – 1987. – Т.29, Вып.10. – С.3051-3053.

10. Гаевский А.Ю. Сверхрешетки дефектов упаковки. Электронная энергия в приближении псевдопотенциала // Металлофизика. – 1987. – Т.9, № 4. – С. 92-101.

11. The influence of the electron subsystem and kinetic factors on the formation of one dimensionally disordered structures with long-range correlation / Ustinov A.I., Gaevskii A.Yu., Rud A.I. et al. // Phys.St.Sol.(a). – 1987. – Vol.99, № 1. – Р.81-90.

12. Совместные магнитный и структурный фазовые переходы в сплавах Mn–Cu / Гаевский А.Ю., Демин С.А., Сыч И.И. и др. // Металлофизика. – 1987. – Т.9, №5. – С. 25-32.

13. Гаевский А.Ю. Взаимодействие дефектов упаковки в металлах с несферической поверхностью Ферми и электронная энергия одномерно разупорядоченных структур // ФММ. – 1987. – Т.63, Вып.4. – С.672-681.

14. Гаевский А.Ю., Устинов А.И. Упорядочение дефектов упаковки в твердых растворах // Металлофизика. –1988.– Т.10, № 4. – С.103-109.

15. Гаевский А.Ю. Модель Изинга с анизотропным многоспиновым взаимодействием в теории плотноупакованных структур. Основное состояние, энергия дефектов упаковки // Металлофизика. – 1988. – Т.10, № 6. – С.83-85.

16. Гаевский А.Ю. Взаимодействия недеформационной природы между точечными и планарными дефектами // ФММ. – 1989. – Т.68, Вып.2, С.243-252.

17. Belokolos E.D., Gaevskii A.Yu. The axial Ising model for martensitic transformation and pseudoelasticity // J.Phys.Chem.Solids. – 1989. – Vol.50, N 12. – Р.1199-1205.

18. Гаевский А.Ю. Межслоевые взаимодействия и политипизм в металлических сплавах// Металлофизика, – 1990. – T.12, №1. – С.31-38.

19. Гаевский А.Ю.. Квазиспиновая модель слоистых плотноупакованных кристаллов. //Сб. "Магнитные и электронные свойства материалов". – Киев: Наук. думка, 1990. – Вып.2. – С.52-74.

20. Белоколос Е.Д., Гаевский А.Ю., Мусиенко О.А. Теория длиннопериодических структур в слоистых кристаллах МХ₂ на основе альтернированной модели ANNNI // ФТТ. – 1990. – T.32, №8. – С.2282-2290.

21. Белоколос Е.Д., Гаевский А.Ю. Модель ANNNI для мартенситных переходов в поле внешних напряжений и мартенситной сверхупругости // ФММ. – 1990. – № 4. – С. 48-58.

22. Гаевский А.Ю. Квазиспиновая модель слоистых политипов в висмутовых и галлиевых соединениях // Сверхпроводимость: физика, химия , техника. – 1990. – T.3, № 8. – С. 1561-1568.

23. Гаевский А.Ю., Король Я.Д., Устинов А.И. Энергетика дефектов упаковки в переходных металах // Металлофизика. – 1993. – T.15, № 1. – С. 43-49.

24. Гаевский А.Ю. Неравновесные фазовые превращения в сплавах с дефектами упаковки. Длиннопериодические структуры при короткодействующих межатомных потенциалах // Металлофиз. новейшие технол. – 2006. – T.28, № 2. – С. 137-149.

25. Гаевский А.Ю. Кинетика двойниковых границ мартенсита Ni – Mn–Ga в магнитном поле // Металлофиз. новейшие технол. – 2006. – T.28, № 4. – С. 459-471.