Відділ фізики кристалів

Відділ фізики кристалів був створений у 1944 році академіком, Героєм Соціалістичної Праці АН УРСР Антоніною Федірівною Прихотько. На теперішній час у відділі працює 26 співробітників, з яких 4 доктори та 11 кандидатів фізико-математичних наук.

З моменту заснування відділ став провідним осередком експериментальних досліджень молекулярних кристалів. У відділі створюється потужна кріогенна лабораторія і розробляється унікальна апаратура для проведення спектральних досліджень при низьких і наднизьких температурах. За створення нового наукового напрямку – фізики молекулярних екситонів, розвитку кристалооптики поглинаючих середовищ співробітників відділу було нагороджено Ленінською премією (1966 р.), а за виявлення міжекситонних взаємодій та нових квазічастинок(молекулярні біекситони та поліекситони) – Державною премією УССР (1977 р.).

У 1960-80-х роках у відділі проводяться фізико-біологічні дослідження з використанням низьких температур і ультразвуку в медицині (Т.П. Птуха, А.Б. Рігберг, О.Ф. Киневський) – Державна премія УССР (1979 р.).

З 1970-х років у відділі починаються експериментальні та теоретичні дослідження напівпровідності металів та оксидної кераміки (Д.П. Моїсеев, С.К. Уварова, А.О. Мотуз, В.М. Бойчук, О.М. Габович, О.І. Войтенко). Було висунуто та підтверджено концепцію, згідно з якою макроскопічні зразки оксидної кераміки можуть утворювати джозефсонівське середовище. Було створено теорію тунельних явищ у джозефсонівських контактах, що включають надпровідники з хвилями зарядової та спінової густини. Було побудовано оригінальну теорію динамічних сил зображення.

У 1978 році, за ініціативи А.Ф. Прихотько при відділі було створено Лабораторію спектроскопії кристалів під керівництвом доктора фіз.-мат. наук. Г. В. Клімушевої. У той час метою робіт лабораторії було проведення комплексних досліджень енергетичної та просторової структури молекул і кристалів спектральними і дифракційними (рентгенівськоми) методами для більш глибокого аналізу екситонних зон кристалів нових органічних сполук.

У 1996-2016 роках, коли завідувачем відділу був проф. Юрій Олександрович Резніков, головним напрямком роботи відділу стає вивчення нелінійно-оптичних, електро-оптичних та поверхневих явищ в рідких кристалах. Одним з найвизначніших наукових досягнень відділу є відкриття ефекту «фотоорієнтації» рідких кристалів полімерною поверхнею, що була опромінена лінійно поляризованим світлом. Цей ефект, який було вивчено співробітниками відділу Ю. Резніковим, Т. Марусій, А. Дядюшою, Ю. Курйозом, О. Ярощуком та В. Решетняком (Київський національний університет імені Тараса Шевченко), викликав величезний практичний інтерес, як реальна альтернатива методу натирання орієнтуючих поверхонь в технології рідкокристалічних дисплеїв.

Сучасна діяльність відділу включає:

  1. фізичні дослідження рідких кристалів та колоїдів на їх основі,
  2. дослідження нелінійно оптичних властивостей нового класу іонних рідких кристалів метал алканоатів,
  3. теоретичні дослідження квазічастинок та тунелювання Джозефсона між нетрадиційними надпровідниками з хвилями густини заряду Джозефсона.

Основні напрямки діяльності ВФК

  1. Рідкокристалічні колоїди та їх властвості. Активна м’яка матерія.
  2. Фотоорієнтація та плазмово-пучкова орієнтація рідких кристалів та реактивних мезогенів.
  3. Теоретичні дослідження квазічастинок та тунелювання Джозефсона між нетрадиційними надпровідниками з хвилями густини заряду Джозефсона. Теорія динамічних дзеркальних сил для електричних зарядів у тришарових середовищах.
  4. Вивчення структури, електричних та нелінійно оптичних властивостей чистих та фоточутливих домішкових ліотропних іонних рідких кристалів класу метал алканоатів.

Основні досягнення Відділу Фізики Кристалів

(за 1991-2019 рр.)

  1. Важливим кроком в історії відділу стало відкриття явища планарної фотоорієнтації РК, яке грунтується на властивості деяких класів полімерів ставати анізотропними при опроміненні їх поляризованим світлом. Принциповою властивістю методики фотоорієнтації є можливість задавати та плавно змінювати параметри орієнтації, зокрема вісь легкого орієнтування, кут переднахилу та енергію зчеплення. Тому, поряд із величезним поступом в індустрії РК пристроїв, нова методика спричинила стрімкий розвиток фізики поверхні РК. По сьогоднішній день вона широко використовується як потужний інструмент для вивчення впливу твердих поверхонь на об’ємні властивості РК. Для ілюстрації цього можна привести той факт, що база даних ISI Web of Knowledge дає біля 800 праць по ключовим словам “photoalignment liquid crystal(s)”. Дослідження проводились в тісній співпраці з Київським університетом імені Тараса Шевченка, Інститутом біоорганічної хімії та нафтохімії НАН України, ЛГУ, Кентським державним університетом. Ця тема все ще знаходиться в центрі діяльності відділу.
  2. Вивчено вплив наночастинок різного характеру (фероелектричні, феромагнітні, суперпарамагнітні та наночастинки металів, вуглецеві нанотрубки (КНТ), квантові точки тощо) на основні властивості рідких кристалів. Особливу увагу було приділено розробці стійких РК колоїдів. Ці дослідження було проведено О.С. Бучневим, О.Г. Булуєм, О.В. Курочкіним, Ю.О. Резніковим, О.Г. Терещенко у співпраці з Київським університетом імені Тараса Шевченка, Інститутом монокристалів та Інститутом білколоїдної хімії НАН України, Паризьким університетом 6, Магдебурзьким університетом, Університетом д'Артіо та Університетом Колорадо Спрингз.
  3. На базі унікальних вакуумно-пучкових джерел плазми, створених у співробітництві з кафедрою газової електроніки О.В. Ярощуком та Р.М. Кравчуком було розроблено кілька високоефективних процесів для орієнтації РК та реактивних мезогенів з загальною назвою "плазмово-пучкова орієнтація". У цих процесах, орієнтуючі підкладки обробляються пучком слабо-прискорених часток (іони, нейтральні атоми та електрони, а також їх суміші, такі як плазма). Дослідження були проведені у співпраці з ТОВ «Ізовач» (Білорусь), Merck (Великобританія), Інститут досліджень промислових технологій (Тайвань) та Державний університет штату Кент (США).
  4. Світло-індуковане керування наночастинок, захоплених топологічними дефектами в рідких кристалах, було запропоновано та широко вивчено Д.С. Касянюком, Ю.О. Резніковим , О.В. Ярощуком у співпраці з Калабрійським університетом та Київським університетом ім. Шевченка.
  5. О.Г. Булуєм, О.В. Курочкіним, В.Г. Назаренком, Ю.О. Резніковим Розроблено і вивчено нові швидкі оптичні елементи, засновані на застосуванні нових матеріалів - напружені рідкі кристали (SLCs). Напружені рідкі кристали складаються з РК матриці, в якій утворюється орієнтована полімерна мережа. Ці дослідження проводяться у співпраці з Кентським державним університетом, Колорадським університетом в Колорадо-Спрінгс та Єрусалимським технологічним коледжем.
  6. О.М. Габовичем, О.І. Войтенко побудована теорія термодинамічних властивостей для надпровідників з s- або d- симетрією надпровідного параметра порядку та конгруентними ділянками поверхні Фермі, де нижче певної критичної температури виникає діелектрична щілина колективної природи внаслідок утворення хвиль зарядової густини. Побудована теорія вольт-амперних характеристик квазічастинкового та джозефсонівського струмів у тунельних переходах між s- або d- надпровідниками з хвилями зарядової густини.
  7. Побудовано теорію динамічних дзеркальних сил для електричних зарядів у тришарових середовищах із урахуванням просторової дисперсії діелектричної проникності. Побудовано теорію статичних дзеркальних сил для диполів (молекул), адсорбованих на поверхні підкладок з урахуванням просторової дисперсії діелектричної проникності.
  8. Показано, що теплові флуктуації орієнтації директора рідкого кристалу можуть передавати момент імпульсу до колоїда і, таким чином, або пришвидшувати, або сповільнювати рух цієї частинки. Експериментально показано, що існує критичний час, зазвичай в діапазоні характерного часу релаксації директора, нижче якого нормальний режим броунівського руху, (Δr2(τ))∞ τα, де α = 1, замінюється на аномальний. В залежності від використовуваних нематичних матеріалів, аномальний броунівський рух може бути як як субдифузивним, α < 1 , так і супердифузивним, α > 1. Побудовно модель, яка адекватно описує аномальну дифузію і є наслідком зв'язку між динамікою колоїдних частинок і тепловими флуктуаціями директора навколишнього нематика. Отримані в роботі результати мають великий потенціал практичного застосування в біології та медицині. Аномальна дифузія колоїдних частинок в нематичному рідкому кристалі переформатовує наші уявлення стосовно функціонування клітини, а саме, локалізації іонних каналів, дифузії холестеролу, доставки глюкози і т.д. (В.Г.Назаренко, Т. Турів).
  9. Встановлено наявність надмолекулярних агрегатів барвника в рідкому кристалі. Запропоновано принципово нову термодинамічну модель пере-орієнтації директора нематичного рідкого кристалу з домішками барвника в електромагнітному полі. Ентропія системи агрегатів у цьому випадку є функцією орієнтації агрегата відносно директора та поля світлової хвилі. Експериментально зафіксовано рекордно низький поріг орієнтаційної нелінійності в нематичному кристалі з домішками барвника (Назаренко В. Г., Пергаменщик В. М., В.Я. Гайворонський, ІФ НАНУ).
  10. Cинтезовано двовимірні гексагональні ґратки в системі сферичних колоїдних частинок на вільній поверхні розділу рідкого кристалу; відкрито новий пружно-капілярний механізм взаємодії між колоїдними частинками в рідкому кристалі, що відмінний від пружного, типового для емульсій; встановлено умови співіснування частинок із дипольною та квадрупольною конфігурацією директора. Показано, що взаємодія дипольних і квадрупольних колоїдних частинок призводить до формування двомірних колоїдних ґраток із різною симетрією, які не можуть бути реалізовані в жодній іншій колоїдній системі. Вперше запропоновано нові підходи, які враховують появу колективних взаємодій колоїдних частинок, що спричиняють появу самоорганізованих структур у нематичному рідкому кристалі (Назаренко В. Г., В.М. Пергаменщик, Лев Б.І, Нич А.Б, Огниста У.М., ІФ НАНУ).
  11. Показано, що потенціал зчеплення ліотропного хромонічного рідкого кристалу з поверхнею відмінний від відомої форми Рапіні-Популара, W~ sin2θ, де θ – відхилення директора від рівноважного стану. Запропоновано новий вигляд потенціалу зчеплення, який характеризується двома мінімумами для гомеотропної та планарної орієнтацій, σ┴ та σ|| , які розділені енергетичним бар’єром для проміжних орієнтацій. Показано, що деформації в ліотропному хромонічному рідкому кристалі розвиваються зі зміною тензорного параметра порядку Qij та утворенням біаксіальних дефектних стінок (Назаренко В. Г., Бойко О.П., ІФ НАНУ).
  12. Створено експерементальні зразки органічних польових транзисторів на основі орієнтованих твердих плівок хромонічного рідкого кристалу в ролі напівпровідниковго шару. З фізичної точки зору, запропоновано новий тип компонент електроніки на основі тонких плівок з високорозвиненю електронною системою та покращеним структурним впорядкуванням (морфологією), що дозволяє такі ж методи контролю транспорту зарядів як у π-спряжених полімерах з однією важливою відмінністю: ріст та структурне упорядкування хромонічної плівки не залежить від підкладки, оскільки кристалічний порядок задається в рідкій фазі та передається без втрат чи з малими втратами впорядкування на підкладку. Дефекти підкладки не можуть переважати локально заданого впорядкування, таким чином загальне впорядкування наведене при нанесенні залишається. (Назаренко В. Г., Бойко О.П., Кадащук А.К., Анісімов М.І., ІФ НАНУ).
  13. В результаті комплексного вивчення структури, електричних та нелінійно оптичних властивостей чистих та фоточутливих домішкових ліотропних іонних рідких кристалів класу метал алканоатів було виявлено особливості транспорту носіїв зарядів в нових композитних матеріалах та отримані основні характеристики голографічного запису і стирання динамічних граток. Нові матеріали можуть використовуватися в оптоелектроніці та для створення пристроїв перетворення та обробки лазерних сигналів на базі оптичної динамічної голографії. (Г.В. Клімушева, С.А. Бугайчук, Д.С. Жулай, Д.В. Федоренко)
  14. Вперше вивчені нелінійно-оптичні та електричні властивості нових нанокомпозитів на основі метал алканоатів з синтезованими в них різними типами наночастинок (напівпровідниковими, металевими та гібридними (ядро/оболонка), які були створенні по новій запотентованій технології в Інституті загальної і неорганічної хімії НАН України. В нанокомпозитах було виявлено нові якісні, різноманітні нелінійно-оптичні ефекти та їх параметри при лазерному збудженні в різних часових і енергетичних діапазонах, досліджено анізотропію діелектричних і електричних властивостей в різних фазах матриці, та в залежності від типу і концентрації наночастинок. Нанокомпозити можуть бути використані як нове покоління елементної бази для оптоелектронних та нелінійно оптичних приладів. (Г.В. Клімушева, С.А. Бугайчук, Д.С. Жулай,А.Г. Ільїн)
  15. Вперше досліджувалось формування дисипативних солітонів при взаємодії хвиль в динамічних середовищах з оптичною нелінійністю. Отримано нелінійне рівняння Шредингера і комплексне рівняння Гінзбурга-Ландау, які описують динаміку солітонів огинаючої, що формуються на фото-індукованій гратці. Теоретично і експериментально вивчаються різні типи солітонів, таким чином прогнозуються нові ефекти перетворення лазерних пучків при їх взаємодії в нелінійно-оптичних матеріалах для систем оптичної обробки інформації.( С.А. Бугайчук)

Отримана - Премія НАН України імені А.Ф. Прихотько у 2012 році за цикл робіт "Фізичні основи та прикладні аспекти фотоорієнтації рідких кристалів" (доктор фіз.-мат. наук Ю.О.Резніковв, доктор фіз.-мат. наук В.Ю. Решетняку та с. н. с. канд. фіз.-мат. наук О.В.Ярощук) та Премія НАН України імені А.Ф. Прихотько у 2017 році «За розробку технології синтезу наночастинок на основі метал-алканоатів та з’ясуванння природи їхнього нелінійно-оптичного відгуку» (С.А. Бугайчук, Г.В. Клімушева, Т.А. Мирна)

2020

  • A. Gridyakina, H. Bordyuh, G. Klimusheva, S. Bugaychuk, D. Fedorenko, D. Zhulai, T. Mirnaya, G. Yaremchuk, A. olishchuk Optical nonlinearity in nanocomposites basedon metal alkanoates with hybrid metal/semiconductor and semiconductor/semiconductornanoparticles, Journal of Molecular Liquids 298, 112042 (2020)

2019

  • V.M. Pergamenshchik, V.V. Multian, V.Ya. Gayvoronsky, S.V. Kredentser, V.G. Nazarenko, Interaction of supramolecular aggregates and the enhanced optical torque on the director in a dye doped nematic liquid crystal, Soft Matter 15 (43), 8886-8895 (2019)

2018

  • O. Buluy, N. Aryasova, O. Tereshchenko, Yu. Kurioz, V. Nazarenko, A. Eremin, R. Stannarius, S. Klein, C. Goldmann, P. Davidson, I. Dozov, Yu. Reznikov, Optical and X-ray scattering studies of the electric field-induced orientational order in colloidal suspensions of pigment nanorods, Journal of Molecular Liquids 267, 286-296 (2018)
  • O. Kurochkin, O. Buluy, J. Varshal, M. Manevich, A. Glushchenko, J.L. West, Yu. Reznikov, V. Nazarenko, Ultra-fast adaptive optical micro-lens arrays based on stressed liquid crystals, Journal of Applied Physics 124 (21), 214501 (2018)

2015

  • G. Klimusheva, T. Mirnaya, Yu. Garbovskiy, Versatile nonlinear optical materials on mesomorphic metal alkanoate: design, properties and applications, Liquid Crystals Reviews 3 (1), 28 – 57 (2015)

2013

  • T. Turiv, I. Lazo, A. Brodin, B. Lev, V. Reiffenrath, V. Nazarenko, O. Lavrentovich, Effect of Collective Molecular Reorientations on Brownian Motion of Colloids in Nematic Liquid Crystal, Science 342, p. 1351 (2013)

2012

  • O. Yaroshchuk and Yu. Reznikov, Photoalignment of liquid crystals: basics and current trends, J. Mater. Chem., 22, 286-300 (2012)
  • Shuang Zhou, Yu.A. Nastishin, M. M. Omelchenko, L. Tortora, V. G. Nazarenko, O. P. Boiko, T. Ostapenko, T. Hu, C. C. Almasan, S. N. Sprunt, J. T. Gleeson, and O.D. Lavrentovich, Elasticity of Lyotropic Chromonic Liquid Crystals Probed by Director Reorientation in a Magnetic Field, Phys. Rev. Lett. 109, 037801 (2012)

2010

  • V.G. Nazarenko, O.P. Boiko, H.-S. Park, O.M. Brodyn, M.M. Omelchenko, L. Tortora, Yu.A. Nastishin, and O.D. Lavrentovich, Surface Alignment and Anchoring Transitions in Nematic Lyotropic Chromonic Liquid Crystal, Phys. Rev. Lett. 105, 017801 (2010)
  • V.G. Nazarenko, O.P. Boiko, M.I. Anisimov, A.K. Kadashchuk, Yu.A. Nastishin, A.B. Golovin, and O.D. Lavrentovich, Lyotropic chromonic liquid crystal semiconductors for water-solution processable organic electronics, Appl. Phys. Lett. 97, 263305 (2010)

2006

  • F. Li, O. Buchnev, C. Cheon, A. Glushchenko, V. Reshetnyak, Yu. Reznikov, T. J. Sluckin and J. L. West, Orientational Coupling Amplification in Ferroelectric Nematic Colloids. Phys.Rev.Lett. 97, 147801 (2006)
  • G. Klimusheva, S. Bugaychuk, Yu. Garbovskii, O. Kolesnik, T. Mirnaya, A. Ishchenko, Fast dynamic holographic recording based on conductivity ionic metal –alkanoate liquid crystals and smectic glasses, Optics Letters, 31, 235-237(2006)

2005

  • Yu. Nastishin, H. Liu, T.Schneider, V.Nazarenko, R. Vasyuta, S.V.Shiyanovskii and O.D.Lavrentovich, Optical characterization of the nematic lyotropic chromonic liquid crystals: light absorption, birefringence, and scalar order parameter, Phys. Rev. E 72, 041711 (2005)

2004

  • I. Smalyukh, S. Chernyshuk, B. Lev, A. Nych, U. Ognysta, V. Nazarenko, Ordered droplet structures at the liquid crystal surface and elastic-capillary colloidal interactions, Physical review letters 93 (11), 117801 (2004)
  • S. Gottardo, S. Kavalieri, O.Yaroshchuk, and D. Wiersma, Quasi two-dimensional diffusive random laser action. Phys. Rev. Lett., 93, 263901 (2004)
  • O. Yaroshchuk, R. Kravchuk, A. Dobrovolskyy, L. Qiu, O. Lavrentovich, Planar and tilted uniform alignment of liquid crystals by plasma-treated substrates. Liq.Cryst., 31(6), 859-869 (2004)
  • I. Muševič, M. Škarabot, D. Babič, N. Osterman, I. Poberaj, V. Nazarenko, A. Nych, Laser trapping of small colloidal particles in a nematic liquid crystal: clouds and ghosts , Physical review letters 93(18), 187801 (2004)

2003

  • Yu. Reznikov, O. Buchnev, O. Tereshchenko, V. Reshetnyak, A. Glushchenko, J. West, Ferroelectric nematic suspension, Applied Physics Letters 82 (12), 1917-1919 (2003)
  • E. Ouskova, O. Buchnev, V. Reshetnyak, Y. Reznikov, H. Kresse, Dielectric relaxation spectroscopy of a nematic liquid crystal doped with ferroelectric Sn2P2S6 anoparticles, Liquid Crystals 30 (10), 1235-1239 (2003)

2002

  • A.M. Gabovich, A.I. Voitenko, M. Ausloos, Charge-and spin-density waves in existing superconductors: competition between Cooper pairing and Peierls or excitonic instabilities,Physics Reports 367 (6), 583-709 (2002)

2001

  • V.G. Nazarenko, A.B. Nych, B.I. Lev, Crystal structure in nematic emulsion, Physical review letters 87 (7), 075504 (2001)
  • A.M. Gabovich, A.I. Voitenko, J.F. Annett, M. Ausloos, Charge-and spin-density-wave superconductors, Superconductor Science and Technology 14 (4), R1 (2001)

2000

  • J. Zhang, V. Ostroverkhov, K. Singer, V. Reshetnyak, Y. Reznikov, Electrically controlled surface diffraction gratings in nematic liquid crystals, Optics letters 25 (6), 414-416 (2000)

1997

  • A. Glushchenko, H. Kresse, V. Reshetnyak, Yu. Reznikov, O. Yaroshchuk. Memory effect in filled nematic liquid crystals. Liq. Cryst. 23 (2), 241-246 (1997)
  • F. Simoni, O. Francescangeli, Y. Reznikov, S. Slussarenko, Dye-doped liquid crystals as high-resolution recording media, Optics letters 22 (8), 549-551 (1997)

1995

  • D. Voloshchenko, A. Khyzhnyak, Y. Reznikov, V. Reshetnyak, Control of an easy-axis on nematic-polymer interface by light action to nematic bulk, Japanese journal of applied physics 34 (2R), 566 (1995)

1993

  • T. Marusii, Y. Reznikov, Photosensitive orientants for liquid crystal alignment, Mol. Mat 3, 161-168 (1993)

1992

  • A. Dyadyusha, T. Marusii, V.Y Reshetnyak, Y. Reznikov, A. Khizhnyak, Orientational effect due to a change in the anisotropy of the interaction between a liquid crystal and a bounding surface, JETP lett 56 (1), 17-21 (1992)
  • (зліва направо) н.с.Курйоз Ю.І. досліджує фотоорієнтовані комірки у поляризаційний мікроскоп, зав.від.Рєзніков Ю.О., м.н.с.Федоренко Д.В. проводять дослідження динаміки світлоіндукованої переорієнтації директора рідкокристалічної комірки.

  • (зліва направо) аспірант Корнійчук П.П., стажер Бучнєв О.С., пров.інж.Терещенко О.Г.
    виготовляють рідкокристалічні комірки в “чистій кімнаті” ВФК.

  • (зліва направо стоять) ст.н.с.Ярощук О.В., аспірант Долгов Л.О. та інж.Кравчук Р.М. (сидить)
    проводять виміри кута переднахилу директора рідкокристалічних комірок.

  • Н.с.Ускова О.В. задає питання доповідачеві на 3-тій Різдвяній конференції з рідких кристалів (2003р.).

  • Ст.н.с.Слюсаренко С.С. доповідає на 3-тій Різдвяній конференції з рідких кристалів (2003р.).

  • Підготовка до 3-тій Різдвяній конференції з рідких кристалів (2003р.).
    (Зліва направо) інж.Кравчук Р.М., м.н.с.Федоренко Д.В., зав.від.Рєзніков Ю.О.,
    стажер Бучнєв О.С., м.н.с.Булуй О.Г., пров.інж.Терещенко О.Г.

  • Завідувач відділу проф. В.Г. Назаренко

  • Співробітники ВФК: с.н.с. С.А. Бугайчук, м.н.с. Д. Жулай, провід. наук. співр. Г.В. Клімушева

  • Провідний науковий співробітник. О.М. Габович

  • Провідний науковий співробітник. О.І. Войтенко

  • Головний інженер-технолог відділу В.М. Бойчук

  • Старший науковий співробітник Ю.І. Курйоз

  • Старший науковий співробітник О.В. Ярощук

  • Науковий співробітник О.Г. Терещенко

  • Науковий співробітник О.В. Курочкін

  • Науковий співробітник Д.В. Федоренко

  • Науковий співробітник А.Г. Ільїн та старший науковий співробітник С.А. Бугайчук

  • Науковий співробітник С.В. Томілко

  • Молодший науковий співробітник Р.М. Кравчук.

  • Науковий співробітник С.В. Креденцер

  • Головний інженер-технолог Л.М. Бугайова