Фундаментальные основы молекулярного конструирования, физико-химического анализа строения и функциональных свойств новых интеллектуальных систем и материалов для современных наукоемких технологий в области биомедицины, катализа, энергетики, нано- и оптоэлектроники

Цель научного исследования: Создание новых хромофоров и люминофоров в качестве строительных блоков для конструирования «интеллектуальных» и функциональных супрамолекулярных систем. Дизайн «интеллектуальных» и функциональных супрамолекулярных наносистем в качестве основы для новых материалов и наноматериалов для биомедицинской сенсорики и терапевтического воздействия на клетки. Разработка новых композитных наноматериалов для электрохимического и спектрального мониторинга экотоксикантов и других значимых аналитов. Создание полимерных материалов с высокими нелинейно-оптическими коэффициентами, оптимальными для использования в фотонике и оптоэлектронике. Разработка высоко-эффективных катализаторов для технологического усовершенствования процессов олигомеризации этилена, реакций кросс-сочетания и превращения малых молекул. Разработка фундаментальных основ ионно-лучевого синтеза новых функциональных материалов и наноструктур, принципов ионно-лучевой модификации структуры и физико-химических свойств нанокомпозитов, субмикронных слоев и микроструктур, пористых сред с использованием ионных и световых пучков. Изучение структурных, оптических и электрических свойств таких структур для их применения в нано- и оптоэлектронике, микроэлектронике, спинтронике, информатике биомедицине. Создание теоретической и экспериментальной базы для конструирования стрейнтронных элементов нового поколения магнитной микро- и наноэлектроники, предназначенных для записи, обработки и хранения информации. Целью исследования является определение механизма формирования наведённой одноосной магнитной анизотропии в тонких ионно-синтезированных плёнках силицидов кобальта и железа, а также влияния различных факторов, таких как: механические напряжения, доза ионной имплантации, напряженность внешнего магнитного поля, на процесс формирования выделенного магнитного направления. Получение, разработка и исследование новых перспективных материалов для литий (натрий) ионных аккумулирующих систем, и электропроводящих композитных материалов на основе полимерных сред, легированных наноструктурными углеродными материалами. Разработка методов управления процессами самоорганизации олигопептидов для формирования кристаллических и гелеобразных структур на микро- и наноуровнях. Изучение структурных, оптических и электрических свойств тонкослойных структур на основе сильно легированного кремния и нитрида галлия, полученных ионно-пучковыми методами. Изучение структурных, оптических и электрических свойств тонкослойных структур на основе сильно легированного кремния и нитрида галлия, полученных ионно-пучковыми методами. Исследование особенностей формирования наноструктур на Si и Ge, перспективных для микро- и оптоэлектроники, при различных режимах имплантации и ИСО. Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость) 2022 г. Создание прекурсоров и функциональных материалов на их основе, обладающих НЛО, каталитической активностью в важнейших процессах органического синтеза и водородной энергетике. Создание наноразмерных сенсоров, контрастных и терапевтических агентов для оценки внутриклеточных параметров: температуры, рН и концентраций белков-маркеров воспаления. Создание низкотоксичных супрамолекулярных композиций, способных инкапсулировать биологически активные молекулы синтетического и природного происхождения, а также модифицировать свойства различных поверхностей, контролируя их смачиваемость и проницаемость. Установление структур и свойств новых соединений комплексом физико-химических методов совместно с применением квантово-химических расчетных методов. Обеспечение стабильности квадратичного НЛО отклика полимерных материалов с хиноксалиновыми хромофорами на основе режимов полинга, установленных в результате атомистического моделирования в приложенном электрическом поле. Закономерности влияния агрегации гетероциклических (тиа)каликсаренов на связывание различных субстратов, в том числе биологически значимых. Ожидается получение сильнолегированных (до 1021 см-3) диодных структур на основе кремния с примесями галогенов (хлор, бром, йод) с повышенным уровнем поглощения в ИК-области (1-2 мкм) и с ощутимым фотооткликом при 77-300 К. Будут изготовлены новые типы наноматериалов на основе тонких слоев оксидных полупроводников и полимеров с металлическими частицами, и изучены их структурные и оптические свойства для приложений в биомедицине и дифракционной оптике. Новые экспериментальные и теоретические данные об оптимальных размерах, форме и составе ферромагнитных микрочастиц, перспективных для создания на их основе стрейнтронных запоминающих ячеек и элементов цифровой логики. Методика управления дефектной структурой нанометровых легированных слоев Si и Ge. Будет установлена зависимость порога перколяции для низкодопированных углеродными нанотрубками композиционных материалов от способа модификации. Установление спинового и зарядового состояния переходных элементов в катодном материале в зависимости от концентрации лития в процессе заряда/разряда литий ионной ячейки. Новые данные о влиянии макронапряжений, индуцированных ионной имплантацией на ПМА пленок ферромагнитных металлов, о влиянии режимов ионной имплантации на морфологию пленок Si и Ge, температурные и концентрационные зависимости свойств TiO2, облученного Ar+ и Co. В результате магнитооптических измерений в режиме сканирования будет установлена зависимость между величиной механических напряжений и магнитными свойствами (наличие магнитной анизотропии, величина поля анизотропии и др.). Исследование влияния типа используемой подложки на процессы самосборки олигопептидов. 2023 г Создание супрамолекулярных и гибридных наночастиц на основе амфифильных каликсаренов и каликсрезорцинаренов и их использование в управляемом переносе биологически активных субстратов. Создание наноносителей на основе циклофанов, функционализированных лигандными фрагментами, для связывания ионов металлов и получения композиционных сенсорных наноматериалов. Создание композитных пленок для спектрального мониторинга уровня токсикантов в растворе. Комплексы переходных металлов с моно- и полидентатными лигандами, содержащими атом фосфора и мышьяка, каталитические и люминесцентые системы на их основе. Обеспечение стабильности квадратичного НЛО отклика композиционных материалов на основе метакриловых сополимеров с хиноксалиновыми хромофорами; подбор сшивающих агентов и специальных групп, обеспечивающих невалентное связывание. Разработка эффективных катализаторов на основе никельорганических соединений для процессов сочетания с участием органических соединений (олигомеризация, полимеризация и другие). Оценка факторов, контролирующих функциональную активность бинарных систем на основе амфифилов и макроциклов. Ожидается получение различных по составу и ширине запрещенной зоны слоев AlGaN/GaN/Al2O3, обладающих фотолюминесценцией в УФ-области при 300 К. Будут изготовлены новые типы нанопористых материалов на основе тонких слоев германидов и силицидов, а также изучены их структурные и оптические свойства. Экспериментальное и теоретическое обоснование создания стрейнтронных гетерострактур с минимальным энергопотреблением на основе исследованных микрочастиц. Методика исследования и особенности твердофазной рекристаллизации и анизотропного плавления Si и Ge при импульсном световом отжиге. Экспериментальное и теоретическое описание процессов формирования перколяционной структуры в полимерных материалах, легированных УНТ в электрических полях. Новые данные о микроструктуре и магнитных свойствах пленок Cr, закономерности влияния морфологии слоев C, Si и Ge на характеристики опытных образцов литиевых анодов, структурное положение и валентное состояние примеси эрбия, имплантированной в TiO2. Будут получены данные по накоплению внутренних напряжений при ионно-лучевом синтезе силицидов и достижении предела текучести и установлено влияние магнитокристаллической и одноосной анизотропии на ширину и форму линий ферромагнитного резонанса от ионно-синтезированных силицидных пленок. Установление зависимости типа формирующихся олигопептидных структур от поверхностных свойств твердых подложек. 2024 г. Определение оптимальных условий и выбор каталитических систем для проведения органических реакций с участием комплексов переходных металлов с фосфорсодержащими моно- и полидентатными лигандами. Создание люминесцентных материалов на основе комплексов переходных металлов с фосфор- и мышьяксодержащими моно- и полидентатными лигандами. Новые сенсоры в том числе полимерные, в пленках, на твердых подложках на основе супрамолекулярных ансамблей, имеющих в своем составе метациклофаны. Оценка факторов, контролирующих свойства смешанных систем на основе ПАВ в поверхностном слое и в объемной фазе (смачивание, поверхностное натяжение, солюбилизационная активность и др.). Получение и исследование физико-химических характеристик композиционных двухкомпонентных материалов с квадратичной НЛО активностью на основе полимеров с хромофорными фрагментами в боковой цепи и различным содержанием хромофоров-гостей с гетероциклическими фрагментами в своем составе. Сенсоры на биомолекулы и тераностики на основе многокомпонентных композитных наноматериалов. Установление факторов, определяющих активность и селективность металло-катализаторов в реакциях электрохимического кросс-сочетания. Создание новых высокоэффективных и экологически безопасных методов получения металлоорганических катализаторов на основе лигандов пинцерного и карбенового типов. Будут изучены структурные, оптические и электрические свойства тонких наноструктурированных слоев GaAs, легированного ионами переходных металлов. Определение механизма формирования состояния с наведенной магнитной анизотропией при ионно-лучевом синтезе в сочетании внешнего магнитного поля и механических напряжений. Ожидается получение сильно легированных примесью магния слоев AlGaN р-типа проводимости и диодных структур на их основе (p-AlGaN/n-GaN/Al2O3) с повышенным уровнем поглощения в глубокой УФ-области (200-300 нм) при 300 К. Систематизированные зависимости фотоэлектрических характеристик от режимов ионной имплантации и ИСО. Установление фундаментальных закономерностей между рабочими параметрами, структурными и электронными свойствами материалов литий-ионных батарей. Зависимость структурных, магнитных и оптических параметров пленок хрома, германия и рутила (TiO2) от режимов их получения и последующего термического отжига (ТО). Физико-техническое обоснование для создания на основании магнитоупругого эффекта нового типа стрейнтронных ячеек микро- и наноэлектроники с минимальным энергопотреблением.. Ожидается получение сильно легированных примесью магния слоев AlGaN р-типа проводимости и диодных структур на их основе (p-AlGaN/n-GaN/Al2O3) с повышенным уровнем поглощения в глубокой УФ-области (200-300 нм) при 300 К.