Mūsu Pašorganizēto sistēmu kinētikas laboratorija ir starptautiski labi pazīstama materiālzinātnes datormodelēšanas jomā. Laboratorija ir viena no līderiem Baltijas reģionā atomu un elektronisko cietvielu struktūru lielā mēroga modelēšanā tehnoloģiski svarīgos materiālos, it īpaši nanomateriālos.

Mūsu aktivitātes saistās ar daudzdaļiņu (kooperatīvo) efektu pētījumiem kinētiskās bimolekulārās reakcijās kondensētās vidēs, ieskaitot radiācijas defektus.

Mēs modelējam jaunus dielektriskos un funkcionālos materiālus kodolsintēzes (ITER, DEMO) reaktoriem, kas pakļauti intensīvai radiācijai un augstām temperatūrām (tokamaka veida reaktoros), un materiāliem modernai enerģētikai: nanomateriāli ūdens sašķelšanas (water splitting) ūdeņraža ražošanai, katodu materiāli cieto oksīdu kurināmā šūnām, protonu vadošajām kurināmā šūnām, kas pārvērš ķīmisko enerģiju elektriskajā, utt.

Mūsu pētījumu augsto kvalitāti apliecina dalība starptautiskajos projektos nanomateriālu un ekoloģiski tīru jauno enerģijas avotu jomā.

Grāds Vārds Uzvārds Amats Kontaktinformācija
Dr.habil.phys. Vladimirs Kuzovkovs Laboratorijas vadītājs un Vadošais pētnieks Vladimirs.Kuzovkovs
27134915
Dr.rer.nat. Deniss Grjaznovs Vadošais pētnieks Deniss.Grjaznovs
27434516
Dr.habil.phys. Jevgēnijs Kotomins Vadošais pētnieks Jevgenijs.Kotomins
67187480
Dr.rer.nat. Jurijs Mastrikovs Vadošais pētnieks Yuri.Mastrikov
Dr.phys. Anatolijs Popovs Vadošais pētnieks Anatolijs.Popovs
67187480
Dr.rer.nat. Guntars Zvejnieks Vadošais pētnieks Guntars.Zvejnieks
29821830
  Veera Krasnenko Pētniece Veera.Krasnenko
Mg. Andrejs Česnokovs Pētnieks Andrejs.Cesnokovs
Mg. Aleksandrs Platoņenko Pētnieks Aleksandrs.Platonenko
25956853
Dr. Phys. Leonīds Rusevičs Pētnieks Leonids.Rusevics
67187480
  Tamara Tsebriienko Viespētniece Tamara.Tsebriienko
  Jevgeni Vassiltšenko Viespētnieks Jevgeni.Vassiltsenko
Bc. Aleksandra Moskina Zinātniskā asistente Aleksandra.Moskina

1. Fluktuāciju kontrolētās kinētikas

Daudzdaļiņu sistēmas var raksturot ar reaģentu blīvuma spektra fluktuācijām. Tika atrasts, ka struktūru raksturojošie vienādojumi sastāv no bezgalīgas BBGKY-veida saistīto vienādojumu virknes. Makroskopisko koncentrāciju aprakstošais vienādojums ietver pāru korelācijas funkcijas. Savukārt pāru korelācijas funkcijas nosaka trīsdaļiņu korelācijas, utt. Šī iemesla dēļ vienādojumu virkni var atrisināt tikai tuvināti, izmantojot noteiktus tuvinājumus.

Reducētais apraksts tiek ieviests, izmantojot tikai tādus vienkāršākos struktūru raksturlielumus kā makroskopiskā koncentrācija un pāru korelācijas funkcijas [1-3]. Divu pieeju salīdzinājums (mikroskopiskā teorija un datormodelēšana) demonstrē, ka sistēmas blīvuma fluktuāciju spektra apraksts neievieš būtiskas kļūdas noteiktajās korelāciju funkcijās.


1. Attēls. Sistēma ar stipru Kulona mijiedarbību un  īsa attāluma (short-range, Lenarda-Džonsa) potenciālu. Korelācijas funkcijas kreisajā attēlā demonstrē maksimumu virkni, kas atbilst pirmajai, otrajai utt. koordināciju sfērai raksturīgai kondensētajai videi. Labajā attēlā ir tipisks daļiņu sadalījums, kas iegūts, izmantojot Reverso Monte-Karlo metodi.

[1] E.A. Kotomin and V.N. Kuzovkov, "Modern aspects of diffusion-controlled reactions" (Amsterdam: Elsevier, 1996)].
[2] V.N. Kuzovkov and E.A. Kotomin, Kinetics of bimolecular reactions in condensed media: critical phenomena and microscopic self-organisation.- Rept. Progr. Phys., 1988, 51, p. 1479-1524.
[3] E.A. Kotomin and V.N. Kuzovkov, Phenomenological kinetics of Frenkel defect recombination and accumulation in ionic solids.- Rept. Progr. Phys., 1992, 55, p. 2079-2202.

2. Katalītiskās virsmas reakcijas

Nelineārās kinētikas virsmas reakcijas demonstrē dažādas parādības, ieskaitot struktūru veidošanos, globālas oscilācijas un pat haotisku uzvedību. Lai izskaidrotu virsmas procesu kinētiku, nepieciešams noteikt reakciju virkni, iegūstot no laika atkarīgus reakciju ātrumus. Daudzām sistēmām ir zināmas šīs sekvences. Piemēram, vispārpieņemtā CO oksidācijas mehānismā uz Pt(100) un Pt(100) izšķirošā loma ir virsmas rekonstrukcijai. Šīs rekonstrukcijas iemesls ir CO molekulu adsorbcija.

Oscilāciju eksistence pati par sevi nenosaka kinētiku. Vairumam reakciju nosacījumu oscilācijas uz virsmas notiek nesinhroni. Rezultātā novēro parastu līdzsvara stāvokli vai kāda veida struktūru veidošanos. Lai iegūtu globālas oscilācijas, lokālo oscilāciju fāzes nepieciešams sinhronizēt.

2. Attēlā redzami CO oksidācijas reakcijas uz Pt(110) virsmas Monte Karlo modelēšanas rezultāti [1,2]. Virsma rekonstruējas un veido Tjūringa (Turing)veida struktūras ar raksturīgo izmēru. Lai veidotos globālās oscilācijas, difūzijas attālumam tikai jāpārsniedz šis izmērs. Ja difūzija ir lēnāka, iegūstam struktūru veidošanos uz virsmas. Šīm struktūrām arī ir raksturīgais izmērs, bet tas atšķiras no Tjūringa veida struktūrām, kas eksistē vienlaikus.


2. Attēls. Attēlu virkne demonstrē CO oksidācijas uz Pt(110) virsmas modelēšanas rezultātus. Apakšējā rindā redzamas reaģējošās daļiņas: CO daļiņas ir sarkanas, O atomi ir zili, un vakantās vietas ir melnas. Augšējā rindā redzamas virsmas struktūras: alfa fāzes pozīcijas ir melnas un beta fāzes pozīcijas ir baltas. No kreisās puses uz labo redzami apakšējā kreisā stūra fragmenti ar 4096x4096, 1024x1024, 256x256 izmēriem.

[1] O. Kortlüke, V.N. Kuzovkov, and W. von Niessen, Oscillation phenomena leading to chaos in a stochastic surface reaction model. - Phys. Rev. Letters, 1998, 81, p. 2164-2167.
[2] O. Kortlüke, V.N. Kuzovkov, and W. von Niessen, Global synchronisation via homogeneous nucleation in oscillating surface reaction.- Phys. Rev. Letters, 1999, 83, p. 3089-3092.

3. Optiskie un dielektriskie materiāli kodolsintēzes pielietojumiem

Svarīga sastāvdaļa kodolsintēzes reaktoros ir funkcionālie optiskie un dielektriskie materiāli, kurus izmanto diagnostikas logos, lēcās, šķiedrās un dažās citās mērierīcēs. Tāpēc ir ļoti svarīgi saprast, kontrolēt un paredzēt to radiācijas noturību intensīvā neitronu/gamma starojuma vidē.

Šajos ar Eurofusion saistītos pētījumos mēs aplūkojam dažus perspektīvus materiālus: dimantu, Al2O3 (safīru), MgO, MgF2, MgAl2O4, u.c. Modelēšanā no pirmajiem principiem mēs kombinējam primāro radiācijas defektu veidošanu ar radiācijas bojājumu un metālu koloīdu veidošanos ļoti stipra starojuma ietekmē.

3. Attēls. F un F+ centru anihilācijas kinētika Al2O3 [1].

[1] E. Kotomin, V. Kuzovkov, A.I. Popov, J. Maier, and R. Vila.
Anomalous kinetics of diffusion-controlled defect annealing in irradiated ionic solids.
J. Phys. Chem. A, 2018, 122, pp. 28–32.
[2] A. Lushchik, E. Feldbach, E.A. Kotomin, I. Kudryavtseva, V.N . Kuzovkov, A.I . Popov, V. Seeman, E. Shablonin. Distinctive features of diffusion-controlled radiation defect recombination in stoichiometric magnesium aluminate spinel single crystals and transparent polycrystalline ceramics.
Sci. Rep., 2020, 10, 7810 (pp. 1-9).

4. Radiācijas radīto defektu identifikācija

Radiācijas radīto strukturālo defektu (starpmezglu-vakanču Frenkeļa pāri) akumulācija stipri ietekmē optisko komponenšu funkcionalitāti. Tādēļ izšķirīga nozīme ir radiācijas defektu rašanas/akumulācijas/rekombinācijas un termiskās atkvēlināšanas pētījumiem.

Mēs kombinējam aprēķinus no pirmajiem principiem (kreisajā pusē) ar ESR (labajā pusē) un optiskiem mērījumiem, lai pētītu primāro defektu stabilitāti un to savstarpējo rekombināciju alumīnija oksīdā. Mēs identificējam divu veidu primāros starpmezglu skābekļa jonus un to reakcijas ar elektronu centriem.


4. Attēls. Starpmezglu skābekļa dimers (pa kreisi) un to identifikācija izmantojot ESR (pa labi).

[1] V. Seeman, A. Lushchik, E. Shablonin, G. Prieditis, D. Gryaznov, A. Platonenko, E.A. Kotomin, A.I. Popov. Atomic, electronic and magnetic structure of an oxygen interstitial in neutron‑irradiated Al2O3 single crystals. Sci. Rep., 2020, 10, 15852 (pp. 1-14).

5. Žirotronu attīstīšana

Žirotroni (5. Attēls) ir ierīces, kas tiek izmantotas kā koherentas elektromagnētiskās radiācijas augstas enerģijas avoti. Jauda, kuru žirotroni var ģenerēt milimetru un submilimetru viļņu garuma apgabalos nepārtrauktu viļņu un garu pulsu režīmos, pārsniedz klasisko mikroviļņu lampu (klistroni, magnetroni, u.c.) jaudu par vairākām kārtām.

Žirotroni darbojas, izmantojot koherento ciklotronu radiāciju no pastāvīgā magnētiskā laukā oscilējošiem elektroniem. Šajās ierīcēs elektroni var rezonējoši mijiedarboties ar ātriem viļņiem, kuri principā var izplatīties vakuumā. Tādēļ mijiedarbības tilpums žirotronos var būt daudz lielāks nekā klasiskajās mikroviļņu lampās, kas darbojas tajā pašā viļņu garumā. Vienkārša žirotrona uzbūve shematiski parādīta attēlā.

 


5. Attēls. Žirotrona shematiska struktūra.

Žirotronu oscilatori tiek plaši izmantoti, to skaitā tehnoloģiskajos procesos, ozona saglabāšanā, mākslīgā jonosfēras spogulī, augstas izšķirtspējas elektronu spinu rezonanses spektroskopijā, kodolu magnētiskās rezonanses spektroskopijā, u.c. Tomēr galvenais jaudīgo žirotronu pielietojums ir elektronu ciklotronu rezonanses plazmas uzkarsēšana tokamakos un stellaratoros. Tuvākajā nākotnē tie tiks izmantoti pasaules lielākajā tokamakā ITER Francijā.

[1] O.Dumbrajs, and T. Idehara, Hysteresis in mode competition in high power 170 GHz gyrotron for ITER. International Journal of Infrared and Millimeter Waves, 2008, 29, p. 232-239
[2] O. Dumbrajs, Y. Kominis, and G. S. Nusinovich, Electron dynamics in the process of mode switching in gyrotrons. Phys. Plasmas, 2009, 16, 013102
[3] O. Dumbrajs and G. S. Nusinovich, To the theory of high-power gyrotrons with uptapered resonators.   Phys. Plasmas, 2010, 17, 053104 

6. Polaroni scintilāciju materiālos

Hibrīdie DFT aprēķini tika veikti maza izmēra polaroniem – pašlokalizētiem (self-trapped) elektroniem (STEL) un caurumiem (STH) PbX2 (X= F, Cl, Br) kristālos, kurus plaši izmanto kā bāzi neorganiskiem halogenīdu perovskītiem (CsPbX3) un scintilātoriem, kuru efektivitāte ir stipri atkarīga no lādiņa nesēju mobilitātes. Abi polaronu veidi tika aprēķināti no pirmajiem principiem visos trīs kristālos. STEL un STH atomu, elektronu struktūra, spinu un lādiņu sadalījums un veidošanās enerģijas tika paredzētas α-PbF2 (ortorombiskiem) un tikai STEL β-PbF2 (kubiskiem) kristāliem. Veiktie aprēķini atrisina pretrunas eksperimentālajā literatūrā un parāda, ka STH PbCl2 ir stabils kā Pb3+ monomērs, bet Cl2- dimērs ir nestabils.

Neskatoties uz tiešu STEL vai STH α-PbF2 (ortorombisks) eksperimentālu pierādījumu trūkumu, veiktie aprēķini tieši demonstrē to veidošanās iespējamību Pb35+ trimēru veidā (kreisais attēls) un Pb3+ katjonu veidā (labais attēls).

Tiek parādīts, ka delikāta jonu un kovalentās ķīmiskās saites līdzsvara dēļ, cauruma lokalizācija mainās no viena katjona fluorīdos un hlorīdos uz anjonu dimēru bromīdos. Šajā gadījumā aprēķiniem vajadzētu stimulēt jaunus eksperimentālus pētījumus PbXn-veida materiālos.

6. Attēls. Orbitāli projicētais lādiņu blīvums STEL (pa kreisi) un STH (pa labi) -PbF2. Pb joni attēloti tumši pelēkā krāsā.

[1] Yu. A. Mastrikov, N. G. Chuklina, M. N. Sokolov, A. I. Popov, D. Gryaznov, E. A. Kotomin, J. Maier, Journal of Materials Chemistry C (submitted)

7. Jauktu protonu kurināmā šūnu datormodelēšana

Kurināmā šūnas (7. Attēls) ir videi ekoloģiski draudzīgas ierīces, kas efektīvi pārveido ķīmisko enerģiju elektriskajā.

Protonu kurināmā šūnu (PCFC attēlā pa labi) priekšrocība salīdzinājumā ar cieto oksīdu kurināmā šūnām (SOFC attēlā pa kreisi) ir to zemāka darba temperatūra. Problēma slēpjas optimāla katoda materiāla atrašanā ar efektīvu protonu un caurumu transportu zemās temperatūrās.

Balstoties uz pirmo principu metodēm, mēs modelējam dažus potenciāli izmantojamus materiālus (Ba,Sr)FeO3−δ [1] and (La,Sr)FeO3−δ [2], koncentrējoties uz materiālu hidratācijas īpašībām. Mēs analizējām Fe oksidācijas stāvokļu lomu, elektronu caurumus un daudzas skābekļu vakances. Aprēķinātā hidratācijas enerģija ir plašās robežās no -0.2 eV pilnība oksidētā BaFeO3 līdz -1 eV reducētā BaFeO2.5 un no 0.2 eV līdz -0.4 eV Ba0.5Sr0.5FeO3−δ. Šādas vērtības savienojumā ar pozitīvākām hidratācijas enerģijas vērtībām  (La,Sr)FeO3−δ sakrīt ar mūsu Maksa-Planka Institūta partneru eksperimentāliem novērtējumiem [3]. Šie rezultāti apstiprina eksperimentālās liecības, ka hidratācijas enerģija ir mazāk negatīva caurumu klātbūtnē. Vēl vairāk, tās atkarība no caurumu koncentrācijas ir nelineāra (Ba,Sr)FeO3−δ, kas norāda, ka caurumi ietekmē hidratācijas reakciju, būdami delokalizēti uz skābekļa joniem.


7. Attēls. Skābekļa (pa kreisi) un protona (pa labi) kurināmās šūnas shematiska prezentācija.

[1] M.F. Hoedl, D. Gryaznov, R. Merkle, E.A. Kotomin, J. Maier. Interdependence of oxygenation and hydration in mixed-conducting (Ba,Sr)FeO3−δ perovskites studied by density functional theory.
J. Phys. Chem. C, 2020, 124, pp. 11780−11789.
[2] D. Gryaznov, R. Merkle, E. A. Kotomin, J. Maier. Ab initio modelling of oxygen vacancies and protoinc defects in La(1-x)Sr(x)FeO3−δ. J. Mater. Chem. A, 2016, 4, pp. 13093−13104.

8. Ūdens sašķelšanas modelēšana uz SrTiO3 skaldņu virsmām

Stroncija titanāts (SrTiO3) ir perspektīvs materiāls ūdens sašķelšanai ūdeņraža ražošanai. Ūdens adsorpcijas un disociācijas process uz plakanām virsmām ir izpētīts diezgan labi. Nesenais progress nanodaliņu sintēzē piedāvā materiālus ar uzlabotu lādiņu atdalīšanu to eksponēto anizotropo skaldņu dēļ. Tā 6- un 18-fasešu STO nanodaliņai piemīt augsta katalītiskā aktivitāte ūdens sadalīšanai. Šo nanodaliņu Pt un Co3O4 dopētās specifiskās skaldnes uzrāda vēl lielāku veiktspēju. Šādi uzlabojumi notiek, pateicoties daļiņu anizotropo skaldņu unikālām īpašībām. Parasti nanodaļiņu virsmas struktūra tiek aprakstīta makroskopiskā līmenī. Lai atklātu daudzfasešu nanodaļiņu dažādo reakcijas virsmu apgabalu īpašības, mēs izveidojām un notestējām atomāro modeli, veicām ūdens adsorpcijas un disociācijas dažādās skaldņu virsmās lielā mēroga datormodelēšanu, skat. 8.attēlu. Adsorpcijas enerģijas, lādiņa pārdalīšana starp molekulu un virsmu tika aprēķināta, izmantojot pirmo principu metodes (hibrīdos funkcionāļus). Šie aprēķini paver iespēju veidot nanodaļiņas ar optimālu formu un izmēru, ievērojami palielinot ūdens sašķelšanas efektivitāti.


8. Attēls. Shematisks STO skaldnes attēls ar adsorbētām ūdens molekulām.

[1] M. Tyunina, L.L. Rusevich, E.A. Kotomin, O. Pacherova, T. Kocourek, A. Dejneka.
Epitaxial growth of perovskite oxide films facilitated by oxygen vacancies. J. Mater. Chem. C, 2021, 9, pp. 1693-1700.
[2]. A. Senocrate, E. Kotomin, J. Maier. On the way to optoionics. Helv. Chim. Acta, 2020, 103, e2000073 (pp. 1-8).

9. Heterostruktūras ūdens sašķelšanai

Ferroelektriskie Bi4Ti3O12 (BiTO) slāņainie perovskīti ir daudzsološi tehnoloģiskie materiāli to fizikālo īpašību dēļ, proti, ir efektīvi katalizatori fotoķīmiskajām reakcijām un pamatnes SrTiO3 (STO) –BiTO/STO heterostruktūras ūdens sašķelšanai.

Tādēļ fizikālo modeļu attīstīšana, kas izskaidro galvenos šī procesa mehānismus, var turpmāk veicināt nākamās paaudzes materiālu radīšanos. Tiek sagaidīts, ka šādas struktūras var palielināt lādiņu atdalīšanu un tādējādi palielināt ūdens sašķelšanas efektivitāti. Pirmā problēma ir BiTO kristāliskās struktūras un tās simetrijas noteikšana.

Mēs izmantojām atomu orbitāļu lineāro kombināciju pieeju apvienojumā ar hibrīdo blīvuma funkcionāļu teorijas (DFT) formālismu no pirmajiem principiem, lai modelētu BiTO dažādās ortorombiskās simetrijās, ietverot Fmmm un B2cb. Mēs atradām, ka BiTO sākuma ģeometrija ortorombiskajā Fmmm simetrijā reducējās uz tetragonālo I4/mmm, kur abas režģa konstantes sakrīt. Šis rezultāts kvalitatīvi nesakrīt ar daudziem eksperimentāliem pētījumiem, kas paredz BiTO Fmmm fāzi. Pirmo principu aprēķini demonstrē, ka, lai iegūtu ortorombisko BiTO režģa ģeometriju ar dažādām plaknes režģu konstantēm, nepieciešams samazināt simetriju līdz B2cb telpiskai grupai.

Mūsu teorētiskos paredzējumus apstiprina augstas kvalitātes BiTO nanokristālu komplicēti eksperimentālie pētījumi (sadarbībā ar M. Kržmanc un A. Meden, Slovēnija).


9. Attēls. Shematisks BiTO struktūras attēlojums: O sarkans, Ti zils, Bi violets.

[1]. G. Zvejnieks, L.L. Rusevich, D. Gryaznov, E.A. Kotomin. Interface-induced enhancement of piezoelectricity in the (SrTiO3)m/(BaTiO3)M-m superlattice for energy harvesting applications.
Phys. Chem. Chem. Phys., 2019, 21, pp. 23541-23551.

Grupas vadītājs – Prof., Dr.habil. J.Kotomins. HPRG specializācija – skaitļošanas ķīmija un skaitļošanas materiālzinātne, izmantojot augstas veiktspējas datorskaitļošanu. Sākot ar 2002.gadu LU CFI darbojās mūsu pašu superdators “Latvijas superklasters”, kas nepārtraukti tiek atjaunināts. Grupas locekļiem ir arī pieejamas daži ārējie skaitļošanas resursi ES un ASV.

 

HPRG locekļi:

Prof. J.Kotomins – grupas vadītājs

Dr. D.Bočarovs, M.Sc. A.Česnokovs, Dr. D.Grjaznovs, Dr. R.Eglītis, Dr. A. Gopejenko, M.Sc. A.Ivanova, M.Sc. O.Lisovskis, Dr. J.Mastrikovs, Dr. S.Piskunovs, M.Sc. A.Platoņenko, Dr. L.Rusevičs, M.Sc. M.Sokolovs, Dr. A.Sorokins, M.Sc. D.Zavickis, Dr. G.Zvejnieks.

 

HPRG veic skaitļošanas eksperimentus ar moderniem materiāliem un to defektiem, izmantojot vismodernākās datoru programmas.

 

Pieeja sekojošām datorprogrammām tiek regulēta atbilstošās licences vienošanos:

CRYSTAL programmaLicences līgums

Kontaktpersona: Dr. S. Piskunovs, sergejs.piskunovs@cfi.lu.lv

Programma licencēta lietošanai LU CFI.

 

Vienna ab Initio Simulation Package (VASP)

Kontaktpersona: Dr J. Mastrikovs, yuri.mastrikov@cfi.lu.lv

Licences lietotāju saraksts: Juri Mastrikov, Dmitry Bocharov, Denis Gryaznov, Eugene Kotomin

 

Citas datorprogrammas, kuras lieto grupas locekļi:

ABINIT, NWCHEM, CP2K, Quantum ESPRESSO

Aktīvie projekti:

Apvārsnis 2020 - EUROfusion

Funkcionālie materiāli (WPMAT-FM) (2021-2025)

Defektu un nesakārtotības izpēte neapstarotā un apstarotā leģētā dimantā un saistītos materiālos kodolsintēzes diagnostikas lietojumiem (DDRM) — teorētiskā un eksperimentālā analīze (2021-2023)

COST starptautiskie projekti

Daudzpakāpju apstarošanas un ķīmijas vadīti procesi un saistītās tehnoloģijas (CA20129) (2021-2025)

Intensīvas elektroniskās ierosmes izpratne un modelēšana CA COST Action CA17126 (2018-2022)

Skaitļošanas materiālu zinātne efektīvai ūdens sadalīšanai ar nanokristālu elementiem (2019-2022)

EraNet

Perovskītu fotokatalizatora tehnoloģijas izstrāde ūdeņraža ieguvei no ūdens sadalīšanas saules gaismas ietekmē (2019-2022)

LZP granti

Progresīvie Rudlesdena-Popera fāzu atomistiskie pētījumi protonus vadošām keramiskām elektrolīzes šūnām (2021-2024)

Valsts pētījumu programmas

Virsotnes kvarka un Higsa bozona pētījumi CMS eksperimenta, kristāla scintilatoru, CMS apakšdetektoru un daļiņu paātrinātāju tehnoloģiju attīstīšana lietišķam pielietojumam, sadarbībā ar CERN (2020-2022)

 

Realizētie projekti:

Apvārsnis 2020 - EUROfusion

Optisko un dielektrisko materiālu defektu attīstību un struktūras izjaukšanu izvērstā eksperimentālā un teorētiskā analīze pielietojumiem kodolsintēzē (2019-2020)

Radiācijas efektu MgAl2O4 špinelī un vispārējos oksīdos lielā mēroga datormodelēšana (2014-2020)

COST starptautiskie projekti

Reducējamo oksīdu ķīmija, struktūra un funkcijas (2012-2016)

Eiropas komisijas ietvara programmas

Ek 7. GREEN-CC (2013-2017)

EK 7. IP F-Bridge (2008-2012)

EK 7. IP NASA-OTM (2009-2012)

EraNet

Inovatīvi nanomateriāli un struktūras integrētiem pjezoelektriskās enerģijas ieguves pielietojumiem” (HarvEnPiez) (2017-2019)

ESF projekti

Inovatīvi materiāli caurspīdīgai elektronikai un fotonikai (2013-2015)

Latvijas – Ukrainas divpusējās sadarbības programmas zinātnes un tehnoloģiju jomā

ABO3 perovskītu virsmu struktūras, luminiscences un vadītspējas īpašību anomālās uzvedības raksturojums pie zemām temperatūrām un ab-initio aprēķini (2019-2020)

Jauniem radiācijas dozimetriem paredzētu nanostrukturētu YAlO3:Mn keramiku izgatavošana, raksturošana un datormodelēšana (2016-2018)

LZP granti

Jaunu materiālu teorētiskā prognozēšana vidēju temperatūru keramiskām kurināmā šūnām (2018-2021)

Jaunu uzlaboto perovskītu skaitļošanas izpēte pielietojumiem enerģētikā (2020-2021)

Scintilatoru materiālu radiācijas bojājumu pētījumi augstas enerģijas fizikas un medicīnas pielietojumiem (2018-2021)

Dinamiskā nanomēroga paš-sakārtošanās kondensētās vielās (2013-2016)

Visvairāk citētie raksti

V.N. Kuzovkov, and E.A. Kotomin.
Kinetics of bimolecular reactions in condensed media - critical phenomena and microscopic self-organisation.
Reports on Progress in Physics, Volume: 51, Issue: 12, Pages: 1479-1523, Published: DEC 1988
DOI: 10.1088/0034-4885/51/12/001

Cited by 244 (2020)

E. Heifets, R.I. Eglitis, E.A. Kotomin, J. Maier, and G. Borstel.
Ab initio modeling of surface structure for SrTiO3 perovskite.
Physical Review B, Volume: 64, Issue: 23, Published: DEC 15 2001
DOI: 10.1103/PhysRevB.64.235417

Cited by 228 (2020)

E.A. Kotomin, and A.I Popov.
Radiation-induced point defects in simple oxides.
Nuclear Instruments & Methods in Physics Research Section B-Beam Interactions With Materials and Atoms, Volume: 141, Issue: 1-4, Pages: 1-15, Published: MAY 1998
DOI: 10.1016/S0168-583X(98)00079-2

Cited by 224 (2020)

 

Žurnālu lielie impakta faktori

Y. A. Mastrikov, M. M. Kuklja, E. A. Kotomin and J. Maier, "First-principles modelling of complex perovskite (Ba1-xSrx)(Co1-yFey)O3-δ for solid oxide fuel cell and gas separation membrane applications, Energy & Environmental Science, vol. 3, no. 10, p. 1544, 2010. [IF=30.289]

E.A. Kotomin and V.N. Kuzovkov, Phenomenological Theory of the Recombination and Accumulation Kinetics of Radiation Defects in Ionic Solids. - Rept. Progr. Phys., 1992, 55, p. 2079-2202. [IF=16.620]

V.N. Kuzovkov and E.A. Kotomin, Kinetics of Bimolecular Reactions in Condensed Media: critical phenomena and microscopic self-organisation.  - Rept. Progr. Phys., 1988, 51, p. 1479-1524. [IF=16.620]

 

Some personal achievements

Būtiskākie sasniegumi (desmit labākie) Latvijas zinātnē (Latvijas Zinātņu akadēmijas balva):

  • A.I. Popovam, V.N. Kuzovkovam, E.A. Kotominam, D. Grjaznovam, A. Platoņenko, E. Šabloņinam, A. Luščikam,  "Padziļināta izpratne un paredzējumi moderniem materiāliem ekstremālos radiācijas apstākļos ", 2020.
  • V.N. Kuzovkovam Latvijas Zinātņu akadēmija piešķīra E. Siliņa balvu fizikā par darbu ciklu „No haosa uz sakārtotību caur difūziju”, 2014.
  • E.A. Kotominam Latvijas Zinātņu akadēmija piešķīra Fr. Candera balvu fizikā un matemātikā par pētījumiem “Cietvielu defektu teorijā” (ietverot 3 monogrāfijas), 1997.

Jevgēnijs Kotomins

Zinātniskie darbi 460
Citējamība 9460
H-indekss (Scopus) 51 

Anatolijs Popovs

Zinātniskie darbi 200
Citējamība 2730
H-indekss (Scopus ) 31 

Olģerts Dumbrājs

Zinātniskie darbi 260
Citējamība 3130
H-indekss (Scopus ) 27

Intervija ar O. Dumbrāju
(pdf versija, 1.&7.lpp.)

 

Labākās grāmatas un grāmatu nodaļas

  • K. Sickafus and E.A. Kotomin (eds.) Radiation Effects in Solids. NATO ASI Science series II, Physics, Chemistry, Mathematics, 2006, vol. 235, Amsterdam, Berlin, Oxford, 560 p.
  • C.R.A. Catlow and E.A. Kotomin (eds.) Computational Materials Science. NATO Science series III. Computer and System Sciences, 2003, vol. 187, Amsterdam, Berlin, Oxford.
  • E.A. Kotomin and V.N. Kuzovkov, Modern Aspects of Diffusion-Controlled Processes: Cooperative Phenomena in Bimolecular Reactions. Amsterdam: Elsevier  (Vol. 34in Comprehensive Chemical Kinetics), 1996, 612 p.
  • E.A. Kotomin, R. Merkle, Yu.A. Mastrikov, M.M. Kuklja, and J. Maier, Energy Conversion:  Solid Oxide Fuel Cells. First-Principles Modeling of Elementary Processes. - Chapter 6 in book:  Computational Approaches to Energy Materials (eds. A.Walsch, A.Sokol, C.R.A. Catlow, Wiley), 2013, p. 149-186.
  • V.N. Kuzovkov, E.A. Kotomin, G. Zvejnieks, K.D. Li, T.H. Ding, and L.M. Wang, Void Superlattice Formation  in Electron Irradiated  Materials. -Chapter 11 in e-book Series: "Advances in Materials Science Research"  (Ed. Maryann C. Wythers, Nova Science Publishers), 2011, Vol. 2, p. 191-216.
 

Galvenie apskata raksti

  • M.M. Kuklja, E.A. Kotomin, R. Merkle, Yu.A. Mastrikov, and J. Maier, Combined theoretical and experimental analysis of processes  determining cathode performance in solid oxide fuel cells. - Phys. Chem. Chem. Phys. (Perspective), 2013, 15, p. 5443-5471.
  • Yu.F. Zhukovskii, E.A. Kotomin, R.A. Evarestov, and D.E. Ellis, Periodic models in quantum chemical simulations of F centers in crystalline metal oxides. - Intern. J. Quant. Chem., 2007, 107, p. 2956-2985.
  • E.A. Kotomin and A.I. Popov, The kinetics of radiation-induced point defect aggregation and metallic colloid formation in ionic solids. In: Radiation Effects in Solids (NATO ASI Science Series II. Physics, Chemistry and Mathematics, Vol. 235), Amsterdam, Berlin, Oxford, 2006, p. 153-192.
  • E.A. Kotomin and V.N. Kuzovkov, Phenomenological Theory of the Recombination and Accumulation Kinetics of Radiation Defects in Ionic Solids. - Rept. Progr. Phys., 1992, 55, p. 2079-2202.
  • V.N. Kuzovkov and E.A. Kotomin, Kinetics of Bimolecular Reactions in Condensed Media: critical phenomena and microscopic self-organisation. Rept. Progr. Phys., 1988, 51, p. 1479-1524.

ASV:

  • University of Maryland, USA (Dept of Materials Science and Engineering; Institute for Research in Electronics and Applied Physics)

Izraēla:

  • Ben-Gurion University of the Negev, Beer-Sheva, (Department of Materials Engineering)
  • Weizmann Institute of Science (Dept of Materials and Interfaces),  Rehovot

Itālija:

  • University of Turin (Theoretical Chemistry group)

Lietuva:

  • Vilnius University

Norvēģija:

  • University of Oslo, Department of Chemistry

Rumānija:

  • National Institute of Materials Physics, Iasy

Vācija:

  • Max Planck Institut für Festkörperforschung, Stuttgart, Germany (Abt.Physikalische Festkörperchemie)
  • Max Planck Institut für Plasmaphysik, Garching, Germany (Association Euratom-IPP)
  • Karlsruhe Institute of Technology (KIT)

Igaunija:

  • Institute of Physics, University of Tartu

Krievija

  • St Petersburg University (Dept of Quantum Chemistry)

Spānija

  • CIEMAT, Madrid

Slovēnija

  • Jozef Stefan Institute, Ljubljana

Ukraina

  • Lviv University

2021

A. Chesnokov, D. Gryaznov, N.V. Skorodumova, E.A. Kotomin, A. Zitolo, M. Zubkins, A. Kuzmin, A. Anspoks, J. Purans. The local atomic structure and thermoelectric properties of Ir-doped ZnO: hybrid DFT calculations and XAS experiments. J. Mater. Chem. C, 2021, 9, pp. 4948–4960.

G. Zvejnieks, D. Zavickis, E.A. Kotomin, D. Gryaznov. BaCoO3 monoclinic structure and chemical bonding analysis: hybrid DFT calculations. Phys. Chem. Chem. Phys., 2021, 23, pp. 17493–17501.

M. Tyunina, L.L. Rusevich, E.A. Kotomin, O. Pacherova, T. Kocourek, A. Dejneka. Epitaxial growth of perovskite oxide films facilitated by oxygen vacancies. J. Mater. Chem. C, 2021, 9, pp. 1693-1700.

 

2020

V. Seeman, A. Lushchik, E. Shablonin, G. Prieditis, D. Gryaznov, A. Platonenko, E.A. Kotomin, A.I. Popov. Atomic, electronic and magnetic structure of an oxygen interstitial in neutron‑irradiated Al2O3 single crystals. Sci. Rep., 2020, 10, 15852 (pp. 1-14).

A. Lushchik, E. Feldbach, E.A. Kotomin, I. Kudryavtseva, V.N . Kuzovkov, A.I . Popov, V. Seeman, E. Shablonin. Distinctive features of diffusion-controlled radiation defect recombination in stoichiometric magnesium aluminate spinel single crystals and transparent polycrystalline ceramics. Sci. Rep., 2020, 10, 7810 (pp. 1-9).

G. Di Palma, B. Kirtman, F.S. Gentile, A. Platonenko, A.M. Ferrari, R. Dovesi. The VN2 negatively charged defect in diamond. A quantum mechanical investigation of the EPR response. Carbon, 2020, 159, pp. 443-450.

E.A. Kotomin, Yu.A. Mastrikov, R. Merkle, J. Maier. First principles calculations of oxygen reduction reaction at fuel cell cathodes. Curr. Opin. Electrochem., 2020, 19, pp. 122–128.

 

2019

L.L. Rusevich, G. Zvejnieks, E.A. Kotomin, M. Maček Kržmanc, A. Meden, Š. Kunej, I.D. Vlaicu. Theoretical and experimental study of (Ba,Sr)TiO3 perovskite solid solutions and BaTiO3/SrTiO3 heterostructures. J. Phys. Chem. C, 2019, 123, pp. 2031−2036.

D. Zablotsky, L.L. Rusevich, G. Zvejnieks, V. Kuzovkov, E. Kotomin. Manifestation of dipole-induced disorder in self-assembly of ferroelectric and ferromagnetic nanocubes. Nanoscale, 2019, 11, pp. 7293-7303.

 

2018

Yu.A. Mastrikov, R. Merkle, E.A. Kotomin, M.M. Kuklja, and J. Maier. Surface termination effects on the oxygen reduction reaction rate at fuel cell cathodes. J. Mater. Chem. A, 2018, 6, pp. 11929–11940.

E. Kotomin, V. Kuzovkov, A.I. Popov, J. Maier, and R. Vila. Anomalous kinetics of diffusion-controlled defect annealing in irradiated ionic solids. J. Phys. Chem. A, 2018, 122, pp. 28–32.

 

2017

R.A. Evarestov, D. Gryaznov, M. Arrigoni, E.A. Kotomin, A. Chesnokov and J. Maier, Use of site symmetry in supercell models of defective crystals: polarons in CeO2. - Phys. Chem. Chem. Phys., 2017, 19, p. 8340-8348.

E. Heifets, E.A. Kotomin, A.A. Bagaturyants and J. Maier, Thermodynamic stability of stoichiometric LaFeO3 and BiFeO3: a hybrid DFT study. - Phys. Chem. Chem. Phys., 2017, 19, p. 3738-3755.

 

2016

O. Dumbrajs, T. Saito, and Y. Tatematsu, Start-up scenario of a high-power pulsed gyrotron for 300 GHz band collective Thomson scattering diagnostics in the Large Helical Device. - Phys. Plasmas, 2016, 23, 023106 (p. 1-8).

T.S. Bjørheim, M. Arrigoni, S.W. Saeed, E.A. Kotomin, and J. Maier, Surface segregation entropy of protons and oxygen vacancies in BaZrO3. - Chem. Mater., 2016, 28, p.1363−1368.

 

2015

E. Heifets, E.A. Kotomin, A.A. Bagaturyants, and J. Maier, Ab initio study of BiFeO3: Thermodynamic stability conditions. - J. Phys. Chem. Lett., 2015, 6, p. 2847−2851.

T.S. Bjørheim, E.A. Kotomin, and J. Maier,  Hydration entropy of BaZrO3 from first principles phonon calculations. - J. Mater. Chem. A, 2015, 3, p. 7639–7648. 

 

2014

T.S. Bjørheim and E.A. Kotomin, Ab initio thermodynamics of oxygen vacancies and Zinc interstitials in ZnO. - J. Phys. Chem. Lett., 2014, 5, p. 4238−4242

D. Gryaznov, S. Baumann, E.A. Kotomin, and R. Merkle, Comparison of permeation measurements and hybrid density-functional calculations on oxygen vacancy transport in complex perovskite oxides. - J. Phys. Chem. C, 2014, 118, p. 29542−29553.

V.N. Kuzovkov, G. Zvejnieks, and E.A. Kotomin, Theory of non-equilibrium critical phenomena in three-dimensional condensed systems of charged mobile nanoparticles. - Phys. Chem. Chem. Phys., 2014, 16, p. 13974-13983.