Pašorganizēto sistēmu kinētikas laboratorija ir viena no vadošajām laboratorijām teorētiskās materiālzinātnes modelēšanas jomā Austrumeiropā, publicējot ik gadu apmēram 25 zinātniskos rakstus un prezentējot 50 konferenču tēzes. Mēs attīstām un pielietojam jaunas metodoloģijas perspektīvu energoefektīvu materiālu modelēšanai.

Pētniecības virzieni:

  1. Bimolekulāro reakciju kinētika un pašorganizācija kondensētās vidēs.
  2. Perspektīvu radiācijas izturīgu funkcionālo materiālu pētījumi kodolsintēzes reaktoriem.
Grāds Vārds Uzvārds Amats Telefons E-pasts
Dr.habil.phys.Vladimirs KuzovkovsLaboratorijas vadītājs; Vadošais pētnieks27134915Vladimirs.Kuzovkovs
Dr. phys.Olģerts DumbrājsVadošais pētnieks26359386Olgerts.Dumbrajs
Dr.rer.nat.Deniss GrjaznovsVadošais pētnieks27434516Deniss.Grjaznovs
Dr.habil.phys.Jevgēnijs KotominsVadošais pētnieks67187480Jevgenijs.Kotomins
Dr.rer.nat.Jurijs MastrikovsVadošais pētnieksYuri.Mastrikov
Dr.phys.Anatolijs PopovsVadošais pētnieks67187480Anatolijs.Popovs
Dr.rer.nat.Guntars ZvejnieksVadošais pētnieks29821830Guntars.Zvejnieks
Dr.chem.Vera SergaPētniece
Mg.Andrejs ČesnokovsPētnieksAndrejs.Cesnokovs
Mg.Aleksandrs PlatoņenkoPētnieks25956853Aleksandrs.Platonenko
Dr. Phys.Leonīds RusevičsPētnieks67187480Leonids.Rusevics
Veera KrasnenkoViespētniece
Maria LuštšikInženiere
Bc.Aleksandra MoskinaInženiereAleksandra.Moskina

1. BIMOLEKULĀRO REAKCIJU KINĒTIKA UN PAŠORGANIZĀCIJA

Viens no galvenajiem mērķiem šajā virzienā ir pētīt daudz-daļiņu (kooperatīvos) efektus kinētiskajās bimolekulārajās rekacijās kondensētās vides, ietverot radiācijas defektus. Pētījumu lielākā daļa balstās uz jaunu daudz-daļiņu formālismu, kas aprakstīts mūsu grāmatā E.A. Kotomin and V.N. Kuzovkov, Modern aspects of diffusion-controlled reactions (Amsterdam, Elsevier, 1996).

Virsmas ierosinātām reakcijām ir noteicošā loma heterogēnā katalīzē. Mēs pētām šādas reakcijas ievērojot tādas fundamentālas parādības kā struktūru veidošanās, reaģentu paš-sakārtošanās, regulāras un neregulāras reaģentu koncentrāciju oscilācijas, kā arī haotiska uzvedība vienkāršu reakciju gadījumā uz zema indeksa kristāliskām virsmām. Īpaša uzmanība veltīta difūzijas problēmām heterogēnā vidē, e.g., kompozītos vai stipri apstarotos materiālos.

Mēs strādājam arī pie tādām teorētiskās fizikas fundamentālām problēmām kā: (i) Andersona lokalizācija zemās dimensijās, kurai mēs nesen piedāvājām precīzu analītisku atrisinājumu. (ii) Reaģentu paš-organizācijas modelēšana dažādās katalītiskās virsmas reakcijās.

2. PERSPEKTĪVU RADIĀCIJAS IZTURĪGU MATERIĀLU PĒTĪJUMI KODOLSINTĒZES REAKTORIEM

Svarīga kodolsintēzes reaktoru daļa ir funkcionālie optiskie un dielektriskie materiāli, kurus izmanto diagnostikas logos, lēcās, kabeļos un citās vadības ierīcēs. Tādējādi ir ļoti svarīgi saprast, kontrolēt un paredzēt to radiācijas noturību intensīvu neitronu/gamma starojuma vidē. Vairums iepriekš izmantoto metožu radiācijas bojājumu kontrolei izolējošos optiskos/dielektriskos materiālos balstās uz tradicionālo rentgena difrakciju, mikroskopiju un optisko spektroskopiju. Pēdējā pieeja ir īpaši noderīga, lai pētītu vienkāršus primāros radiācijas defektus vienkāršos oksīdos. Tomēr šai pieejai ir ierobežojumi un to nevar pielietot, e.g., starpmezglu skābekļa joniem (kuri ir elektronu F-tipa centru komplementārie defekti un ir caurumu komponente Frenkeļa pāros) un/vai augstām radiācijas plūsmām, kad optiskā absorbcija piesātinās un atsevišķās zonas pārklājas.

Šinī mūsu eksperimentāli-teorētiskā pieejā mēs piedāvājam pielietot kombinācijā ar parasto optisko absorbciju un luminiscenci virkni papildinošu magnētiskās rezonanses un svārstību spektroskopijas metodes (EPR un Ramana, IR un neitronu izkliedes), lai sekotu radiācijas bojājumu attīstībai dažādos funkcionālos materiālos – dimantā (izmanto diagnostikā un lieljaudas mikroviļņu pārraides logos plazmas stabilizēšanai), Al2O3 (safīrs), MgAl2O4, kas ir piemērots diagnostikas/optikas logiem. Svarīgi ir arī noteikt īpašo piemaisījumu (Mn, Fe, Cr, Ti) lomu.

Īpaša uzmanība tiks pievērsta RAMAN spektroskopijai, kas pēdējos gados aktīvi attīstās, īpaši kombinācijā ar defektu svārstību īpašību aprēķiniem, kas balstās uz moderniem pirmo principu aprēķiniem, izmantojot hibrīdos apmaiņas korelācijas funkcionāļus.

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:

COST starptautiskie projekti

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

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)

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:

COST starptautiskie projekti

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

EraNet

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

EUROfusion

Defektu attīstības un struktūras nesakārtotības eksperimentāla un teorētiska analīze optiskos un dielektriskos materiālos priekš pielietojumiem kodolsintēzē (2019-2020)

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

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 (2016-2017)

LZP granti

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

1997g. Dr.habil.phys. J. Kotominam tika piešķirta F. Candera Latvijas Zinātņu akadēmijas balva fizikas un matemātikas zinātnēs par pētījumu kopumu ''Cietvielu defektu teorija'' (t. sk. 3 monogrāfijas).
2014.g. Dr.habil.phys. V. Kuzovkovam tika piešķirta E. Siliņa balva fizikā par rakstu ciklu „No haosa uz sakārtotību caur difūziju”.

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

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.

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.

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.

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.

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.