Ученые Казанского федерального университета и Казанского физико-технического института им. Е.К. Завойского совместно с коллегами из Индии занимаются изучением двойных оксидов типа перовскита. Проект № 22-42-02014 получил грантовую поддержку Российского научного фонда. При выполнении работ в рамках проекта был разработан новый метод синтеза и получен патент № 2023104028 RU2803302C1 «Способ получения сложного оксида ниобия и стронция» совместно с химиками из Института химии твердого тела.

Предмет исследования – двойной перовскит, по словам участников научной группы, выбран не случайно. Сегодня энергия – ключевое условие для прогресса. Спрос людей на энергию удовлетворяется за счет поставок ископаемого топлива, что ведет к вытекающим негативным последствиям – глобальному потеплению и изменению климата. Интересно, что только одна треть потребляемой первичной энергии используется эффективно, а две трети – расходуются впустую, превращаясь в тепло. Поиском возможностей передачи бесполезного и даже вредного нагревания окружающей среды на создание новых источников энергии занялись физики КФТИ и КФУ. Отметим, что КФУ и КФТИ плодотворно сотрудничают на протяжении нескольких лет.

Ученые Казанского физико-технического института им. Е.К. Завойского совместно с Индийским технологическим институтом в Канпуре (руководитель с индийской стороны – профессор Танмой Маити) исследуют материалы для создания устройства, которое сможет генерировать электроэнергию. Ее будут получать из отработанного тепла, выделяемого из выхлопных газов автомобилей, промышленных процессов и отопления жилых помещений. Материалы, которые планируют использовать, – это двойные оксиды типа перовскита, в которых наблюдается большой коэффициент Зеебека при температурах значительно выше комнатных, что позволит преобразовывать отработанное тепло в электрическую энергию.  

«Опыт основан на классическом эффекте Зеебека, когда мы наблюдаем разницу температур с разных сторон рабочего тела. Наше исследование отличается тем, что оно проходит не в диапазоне комнатных температур. Мы работаем с очень высокими значениями – около 600 градусов Кельвина, – говорит руководитель научной группы, профессор кафедры общей физики Института физики КФУ, ведущий научный сотрудник КФТИ Рушана Еремина. – Там, где температура достигает порядка сотен и тысяч градусов Кельвина, то есть где есть горячие цеха и нагретые печи, в будущем станет возможным использование двойных перовскитов для накопления энергии, которой хватит, например, для работы осветительных приборов».

В разработке ученые применяли комплексный подход. Результаты исследования были опубликованы в журнале Journal of Magnetism and Magnetic Materials.

«Мы намерены использовать две парадигмы, первая – фундаментальный аспект, связанный с необычными магнитными свойствами в двойных перовскитах, приводящими к низкоразмерному магнетизму, а также использовать переход Мотта в этих оксидах, чтобы максимизировать эффективность преобразования энергии, которая до сих пор была недостижима», – говорит руководитель гранта РНФ Рушана Еремина.

Совместный российско-индийский проект позволит получить новые знания по фундаментальным магнитным, диэлектрическим, транспортным свойствам двойных перовскитов состава (CaBaSr)2B'B''O6 (B'; B'' = Fe, Co, Ni, Cr, Mn, Mo, Ti, Nb), а также построить модель обменных связей 3d-ионов, определить тип магнитного упорядочения. Экспериментальные данные по магнетизму двойных перовскитов получены в рамках научно-исследовательского договора между КФУ и КФТИ, который выполняется под руководством ведущего научного сотрудника НИЛ «Квантовые симуляторы», доцента кафедры общей физики Института физики КФУ Руслана Батулина. Используется уникальная база научного оборудования университета. 

Применение двойных оксидов типа перовскита задаст новый вектор в развитии двустороннего научного сотрудничества между Россией и Индией.