1. Изучено влияние молекул адсорбированных газов на скорость релаксации спинов носителей тока в нанографитах. Оприраясь на данные сравнительных исследований температурных зависимостей скоростей релаксации спинов носителей тока в исходных нанографитах и в нанографитах, экспонированных в атмосфере различных газов (рис. 1а)(рис. 1а), сделан вывод о присутствии в наночастицах, взаимодействующих с адсорбированными молекулами кислорода или галогенов, канала релаксации спинов, отсутствующего в исходных образцах. Показано, что обнаруженный канал релаксации реализуется при взаимодействии спинов носителей тока со спин-поляризованными (магнитно-упорядоченными) состояниями на зигзагообразных краях нанографитов (рис. 1б)(рис. 1б), образующимися в результате стонеровского спинового расщепления краевых π-электронных состояний, вследствие усиления электрон-электронных взаимодействий при переносе части электронной плотности от нанографитов к адсорбированным молекулам. Предложенная методика выявления изменений магнитного состояния краев нанографитов при их взаимодействии с адсорбированными молекулами может быть использована при решении аналогичных задач и в других наноразмерных проводниках.

Рис. 1а	Рис. 1б
* Чтобы увеличить рисунок, нажмите на него.

2. Разработаны оригинальные методы выращивания на различных подложках пленочных структур наноразмерных агломератов мультислойных графеновых нанокластеров (нанографитов) и пленок нанокомпозитов, сформированных in-situ полимеризацией смол в присутствии армирующих агломератов нанографитов. Набором взаимодополняющих методов изучены морфология, структура и физико-химические свойства полученных материалов в зависимости от условий их формирования. Выявлены особенности строения нанографитов - структурных блоков пленок, в том числе, протяженные участки краев зигзагообразной формы (рис. 2а)(рис. 2а), свидетельствующие о нетривиальном электронном строении пленок и о реализации в них разупорядоченной магнитной структуры типа спинового стекла. Обнаружено изменение электронного строения и магнитных свойств пленок нанографитов при их взаимодействии с адсорбированными молекулами кислорода и некоторых галогенов (рис. 2б)(рис. 2б). На основе полученных знаний выработаны рекомендации по практическому использованию пленок нанографитов и их композитов при разработке новых типов магнитов и материалов для газовых датчиков и сенсоров.

Рис. 2а	Рис. 2б
* Чтобы увеличить рисунок, нажмите на него.

3. Методом спинового резонанса на электронах проводимости выявлено обратимое уменьшение плотности состояний носителей тока на уровне Ферми D(E_F) мультислойных графеновых нанокластеров (нанографитов) при адсорбции на них молекул некоторых газов (рис. 3а)(рис. 3а). Показано, что указанный эффект можно объяснить спиновым расщеплением краевых π-электронных состояний нанографитов (магнитным упорядочением на краях частиц), вызванным усилением электрон-электронных взаимодействий вследствие увеличения D(E_F) при переносе части электронной плотности от нанографитов к адсорбированным акцепторным молекулам (рис. 3б)(рис. 3б). Выработаны рекомендации по использованию обнаруженного свойства нанографитов для разработки на их основе пленочных материалов для газовых датчиков и сенсоров.

Рис. 3а	Рис. 3б
* Чтобы увеличить рисунок, нажмите на него.

4. Предложена и реализована принципиально новая, простая и дешевая методика выращивания пленочных структур нанографитов (рис. 4а)(рис. 4а)на различных подложках, перспективных для создания элементов оптоэлектроники, работающих на новых физических принципах, с использованием в качестве исходного нанографитового сырья активированных углеродных материалов. Найдены способы модифицирования активированных углеродных материалов и режимы выращивания нанографитовых плёнок, при которых в составе плёнки формируются некоторые типы наноразмерных углеродных структур (рис. 4б)(рис. 4б) (рис. 4в)(рис. 4в).

Рис. 4а	Рис. 4б	Рис. 4в
* Чтобы увеличить рисунок, нажмите на него.

5. Набором взаимодополняющих физических методов изучены строение и магнитные свойства многослойных углеродных нанотрубок, полученных каталитическим пиролизом метана. Определены средние размеры и число углеродных слоев, образующих нанотрубки (рис. 5а)(рис. 5а), размытие плотности состояний вблизи уровня Ферми, температура вырождения газа несобственных носителей тока, концентрации локализованных спинов и несобственных двумерных носителей тока (рис. 5б)(рис. 5б). Сделано заключение о присутствии во внутренних областях нанотрубок, в том числе в их трубчатых полостях, ферромагнитных наночастиц. Выявлено различие в электронном строении углеродных нанотрубок и графита вблизи уровня Ферми (рис. 5в)(рис. 5в), которое можно объяснить большой плотностью электронных состояний около зигзагообразных участков концов нанотрубок и краев линейных структурных дефектов.

Рис. 5а	Рис. 5б	Рис. 5в
* Чтобы увеличить рисунок, нажмите на него.

6. Развита методика определения размеров нанографитов путём компьютерного моделирования экспериментального профиля рентгеновской дифракции трёхмерной разупорядоченной сетки нанографитов с помощью кривых рентгеновского рассеяния модельных нанографитов, рассчитанных в терминах теории Уоррена–Боденштейна с учетом зависимости межатомных и межслоевых расстояний от средних размеров образующих их нанографенов (рис. 6а)(рис. 6а). Очевидным достоинством предложенной методики является возможность оценки размеров нанографитов в активированных углеродных материалах без использования формулы Шеррера (рис. 6б)(рис. 6б), непригодной для оценки размеров наночастиц из рентгеновских спектров их порошков.

Рис. 6а	Рис. 6б
* Чтобы увеличить рисунок, нажмите на него.

7. Синтезированы и изучены соединения внедрения наноразмерных частиц графита (нанографитов) с рядом веществ, в отношении которых макроскопический упорядоченный графит инертен. Установлено, что структура и электронное строение нанографита отличается от структуры и электронного строения макроскопического упорядоченного графита. В частности, нанографит может иметь вблизи уровня Ферми пик плотности краевых π-электронных состояний, отсутствующий в макроскопическом упорядоченном графите (рис. 7)(рис. 7).

Рис. 7

* Чтобы увеличить рисунок, нажмите на него.

8. Установлено, что в нанографитах – структурных блоках активированных углеродных волокон, скорость релаксации подвижных спинов, вопреки ожиданиям, зависит от температуры (рис. 8)(рис. 8). Показано, что этот результат невозможно истолковать в рамках известных механизмов электрон-фононного взаимодействия носителей тока в макроскопическом упорядоченном графите. В то же время, его можно объяснить в терминах модели электрон-фононного взаимодействия, учитывающей взаимодействие подвижных носителей парамагнетизма с локальными краевыми фононными модами нанографита, инициированными краевыми π-электронными состояниями.

9. Проведено систематическое исследование изменений электронного строения вблизи уровня Ферми и спин-релаксационных характеристик подвижных спинов нанографитов – структурных блоков активированных углеродных волокон, при адсорбции ими различных газов. Выявлены ранее неизвестные аспекты влияния адсорбированных газов на свойства волокон, в том числе, аномальное уменьшение скорости релаксации подвижных спинов при взаимодействии откачанного волокна с молекулами воздуха, с последующим её медленным увеличением до значения в исходном неоткачанном образце. (рис. 8)(рис. 8). Показано, что найденные особенности временных изменений скорости релаксации можно объяснить с учетом различия значений констант диффузии и противоположного влияния на скорость спиновой релаксации подвижных спинов молекул кислорода и воды.

Рис. 8	Рис. 9
* Чтобы увеличить рисунок, нажмите на него.

10. Разработаны методы синтеза, синтезированы и изучены набором взаимодополняющих физических методов строение и свойства нанографитов, у которых доминирующая часть краевых атомов углерода химически связана с выбранным галогеном (рис. 9)(рис. 9). Показана возможность изменения электронной структуры и магнитных свойств нанографита путем химической модификации его краев. Полученный результат является важным этапом на пути к созданию наноразмерных магнитов нового типа на основе нанографитов с различным химическим состоянием противоположных краев.

11. Найдены режимы облучения различными ионами (протонами, Ar⁺ и B⁺) трехмерной разупорядоченной сетки несколькослойных нанографенов (нанографитов) и их соединений, приводящие к изменению магнитных свойств вещества (рис. 9а)(рис. 9а), при практически неизменной концентрации локализованных спинов. Показано, что причиной этого может быть слабое магнитное упорядочение в некоторых из нанографенов – вследствие неэквивалентного состояния их противоположных (относительно направления бомбардировки) краев (рис. 9б)(рис. 9б).

Рис. 9	Рис. 10а	Рис. 10б
* Чтобы увеличить рисунок, нажмите на него.