Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетінде философия докторы (PhD) дәрежесін алу үшін Солтанбек Нүргүл Серікбайқызы «8D07140 – Наноматериалдар және нанотехнологиялар» білім беру бағдарламасы бойынша «Магниттік және транспорттық қасиеттерінде ерекшеліктері бар Гейслер қорытпаларының компьютерлік дизайны» тақырыбында диссертациясы қорғалады.
Диссертация Л.Н.Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетінің «Ядролық физика, жаңа материалдар мен технологиялар кафедрасы» кафедрасында орындалды.
Қорғау тілі - орыс тілінде
Ресми рецензенттер:
- Сергеев Дәулет Мақсатұлы – физика-математика ғылымдарының кандидаты, қауымдастырылған профессор, подполковник, ҚР ҚМ «Кеңес Одағының екі мәрте Батыры Т.Я. Бегелдинов атындағы Әуе қорғанысы күштерінің Әскери институты» РММ радиоэлектрондық жабдықтарды жобалау және пайдалану кафедрасының бастығы (Ақтөбе қ., Қазақстан Республикасы);
- Кенжина Инеш Еразықызы – PhD докторы, қауымдастырылған профессор, Қ.И. Сәтбаев атындағы Қазақ ұлттық техникалық зерттеу университетінің (ҚазҰТЗУ) зерттеуші профессоры. (Алматы қ., Қазақстан Республикасы).
Диссертациялық кеңестің уақытша мүшелері:
- Боргеков Дарын Боранбайұлы – PhD докторы, ҚР ЭМ "Ядролық физика институты" ШЖҚ РМК Астана филиалы директорының орынбасары (Астана қ., Қазақстан Республикасы);
- Сәтбаева Зарина Әскербекқызы – PhD докторы, «Техникалық физика және жылу энергетикасы» кафедрасының профессоры, «Шәкәрім университеті» КЕАҚ (Өскемен қ., Қазақстан Республикасы);
- Перевалов Тимофей Викторович–физика-математика ғылымдарының кандидаты, А.В. Ржановатындағы Ресей Ғылым академиясының Сібір бөлімінің Федералды мемлекеттік бюджеттік ғылым институты жартылай өткізгіштер физикасы институты (Новосибирск қ., Ресей)
Ғылыми кеңесшілері:
-Абуова Фатима Үсенқызы – PhD докторы, ядролық физика, жаңа материалдар және технологиялар кафедрасының қауымдастырылған профессоры, «Л. Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университеті» КЕАҚ (Астана қ., Қазақстан Республикасы);
- Инербаев Талғат Мұратұлы – физика-математика ғылымдарының кандидаты, «Л. Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университеті» КЕАҚ техникалық физика кафедрасының доценті (Астана қ., Қазақстан Республикасы);
-Ховайло Владимир Васильевич – физика-математика ғылымдарының докторы, «МИСИС «Ұлттық технологиялық зерттеу университеті» федералды мемлекеттік автономды жоғары білім беру мекемесінің функционалдық наножүйелер және жоғары температуралы материалдар кафедрасының профессоры (Мәскеу қ., Ресей).
Қорғау 2025 жылғы 4 қыркүйек, сағат 14:00 Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетінің «8D07140 – Наноматериалдар және нанотехнологиялар» мамандығы бойынша «8D071 – Инженерия және инженерлік іс» кадрларды даярлау бағыты бойынша диссертациялық кеңесте өтеді. Диссертациялық кеңес мәжілісі онлайн форматта өткізіледі деп жоспарлануда.
Сілтемесі: https://clck.ru/3MvMhD
Мекен-жайы: Астана қ., Қажымұқан көшесі 13, 309-аудитория
Аңдатпа (қаз.): Солтанбек Нүргүл Серікбайқызының «8D07140-Наноматериалдар және нанотехнологиялар» білім беру бағдарламасы бойынша философия докторы (PhD) дәрежесіне ұсынылған «Магниттік және транспорттық қасиеттерінде ерекшеліктері бар Гейслер қорытпаларының компьютерлік дизайны» атты диссертациялық жұмысына АҢДАТПА Зерттеу өзектілігі 1903 жылы Гейслер қорытпалары ашылғаннан бері бұл қорытпалар олардың қасиеттерін мақсатты түрде өзгертуге мүмкіндік беретін химиялық құрамдар мен параметрлердің алуан түрлілігіне байланысты көбірек назар аударуда. Бұл қорытпалардың көпшілігі термоэлектрлік және спинтрондық қосымшалар үшін жоғары тиімді материалдар ретінде көрінді. Соңғы жылдары жаңа материалдарды жасау дәстүрлі зертханалық эксперименттерден гөрі компьютерлік модельдеу кезеңінен басталады. Бұл әдіс «материалға бағытталған компьютерлік дизайн» деп аталды және сандық модельдеу және кванттық механикалық есептеулер арқылы әлі алынбаған қосылыстардың сипаттамаларын болжаудан тұрады. Есептеу технологиялары саласындағы қарқынды ілгерілеудің, модельдеу құнының төмендеуінің және физикалық эксперименттер шығындарының бір мезгілде өсуінің арқасында белгілі бір қосылыстардың әлеуетін оларды синтездеу қажеттілігінсіз алдын-ала бағалауға болады. Бұл теориялық пысықтау кезеңінде де болашағы аз нұсқаларды тиімді сүзуге мүмкіндік береді. Осылайша, жүздеген сынамалары бар ауқымды эксперименттік сериялардың орнына зерттеушілер есептелген деректерден алынған ең перспективалы нұсқаларға назар аударуға мүмкіндік алады. Теориялық модельдеу арқылы дамитын негізгі бағыттардың бірі-материалдардың (іргелі) электронды, фонондық, серпімді және термоэлектрлік сипаттамаларын зерттеу және жетілдіру. Соңғы жылдары жартылай Гейслер қорытпаларына ерекше назар аударылды-олардың химиялық құрамы мен құрылымдық параметрлері бойынша олардың алуан түрлілігі жеке элементтерді өзгерте отырып, қажетті қасиеттерді дәл реттеуге мүмкіндік береді. Осы қосылыстардың ішінде тиімді термоэлектрлік материалдардың көптеген сәтті мысалдары анықталды. Олардың осы саладағы жоғары өнімділігі, ең алдымен, қолайлы электронды өткізгіштікке байланысты. Жақсы тасымалдау қасиеттеріне қарамастан, жартылай Гейслер қорытпалары классикалық термоэлектриктермен салыстырғанда салыстырмалы түрде жоғары жылу өткізгіштікке ие. Бұл олардың қолданылуын шектейді және жылу өткізгіштігі төмендеген жаңа модификацияларды әзірлеу қажеттілігін көрсетеді. Сонымен қатар, қорытпалардың осы тобының жеке өкілдері жартылай металдардың қасиеттеріне ие – олар толық (100%) спиндік поляризацияны және жоғары Кюри температурасын көрсетеді, бұл оларды спинтрондық технологияға перспективалы үміткер етеді. Жартылай метализмді анықтайтын негізгі фактор-кристалдық құрылымның реттілік дәрежесі. Атомдық позицияларда тәртіпсіздік болған кезде магниттік қасиеттер нашарлайды және спиндік поляризация төмендейді. Демек, берілген спинтрондық сипаттамалары бар жаңа Гейслер қорытпаларын жобалау міндеттерінде торда тұрақты және реттелген атомдық орналасуды қамтамасыз ету бірінші кезектегі міндет болып қала береді. Жоғарыда аталған мәселелерді шешудің перспективалы тәсілдерінің бірі жаңадан ұсынылған қосылыстар класын – қос жартылай Гейслер қорытпаларын зерттеу болып табылады. Қос жартылай Гейслер қорытпалары бірегей физика-химиялық қасиеттерді біріктіретін функционалды материалдардың жаңа буыны болып табылады. Классикалық XYZ типті жартылай Гейслер қосылыстарынан айырмашылығы, олардың Қос аналогтары X2Y2Z′Z′′ формуласы бар екі еселенген ұяшықпен сипатталады, бұл композицияны икемді түрде реттеуге және нәтижесінде материалдың функционалдық сипаттамаларын басқаруға мүмкіндік береді. Соңғы жылдардағы зерттеулер күрделі орбиталық будандастырудың және атомдардың кеңістіктік реттелу мүмкіндігінің арқасында қос жартылай Гейслерлер спиндік поляризацияның жоғары деңгейін және реттелетін электронды өткізгіштігін көрсете алатынын көрсетті. Бірқатар теориялық және эксперименттік зерттеулерге сәйкес, қос жартылай Гейслер үштік аналогпен салыстырғанда айтарлықтай төмен жылу өткізгіштігін көрсетеді, бұл оларды термоэлектрикада қолдану үшін әсіресе перспективалы етеді. Заманауи жұмыстарда белсенді қолданылатын алғашқы принциптерден есептеу әдістері Қос жартылай Гейслердің наноқұрылымы олардың электрондық қасиеттерін айтарлықтай өзгерте алатынын және зарядты тасымалдау тиімділігін арттыра алатынын көрсетеді. Бұл өз кезегінде олардың термоэлектрлік модульдерді, магниттік сенсорларды және тұрақты жад элементтерін қоса алғанда, жаңа буын құрылғыларында қолданылуын кеңейтеді. Осылайша, әдеби дереккөздер қос жартылай Гейслер қорытпаларының жоғары ғылыми және технологиялық маңыздылығын көрсетеді, бұл олардың әрі қарайғы теориялық және эксперименттік зерттеулерінің өзектілігін анықтайды. Аталмыш диссертациялық зерттеудің мақсаты термоэлектрлік және/немесе спинтрондық құрылғыларда қолдану үшін перспективалы Гейслер қорытпаларын іздеу болып табылады. Диссертациялық зерттеу аясында өойылған мақсатқа жету үшін келесі міндеттер қойылып, шешілді: 1. CrNiZ (Z=Sb,Sn), CuNiZ (Z=Al,Ga,Sb,Sn), Ti2Pt2Z′Sb (Z′=Al,Ga,In) және V2Ni2Z′Z′′ (Z′=Al,Ga; Z′′=Sb,Sn) қорытпаларының термодинамикалық тұрақтылығын орнату, электрондық, магниттік қасиеттерін анықтау. 2. Қарастырылып отырған қорытпалардың динамикалық тұрақтылығын бағалау. 4. Тұрақты қорытпалардың электрондық және магниттік қасиеттеріне талдау жүргізу. 5. Ti2Pt2AlSb/Ti2Pt4AlSb және V2Ni2AlSb/V2Ni4AlSb Гейслер қорытпаларының электронды қасиеттеріне наноқұрылымның әсерін бағалау. Зерттеу нысаны. CrNiZ (Z=Sb,Sn), CuNiZ (Z=Al,Ga,Sb,Sn) жартылай Гейслер қорытпалары, және Ti2Pt2Z′Sb (Z′=Al,Ga,In) и V2Ni2Z′Z′′ (Z′=Al,Ga; Z′′=Sb,Sn) қос Гейслер қорытпалары Зерттеу пәні CrNiZ (Z=Sb,Sn), CuNiZ (Z=Al,Ga,Sb,Sn), Ti2Pt2Z′Sb (Z′=Al,Ga,In) и V2Ni2Z′Z′′ (Z′=Al,Ga; Z′′=Sb,Sn) қорытпаларының термодинамикалық тұратылық, электрондық, магниттік, тербелмелі және серпімді қасиеттерін анықтау, толық Гейслер нанобөлшектерінің қос Гейслер қорытпасына әсерін бағалау. Зерттеу әдістері. Бұл диссертациялық зерттеу VASP бағдарламалық пакетіндегі тығыздық функционалының теориясы негізінде кванттық химиялық есептеулерді қолдану арқылы жүзеге асырылады. Келесі корреляциялық функционалдар қолданылды: GGA, SCAN және HSE06. Фонон спектрлері PHONOPY бағдарламасындағы соңғы ауысым әдісі мен суперклетканың бөлігі ретінде есептелді. Серпімділік тензоры «кернеу–деформация» тәсілінің бөлігі ретінде есептелді. Тордың жылу өткізгіштігі AICON бағдарламалық пакетінде енгізілген модификацияланған Дебай – Каллауэй моделі арқылы есептелді. Зерттеудің ғылыми жаңалығы. 1. CrNiZ (Z=Sb,Sn), CuNiZ (Z=Al,Ga,Sb,Sn) жартылай Гейслер қорытпалары алғаш рет зерттелді. CuNiZ (Z=Al,Ga,Sb,Sn) және CrNiSn қорытпалары металдар екені анықталды,ал Crni қорытпасы жартылай металл қасиеттерге ие және Слейтер-Полинг ережесіне толық сәйкес келетіні анықталды. 2. Бұрын зерттелмеген Ti2Pt2Z′Sb (Z′=Al,Ga,In) қос жартылай Гейслер қорытпаларының жартылай өткізгіштік қасиеттері орнатылды. Диапазонның ең үлкен ені Ti2Pt2AlSb қорытпасына сәйкес келеді және 1.43 эВ құрайды. Серпімді қасиеттерді талдау Z атомының иондық радиусының жоғарылауымен (Аl-дан Ga және In-ге ауысу) Юнг модулінің табиғи төмендеуі байқалатынын көрсетті, бұл кристалдық тордың қаттылығының төмендеуін көрсетеді. Барлық үш қосылыс үшін 𝑘𝐿 торлы жылу өткізгіштік мәндері дәстүрлі PbTe термоэлектрлік материалымен салыстыруға болатын 2.3–2.7 Вт/(м·К) диапазонында екені анықталды. 3. Бұрын зерттелмеген V2Ni2Z′Z′′ (Z′=Al,Ga; Z′′=Sb,Sn) қос жартылай Гейслер қорытпаларының электронды және магниттік,тербелмелі және серпімді қасиеттері зерттелді. Зерттелген қорытпалар жартылай металдар болып табылады және ферромагниттік қасиеттерді көрсетеді. Барлық қорытпалар пластикалық мінез-құлықты көрсетеді, бұл көлемді модульдің сдысу модуліне қатынасының мәндерімен (B/G ≈ 2.5), сондай-ақ серпімділік анизотропиясының коэффициентімен анықталған изотропты механикалық сипаттамалармен дәлелденетіні анықталды. 4. Қос жартылай (Ti2Pt2AlSb/Ti2Pt4AlSb) Гейслер қорытпаларының наноқұрылымы Ti2Pt2AlSb қорытпасында таза Ti2Pt2AlSb-мен салыстырғанда күйлердің электронды тығыздығында (DOS) және тасымалдау сипаттамаларында өзгерістер бар екенін көрсетті. Ферми деңгейіне жақын электронды күйлердің наноқұрылымды тығыздығы артып, жолақ тарылып, жартылай өткізгіштік қасиеттерінің төмендеуіне әкелді. Сондай-ақ V2Ni2AlSb (V2Ni2AlSb/V2Ni4AlSb) наноқұрылымы материалдың жартылай металл қасиеттерінің төмендеуін көрсетті. Жұмыс нәтижесінде жетілдірілген функционалды қосымшаларға сәйкес келетін тұрақтылығы мен сипаттамалары расталған жаңа қос жартылай Гейслер қосылыстары анықталды. Олардың электронды құрылымы, магниттік қасиеттері, қаттылығы, қаттылығы, сынуға төзімділігі және жылу өткізгіштігі туралы толық ақпарат алынды, бұл оларды әрі қарай эксперименталды зерттеуге мүмкіндік береді. Қорғауға ұсынылатын негізгі тұжырымдар. 1. CrNiZ (Z=Sb,Sn) и CuNiZ (Z=Al,Ga,Sb,Sn) жартылай Гейслер қорытпалары өткізгіштіктің металл сипатын көрсетеді, ал CrNiSb қорытпасы жартылай металл сипатын көрсетеді және Слейтер–Полинг ережесінің заңдылығын толығымен қанағаттандырады. 2. Ti2Pt2Z′Sb (Z′=Al,Ga,In) қос жартылай Гейслер қорытпалары сәйкесінше -0.86, -1.01 және -1.06 эВ диапазоны бар тар аймақтық жартылай өткізгіштер болып табылады, олардың жылу өткізгіштігі < 3 Вт/мК 300 К-да өте төмен, бұл олардың жалғыз аналогтарымен салыстырғанда бірнеше есе аз. 3. V2Ni2Z′Z′′ (Z′=Al,Ga; Z′′=Sb,Sn) қос жартылай Гейслер қорытпалары ферромагниттер болып табылады және 0.103-тен 0.653 эВ-ге дейінгі спин-жоғары арна бойынша энергетикалық саңылауы бар жартылай металл сипатына ие. 4. Ti2Pt2AlSb (Ti2Pt2AlSb/Ti2Pt4AlSb) және V2Ni2AlSb (V2Ni2AlSb/V2Ni4AlSb) наноқұрылымды Қос жартылай Гейслер қорытпаларында Ферми деңгейіне жақын электронды күй тығыздығы (DOS) жоғарылайды: энергетикалық саңылау тарылады және сәйкесінше 0.25 және 0.31 эВ дейін жартылай өткізгіш және жартылай металл қасиеттері әлсірейді. Алынған нәтижелердің практикалық маңыздылығы. Нәтижелер белгілі термодинамикалық тұрақты Гейслер қорытпаларының тізімін кеңейтті. Сондай-ақ, зерттеу нәтижелері спинтроника және термоэлектрика құрылғыларында қолданылатын жаңа функционалды материалдарды жасау үшін өте маңызды. Өтініш берушінің жеке үлесі. Аталмыш диссертацияда ұсынылған барлық есептеулер мен теориялық зерттеулерді автор «МИСиС» ұлттық технологиялық зерттеу университетінің қызметкерлерінің консультациялық қолдауымен дербес орындады. Ғылыми жетекшілермен (кеңесшілермен) бірлесіп алынған деректерді өңдеу және нәтижелерді түсіндіру жүргізілді. Жұмыс апробациясы. Аталмыш жұмыс ҚР БҒМ AP22683528 «Гейслер қорытпалары негізінде термоэлектрлік және спинтрондық материалдарды компьютерлік модельдеу» гранттық жобасы шеңберінде орындалды 1. Диссертациялық жұмыстың негізгі нәтижелері келесі мақалаларда жарияланған: Soltanbek N. S. Merali N.A., Sagatov N.E., et al., Ab initio investigation of the stability, electronic, mechanical, and transport properties of a new double Half-Heusler alloys Ti2Pt2ZSb (Z = Al, Ga, In) // Metals. – 2025, №. 15 (3), 329, quartile Q1, percentile 78%, IF = 2,8 https://doi.org/10.3390/met15030329 2. Merali N.A., Soltanbek N.S.*, Sagatov N.E., et al., Investigation of the structural, electronic, magnetic, and mechanical characteristics of double half-Heusler alloys V2Ni2Z′Z′′(Z′= Al, Ga and Z′′= Sb, Sn) using ab initio computational methods //Journal of Applied Physics. – 2025. – Т. 137. – №. 18, quartile Q1, percentile 79%, IF = 2,54 https://doi.org/10.1063/5.0252730 3. Солтанбек Н. С. Мерали Н.А., Абуова А.У., и др., Исследование структурных и электронных свойств полу-Гейслеровы сплавов CrNiZ (Z= Sb, Sn) на основе расчетов ab initio. Вестник НЯЦ РК, Курчатов. -2025.- №1. – с 90-95 4. Солтанбек Н.С., Мерәлі Н.А., Абуова Ф.У., и др., // Жартылай Гейслер қорытпаларының құрылымдық, электронды және механикалық сипаттамаларын алғашқы принциптерге негізделіп зерттеe. ҚР ҰЯО Хабаршысы, Курчатов. -2025.- №2. 5. Солтанбек Н.С, Абуова А.У., Инербаев Т.М, және басқ., // Жартылай Гейслер матрицасындағы толық Гейслер қорытпасының нанобөлшектерін модельдеу: құрылымдық және электрондық қасиеттерін зерттеу. Вестник ЕНУ, Серия Физика.Астрономия. -2025.- №2. – c 177-191 Сондай ақ диссертациялық зерттеудің нәтижелері келесі ғылыми конференцияларда ғылыми баяндамалар түрінде ұсынылды: 6. II International Scientific School-Conference “Atom.Science.Technology”, 2023, Almaty,Lazakhstan 7. 11th International Conference on Nanomaterials and Advanced Energy Storage Systems (INESS), 2023, Mugla,Turkey 8. 8th International Congress on Energy Fluxes and Radiation Effects (EFRE-2024), 2024, Tomsk, Russian Federation Диссертациялық зерттеудің негізгі нәтижелері диссертация тақырыбына толық сәйкес келетін баспа жұмыстарында жарияланды: оның ішінде Web of Science және Scopus базасына кіретін және Thomson Reuters JCR сәйкес Q1 және Q2 квартиліне жататын рецензияланатын ғылыми журналдарда 2 мақала, ҚР ҰКҚ БКЖК ұсынған ғылыми басылымдарда 3 мақала және келесі баяндамалар халықаралық ғылыми конференциялар. Жұмыс құрылымы мен көлемі. Диссертациялық жұмыс кіріспеден, төрт бөлімнен, қорытындыдан және пайдаланылған дереккөздердің тізімінен тұрады. Диссертация 122 беттен тұрады, оның ішінде суреттер, кестелер және пайдаланылған әдеби көздер тізімі бар. Алғыс сөз. Ғылыми жетекшілерім, ф-м.ғ.к., доцент Т. М. Инербаев пен PhD докторы, қауымдастырылған профессор Ф.У. Абуоваға ғылыми жетекшілік еткені, докторлық диссертациямен жұмыс жасау барысында қолдау көрсеткені және көңіл бөлгені үшін алғыс айтамын. Сондай-ақ, диссертациядағы жұмыс кезеңдерін басқарғаны үшін, шетелдік ғылыми кеңесші ф-м.ғ. докторы, профессор В. В. Ховайлоға алғысымды білдіремін. Новосибирск мемлекеттік университетінің және В.С.Соболев атындағы Геология және минералогия институтының (Новосибирск) қызметкері Н.Е. Сағатовқа теориялық есептеулер жүргізуге көмектескені және менің жұмысыма қызығушылық танытқаны үшін шын жүректен алғысымды білдіремін.
Зерттеулерді этикалық бағалау жөніндегі комиссияның қорытындысы
Диссертациялық кеңестің шешімі
Диссертация қорғауының бейнежазбасы: https://youtu.be/esOqeYUKzKM?si=hGsR9AX3ROmJmRYT
