Лаборатории

 

Лаборатория фазовых превращений и диаграмм состояния вещества Земли при высоких давлениях (454)

 

aaa

Заведующий лабораторией

Профессор РАН, доктор геолого-минералогических наук, Шацкий Антон Фарисович 

Научный руководитель базового проекта

Шацкий Антон Фарисович 

Кадровый состав лаборатории

19 сотрудников, включая 2 д.г.-м.н., 4 к.г.-м.н., 1 к.ф.-м.н., ведущего конструктора и 16 сотрудников до 35 лет, из которых 3 студента бакалавриата, 1 студент магистратуры и 4 аспиранта.

 Контакты

Шацкий Антон Фарисович, Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript., тел. 373-05-26 (доб.742)

 

Методы и методики

 

               4041

  1. Расчёты энергии основного состояния и электронной структуры проводятся в рамках теории функционала плотности, с использованием базиса плоских волн и PAW формализма. В качестве программного пакета используется VASP 5.3 (https://www.vasp.at/).
  2. Поиск кристаллических структур на основе эволюционных алгоритмов, программный пакет USPEX (https://uspex-team.org/en), и на основе метода случайного поиска, программный пакет AIRSS (www.mtg.msm.cam.ac.uk/Codes/AIRSS).
  3. Для учета температурного эффекта используется метод решеточной динамики в рамках квазигармонического приближения, реализованный в программном пакете PHONOPY (https://atztogo.github.io/phonopy/) и метод первопринципной молеулярной динамики, программный пакет VASP 5.3.

Для проведения перечисленных расчётов сотрудники лаборатории имеют доступ к ресурсам суперкомпьютерных центров:

  1. Информационного Вычислительного Центра Новосибирского Государственного Университета (http://nusc.nsu.ru/wiki/doku.php). Комплекс занял 18 место в 9-й редакции рейтинга TOP 50 суперкомпьютеров СНГ. Пиковая производительность вычислительного комплекса составляла 5447.7 Гфлопс.
  2. Сибирского Суперкомпьютерного центра (http://www.sscc.icmmg.nsc.ru/main.html), Новосибирск. На текущий момент оборудование, к которому имеется доступ, состоит из: 1) гетерогенного кластера НКС-30Т, суммарная пиковая производительность – 115 Тфлопс); 2) вычислительного узла с общей памятью SMP-G7 и пиковой производительностью – 768 Гфлопс).

Национального Суперкомпьютерного центра в Университете Линчопинга (https://www.nsc.liu.se/), Швеция, входящего в список "ТОП-500 суперкомпьютер мира".

42

Современные техники компьютерного моделирования вещества https://www.nas.nasa.gov/SC14/demos/demo26.html#prettyPhoto

43

Возможности расчетов теории функционала плотности (Kharissova et al., 2020)

Подготовка образцов

1516

Слева – длиннофокусный бинокулярный микроскоп для сборки алмазных ячеек. Высокое разрешение и точная фокусировка в очень широком диапазоне увеличений позволяет производить под этим микроскопом весь цикл сборки DAC не перемещая их. Справа бинокулярные микроскопы для сборки ячеек высокого давления и изучения и фотографирования образцов после экспериментов.

1718

На левом фото Микроскоп "Stemi 2000-C. На правом фото микроскопы для работы в проходящем и отраженном свете. Микроскоп "Микромед Полар" (слева) и микроскоп "Nikon EclipseLV100N" поляризационный (справа).

1920

Вакуумные диссекторы из поликарбоната (слева). Вакуумный шкаф и сухой шкаф (справа). Используются для хранения реактивов, стартовых смесей и экспериментальных образцов.

2122

Слева – весы для приготовления навесок стартовых смесей. GX-1000 (left). Max 1100 g, min 0.1 g, e = 0.01 g, d = 0.001 g. GH-200 (right). Max 200 g, min 10 mg, e = 1 mg, d = 0.1 mg. Справа – ультразвуковые ванночки с нагревом и без для промывки образцов и деталей ячеек.

23

Аппарат PUK U4 для герметизации металлических капсул с образцами дуговой сваркой. Аппарат укомплектован автоматической подачей азота в момент сварки и микроскопом с фильтром, чтоб не слепило глаза. Фильтр также включается только в момент сварки.

2425

Сушильный шкаф с принудительной циркуляцией воздуха (до 250 °С) (слева) и вакуумный сушильный шкаф (200 °С) (справа) используются для сушки и хранения стартовых смесей и ячеек высокого давления.

2122

Слева – весы для приготовления навесок стартовых смесей. GX-1000 (left). Max 1100 g, min 0.1 g, e = 0.01 g, d = 0.001 g. GH-200 (right). Max 200 g, min 10 mg, e = 1 mg, d = 0.1 mg. Справа – ультразвуковые ванночки с нагревом и без для промывки образцов и деталей ячеек.

23

Аппарат PUK U4 для герметизации металлических капсул с образцами дуговой сваркой. Аппарат укомплектован автоматической подачей азота в момент сварки и микроскопом с фильтром, чтоб не слепило глаза. Фильтр также включается только в момент сварки.

2425

Сушильный шкаф с принудительной циркуляцией воздуха (до 250 °С) (слева) и вакуумный сушильный шкаф (200 °С) (справа) используются для сушки и хранения стартовых смесей и ячеек высокого давления.

Инфраструктура

Экспериментальное оборудование

Оборудование

2

Многопуансонный пресс Discoverer с номинальным усилием 1500 тонн для проведения экспериментов при давлениях от 3 до 30 ГПа и температурах до 1800-2200 °С.

3

Пресс оснащен нажимными плитами типа DIA с четырьмя слайдблоками (слева) сжимающими внутреннюю ступень кубических пуансонов из карбида вольфрама с октаэдрической ячейкой высокого давления (справа).

45

На фотографиях внутренний блок пуансонов из карбида вольфрама с ячейкой высокого давления в центре. Каждый пуансон имеет треугольное усечение (рабочую площадку) с торцов которого размещены деформируемые уплотнения из технического пирофиллита.

6

Ячейки высокого давления (a) изготавливают и тугоплавкой керамики на основе оксида циркония легированного CaO. В ячейках в зависимости от их размера размещают от одного до 16 образцов одновременно. Образцы размещают в графитовых, керамических или платиновых капсулах. Нагрев осуществляют с использованием трубчатого нагревателя сопротивления из графита или хромита лантана. Нагрев в ходе эксперимента контролируют автоматически с использованием термопарного датчика (W/Re3/25). Распределения температуры внутри ячейки приведено на картинке (b).

78

На фото слева детали ячейки высокого давления и собранная ячейка. На фото справа автоматическая система управления нагревом с непрерывным контролем температуры по термопаре. 

9

Аппарат цилиндр-поршень. Аппарат представляет собой одноосный пресс с двумя гидроцилиндрами. End-load: Ø140 mm, main: Ø 135 mm, 135 MPa to the end-load pump corresponds to~2078 kN. Нагнетание давления масла в гидросистеме осуществляется двумя ручными помпами. Аппарат оснащен камерами ½ и ¾ дюйма. Аппарат укомплектован автоматической системой нагрева по термопаре и системой охлаждения замкнутого типа (Lauda). Все оборудование запитано от источника бесперебойного питания и подключено к АВР автоматически переключающего питание на резервную  подстанцию в случае прекращения работы основанной подстанции.

1011

Алмазные наковальни (DAC – diamond anvil cell) в собранном виде. Данные наковальни рассчитаны на генерацию давлений до 70 ГПа. Слева – DAC, изготовленные Almax-EasyLab, справа – DAC, изготовленные Syntek.

1213

Те же наковальни в открытом виде.

14

Слева – вертикальная трубчатая печь с продувкой газовой смесью контролируемого состава (производство Nabertherm, Германия) для проведения экспериментов и синтеза веществ в контролируемых окислительно-восстановительных условиях при ≤ 1800 °С (пока на стадии доукомплектации газовым оборудованием).

Справа – атмосферная печь производства Thermoceramics с нагревательными элементами из хромита лантана, предназначена для нагрева до 1600 °С. Печь используется синтеза стартовых веществ и проведения экспериментов в запаянных кварцевых ампулах.

Станки

26

Плоскошлифовальный станок Okamoto ACC52DX. Предназначен для шлифовки деталей из карбида вольфрама, керамики, а также используется для приготовления плоскопараллельных пластинок и шлифов мантийных пород и метеоритов.

                  2728

Токарные станки для работы с керамикой и графитом (слева) и для металлообработки (справа).

             2930

Сверлильные станки настольные и напольные.

              3132

Фрезерные станки.

             3334

Высокоскоростные отрезные станки для резки пород и талька с толщиной пила 4 мм (слева) и для резки распорных вкладышей из бальзового дерева (справа).

35

Ультразвуковой сверлильный станок для изготовления образцов цилиндрической формы из монокристаллов и пород.

36

Фрезерные станки с ЧПУ (Roland MDX-40a) для вытачивания керамических деталей ячеек высокого давления.

       3738

Низкоскоростные отрезные алмазные пилы. Слева Struers, справа Buehler. Используются при изготовлении керамических деталей ячеек и для распиливания образцов. Толщина дисковых алмазных пил 150 и 300 мкм.

39

Ниточная пила с ЧПУ. Позволяет распиливать керамические заготовки на пластины с точностью в пределах 100 мкм. Толщина пила 300 мкм ниткой с алмазным напылением. Позволяет распиливать заготовки с сечением 110 мм. Процесс осуществляется в автоматическим режиме.

 

Важнейшие достижения за 5 лет 

 

Информационная справка

 Материально-техническая база и костяк коллектива сформированы в период 2013-2017 гг в рамках проекта Мегагрант, а также двух проектов РНФ. Организовал лабораторию д.г.-м.н. Литасов К.Д. Информация и фотографии, отражающие проделанную работу находится здесь: http://uhplab.igm.nsc.ru/index.php/facilities

Решение о подаче заявки на создание текущей лаборатории было принято по рекомендации председателя СО РАН д.х.н. академика Пармона В.Н. в начале сентября 2018 г. Решение продиктовано тем, что лаборатория, созданная в рамках Мегагранта, была официально расформирована в 2017 г., при сохранении всей ее материально-технической базы и подготовленных молодых сотрудников.

57

2015.06.18. Первый эксперимент на многопуансонном прессе Discoverer.

58

Прессовый зал в конце 1970-х начале 1980-х

2000-тонный пресс Рязанского завода. Многопуансонный Аппарат ‘бочка’

59

60

Прессовый зал в 2013 году. Аппарат МЕГА-1 (сверху) и 2000 тонный пресс (снизу)

61

62

Демонтаж установки МЕГА-1 весом 63 тонны

63

64

2014.09.20.

65

66

2014.09.21. Установка пресса Discoverer.

67

68

2014.09.21. На фото профессор Отани заходит в прессовый зал.

69

70

2014.09.26. Константин Литаосов и инженер фирмы Рикен 2014.09.24-26

71

2014.09.26. Константин Литасов готовит тестовый эксперимент.

72

2015.01.12.

73

74

75

76

2016.04.16 Хмельников А.И.

77

78

79

2016.06. Литасов К.Д., Ращенок С.В., Чанышев А.Д., Отани Е., Каги Х., Зедгенизов Д.А., Минин Д., Шацкий А.Ф.

80

2016.06. Артем Чанышев и Константин Дмитриевич Литасов

81

2016.06.  Артем Чанышев

82

2016.06. Антон Шацкий

83

2016.06. Александр Ильич Хмельников

84

2016.06. Шацкий А.Ф.

В 2017 году разрешили привести в порядок вторую половину прессового зала, к. 102

85

2017.07.17 Даниил Минин, Александр Ильич Хмельников и Антон Арефьев

86

2017.07.17 Даниил Минин

87

 2017.07.17 Александр Ильич Хмельников и Антон Арефьев

88

2017.07.17 Артем Чанышев работает над статьей в Crystal Growth & Designe. Неделю назад приняли его статью в Scientific Reports

89

2017.08.01. Александр Ильич Хмельников за работой.

90

2017.08.01. Даниил Минин обрабатывает данные по системе Fe-Ni-P при 6 ГПа.

91

2017.08.01. Завершена основа балкона.

2017.08.21

92

2017.08.21. Иван Подбородников

93

2017.08.21. Наира Мартиросян работает над материалом диссертации по реакциям железа и карбонатов

2017.08.30

94

95

2017.08.30. Большую часть дорогостоящего ремонта, организованного за счет средств Мегагранта, пришлось переделывать, включая замену больших окон на окна с дверями, замену сантехники и труб, осветительных приборов и электрики.

96

2017.08.30. Иван Бажан

97

2019.09.15. Арефьев А.В., Минин Д.А., Хмельников А.И.

98

99

2019.09.15. Арефьев А.В., Минин Д.А., Хмельников А.И.

100

2019.09.15. Шацкий А.Ф.

101

2018.01.16.

102

103

К январю 2018 года был завершен ремонт второй половины прессового зала.

 

Список основных проектов и публикаций