НОМЦ БФУ им Канта: Северо-Западный центр математических исследований имени Софьи Ковалевской

Цель

Разработка и создание математических моделей функциональных и умных материалов с учетом взаимосвязи их магнитных, электрических, механических и оптических свойств

Задачи

Построение и апробация математических моделей для описания и анализа свойства материалов

Основная задача лаборатории – построение и апробация математических моделей, позволяющих описывать и анализировать свойства материалов во время исследования, а также понимать, прогнозировать и оптимизировать свойства материалов для их дальнейшей эксплуатации. Такие математические модели умных материалов позволят эффективно использовать их особенности – способность изменять свои свойства под воздействием внешних факторов (магнитное, электрическое поля, температура, давление, влажность и другие). Результаты комплексного экспериментального исследования физических, химических и биологических свойств используются для верификации и улучшения математических моделей, а также для оценки границ их применимости.

Разработка и проведение образовательных курсов

Перед лабораторией стоит задача разработки и проведения образовательных курсов по современным методам моделирования для студентов бакалавриата и магистратуры. Обучение проходит с использованием программных пакетов COMSOL Multiphysics, Lumerical FDTD, GPU MuMax, а также на языке Phyton.

Основные научные направления

1	Разработка цифровых двойников магнитоплазмонных кристаллов Разработка цифровых двойников магнитоплазмонных кристаллов для исследования их магнитных, оптических и плазмонных свойств в программном пакете Lumerical FDTD и модуле «Волновая оптика» COMSOL Multiphysics. Сенсорные устройства на основе магнитоплазмонных кристаллов в виде одномерных или двумерных дифракционных решеток из ферромагнитных и благородных металлов могут найти приложение в технологиях point-of-care и lab-on-a-chip за счёт высокой локальности и чувствительности измерений постоянного или переменного магнитного поля.
2	Разработка цифровых двойников мультифазных микропроводов Разработка цифровых двойников мультифазных микропроводов на основе сплавов железа и кобальта. Исследование магнитных, механических и спиновых свойств микропроводов в программных пакетах COMSOL Multiphysics, GPU MuMax и Boris Computational Spintronics, с перспективой их использования при разработке элементов кодирования, элементов компьютерной логики, сенсорных элементов и микроманипуляторов.
3	Разработка цифровых двойников магнитных и магнитноэлектрических эластомеров, мультиферроидных композитов Разработка цифровых двойников магнитных и магнитноэлектрических эластомеров, мультиферроидных композитов на основе полимеров с различной концентрацией магнитных и сегнетоэлектрических включений. Исследование, путем математического моделирования, влияния магнитных и механических взаимодействий между компонентами материала на наблюдаемый прямой и обратный магнитоэлектрический эффект в нем.
4	Разработка цифровых двойников многослойных обменно-связанных тонкопленочных структур Разработка цифровых двойников многослойных обменно-связанных тонкопленочных структур с различными типами магнитной анизотропии. Исследование тонких пленок с обменным смещением, продольной и перпендикулярной магнитными анизотропиями, а также взаимосвязь их магнитных, структурных и морфологических свойств.
5	Разработка цифровых двойников MXенов Разработка цифровых двойников MXенов – новых двумерных умных материалов на основе карбидов и нитридов переходных металлов. Моделирование структурных, магнитных, электрических и термодинамических свойств МХенов на атомарном уровне при помощи программного пакета Vienna Ab-initio Simulation Package (или аналогов).
6	Разработка математической модели взаимодействия магнитных наночастиц с клеточными структурами Разработка математической модели взаимодействия магнитных наночастиц с различными клеточными структурами при помощи программных средств Python, R, Mathlab и Octave. Моделирование взаимодействия наноматериалов с мембраной клеток и отдельными клеточными компартментами в условиях наличия или отсутствия внешнего магнитного поля. Проводимые исследования являются частью междисциплинарного проекта по разработке методики диагностирования болезни Крона.