Группа лазерной спектроскопии и модификации материалов

Научная группа профессора Юрия Станиславовича Тверьяновича
В полупроводниковых стеклах и кристаллах атомы соединены ковалентными связями, направленными и прочными, не дающими атомам смещаться. Металлофильные связи ненаправленные, более мягкие и позволяют атомной структуре деформироваться. Введение в состав полупроводников, например, серебра, способного к металлофильному взаимодействию, делает материал пластичным. Такие материалы востребованы в гибкой электронике, устройствах энергонезависимой памяти, приборах ночного видения и др. Невалентные металлофильные взаимодействия формируют и другие уникальные свойства материалов. Благодаря им в твердом теле появляются низкочастотные ангармонические колебания атомов, приводящие к сильному рассеянию фононов и низкой теплопроводности. Это свойства крайне важно для высокоэффективных термоэлектрических материалов. Исследования направлены на создание новых материалов, изучение особенностей химического взаимодействия в подобных веществах, поиск новых неожиданных свойств веществ с невалентными взаимодействиями.

Читать подробнее...
Руководитель научной группы
Тверьянович Юрий Станиславович
y.tveryanovich@spbu.ru
Профессор
Поволоцкий Алексей Валерьевич
alexey.povolotskiy@spbu.ru
Доцент
Мерещенко Андрей Сергеевич
a.mereshchenko@spbu.ru
Доцент
Тверьянович Андрей Станиславович
a.tverjanovich@spbu.ru
Доцент
Панов Максим Сергеевич
m.s.panov@spbu.ru
Аспирант 1 курса
Дель Карпио Роча Андреа Лизет
Студент 4 курса бакалавриата
Луньков Святослав Сергеевич
Студент 4 курса бакалавриата
Буторлин Олег Сергеевич
Студент 4 курса бакалавриата
Бетина Анна Андреевна
Студент 4 курса бакалавриата
Петрова Анна Сергеевна
Студент 3 курса бакалавриата
Чебанова Елизавета Сергеевна
Студент 2 курса бакалавриата
Мишин Никита Сергеевич
Студент 2 курса бакалавриата
Васильева Любовь Васильевна
  • Влияние невалентных взаимодействий на свойства неорганических полупроводниковых кристаллов и стекол
  • Лазерная модификация материалов
  • Молекулярно-плазмонные структуры для биомедицинского применения
  • Новые кристаллические люминофоры, активированные РЗИ
  • Стеклообразные полупроводники
  • Люминесцентные материалы соединений редкоземельных элементов
  • Разработка новых композитных материалов для применения в бесферментной сенсорике
Важнейшие публикации
Альтернативные источники энергии требуют поиска инновационных материалов с многообещающими функциональными возможностями. Системы с необычными химическими свойствами представляют собой недостаточно изученную область, скрывающую неожиданные открытия. Используя структурные исследования - HEXRD и рамановскую спектроскопию в широком диапазоне температур, а также моделирование из первых принципов, было обнаружено редкое явление: фазово-зависимое химическое взаимодействие между квазибинарными компонентами в системе NaCl–Ga2S3. В этом уникальном случае гетерофазные сплавы в твердом состоянии, образованные химически не взаимодействующими компонентами, при плавлении превращаются в смешанные жидкие структурные изомеры, образованные химически взаимодействующими компонентами. Химическая комбинаторика, по-видимому, полностью обратима для кристаллического и расплавленного состояний. Несмотря на это, стекло, полученное быстрым охлаждением расплава, сохраняет метастабильное изомерное состояние характерное для расплава, обладая при этом уникальными свойствами, в частности, высокой проводимостью по Na₂ при комнатной температуре, сравнимой с лучшими суперионными проводниками. Таким образом, данные стекла перспективны для натриевых твердотельных аккумуляторов и энергетических приложений. Данное явление рассмотрено с точки зрения парадигмы структурной жёсткости. Устранение ограничений жёсткости и плотной упаковки приводит к значительному увеличению пустого пространства, что и является причиной высокого коэффициента диффузии натрия. В целом, структурная изомерия, обусловленная жёсткостью, открывает вдохновляющий путь к открытию нетипичных материалов.
Bokova M., Kassem M., Usuki T., Tverjanovich A., Sokolov A., Fontanari D., Hannon A.C., Benmore Ch.J., Alekseev I., Kohara Sh., Roussel P., Khomenko M., Ohara K., Onodera Y., Cuisset A., Bychkov E. Rigidity-Driven Structural Isomers in the NaCl-Ga2S3 System: Implications for Energy Storage // Small Science. 2025. Vol. 5. № 1. 2400371.
https://doi.org/10.1002/smsc.202400371

Сесквиселенид сурьмы в последние годы стал наиболее исследуемым функциональным материалом для фотовольтаики, хранения и преобразования энергии, памяти и фотонных приложений. Sb2Se3 является одним из самых успешных новых фотопоглотителей для солнечных элементов, а также исследуется как весьма перспективный материал с фазовым переходом (PCM) со сверхнизкими потерями для следующего поколения когерентных нанофотонных процессоров, фотонных тензорных ядер, квантовых и нейроморфных сетей. В отличие от эталонных PCM на основе теллуридов (начиная с Ge2Sb2Te5), Sb2Se3 имеет квазиодномерную (1D) кристаллическую структуру, состоящую из лент (Sb4Se6), не имеет типичной химической связи PCM и претерпевает продолжительный переход полупроводник-металл выше температуры плавления. Следовательно, происхождение высокого оптического контраста между кристаллическим (SET) и аморфным (RESET) логическими состояниями при оптической записи информации остается неясным и представляет собой значительную проблему. Используя структурные исследования в широком диапазоне температур и моделирование дополненные термическими, оптическими и электрическими измерениями, а также мёссбауэровской спектроскопией, было обнаружено, что квазиодномерная сеть орторомбического сесквиселенида сурьмы претерпевает значительную эволюцию в аморфном и переохлажденном Sb2Se3, что приводит к снижению координации, сокращению межатомных расстояний и повышению плотности p-электронов на сурьме, что указывает на изменения в химическом взаимодействии. Полученный новый нанокристаллический полиморф Sb2Se3, характеризующийся тригональной координацией сурьмы и более изолированными лентами Sb-Se, может способствовать уменьшению множественных дефектных состояний в запрещенной зоне, типичных для орторомбического Sb2Se3, тем самым повышая эффективность преобразования энергии фотоэлектрических устройств. Полуметаллическая и металлическая расплав Sb2Se3 постепенно трансформируется в более плотную двумерную и/или трёхмерную структуру с более высокой координацией сурьмы. Локализованные электронные состояния в псевдощели расширяются, что приводит к увеличению электронной проводимости. Расплав Sb2Se3 также, по-видимому, обладает высокой “fragility”, характеризуясь немонотонным изменением вязкости и более высокой подвижностью атомов в металлической жидкости. Эти результаты объясняют исключительные функциональные возможности Sb2Se3 для фотонных и энергетических приложений.
Kassem M., Benmore Ch.J., Tverjanovich A., Bokova M., Khomenko M., Usuki T., Sokolov A., Fontanari D., Bereznev S., Ohara K., Fourmentin M., Masselin P., Bychkov E. Atomic Structure, Dynamics, Changes in Chemical Bonding and Semiconductor-Metal Transition in Sb2Se3: A Remarkable Material for Quantum Networks and Energy Applications // ACS Applied Materials & Interfaces, 2025. Vol. 17. 17075−17095.
https://doi.org/10.1021/acsami.5c00008

В последние годы интенсивное развитие получили исследования и разработки в области гибридных наноструктур. Такие структуры, зачастую, демонстрируют синергетические эффекты, многократно усиливающие их функциональные свойства. Одним из наиболее активно развивающихся направлений нанотехнологий является материаловедение в области фотомедицины. Разрабатываются гибридные наноструктуы для генерации синглетного кислорода (фотодинамическая терапия), фотоиндуцированного нагрева (фототермическая терапия), реализации фотоиндуцированных реакций (химиотерапия), люминесцентной термометрии, оптической сенсорики для измерения pH и концентрации кислорода, гигантского комбинационного рассеяния света для контроля доставки лекарств. Одной из тенденций последних лет является разработка мультимодальных оптических сенсоров, которые при регистрации нескольких люминесцентных параметров позволяют либо более точно измерять одну характеристику среды, либо проводить измерение сразу нескольких характеристик, например, температуры и pH.
Povolotskiy A., Shmakova A., Tyshchenko A., Lukyanov D., Solovyeva E. Conjugates of 5-(4-Carboxyphenyl)-10,15,20-triphenylporphyrin With Gold Nanoparticles: The Influence of Chemical Bond Type on Photophysical Properties // Luminescence. 2025. 40(8).
https://doi.org/10.1002/bio.70268

Патенты
  • Бубнова Р.С., Поволоцкий А.В., Бирюков Я.П., Колесников И.Е., Волков С.Н., Филатов С.К., Галафутник Л.Г. Способ получения красноизлучающего люминесцентного материала. Патент № 2798852. Дата регистрации 28.06.2023
  • Колесников И.Е., Бубнова Р.С., Поволоцкий А.В., Бирюков Я.П., Поволоцкая А.В., Шорец О.Ю., Филатов С.К.. Способ получения люминесцентного материала и управления цветностью его свечения. Патент № 2772826. Дата регистрации 26.05.2022
  • Бубнова Р.С., Шаблинский А.П., Колесников И.Е., Галафутник Л.Г., Кржижановская М.Г., Поволоцкий А.В., Филатов С.К.. Красноизлучающий термически стабильный фотолюминофор Ba3Bi2(BO3)4:Eu3+ для чипов светодиодов. Патент № 2722343. Дата регистрации 29.05.2020
  • Тверьянович А. С., Аверьянов А. О., Абдрашитов Г. О., Илюшин М. А., Тверьянович Ю. С. Способ деактивации взрывчатых составов на основе энергонасыщенных аминных комплексов кобальта III. Патент № 2636525. Дата приоритета 19.08.2016. https://rusneb.ru/catalog/000224_000128_0002636525_20171123_C1_RU/
  • Колесников И. Е., Поволоцкий А. В., Маньшина А. А., Поволоцкая А. В. Способ получения гибридных плазмонно-люминесцентных маркеров. Патент № 2614245. Дата приоритета 19.11.2015
  • Васильева А.С., Маньшина А.А., Поволоцкий А.В., Киреев А.А., Тверьянович А.С., Тверьянович Ю.С. Халькогенидная подложка для биочипа. Патент № 2 559 582. Дата приоритета 10.08.2015
  • Тверьянович А. С., Тверьянович Ю.С., Поволоцкий А.В., Васильева А. С., Киреев А. А. Подложка для биочипа. Патент № 141359. Дата приоритета 28.11.2013. https://rusneb.ru/catalog/000224_000128_0000141359_20140527_U1_RU/
  • Тверьянович А. С., Тверьянович Ю.С., Поволоцкий А.В., Маньшина А. А., Васильева А. С., Киреев А. А. Халькогенидная подложка для биочипа. Патент № 2559582. Дата приоритета 27.11.2013
  • Маньшина А.А., Борисов Е.Н., Поволоцкий А.В., Грунский О.С. Устройство визуализации биологических объектов с нанометками. Патент № 2498298. Дата приоритета 10.11.2013.
  • Кочемировский В. А., Горшкова К. О., Тверьянович А. С., Сафонов С. В., Тумкин И. И. Способ определения сроков нанесения рукописных надписей на документы с помощью хроматографии и спектроскопии комбинационного рассеяния образцов красителей при воздействии излучения с длиной волны 785 или 532 нм. Патент № 2549548. Дата приоритета 22.10.2013
  • Маньшина А.А., Борисов Е.Н., Поволоцкий А.В., Грунский О.С. Устройство для определения локализации атипичных клеток по люминесценции нанокристаллических меток в биологических тканях. Патент № 125458. Дата приоритета 22.08.2012
  • Маньшина А.А., Поволоцкий А.В., Иванова Т.Ю., Тверьянович Ю.С., Ким Д.С. Способ лазерного нанесения металлических покрытий и проводников на диэлектрики. Патент № 2444161. Дата приоритета 27.02.2012
  • Кочемировский В. А., Тверьянович А. С., Тверьянович З. И. Волоконно-оптический газоанализатор хладона. Патент № 113004. Дата приоритета 21.06.2011.   https://rusneb.ru/catalog/000224_000128_0000113004_20120127_U1_RU/
  • Балова И. А., Борисов Е. Н., Кочемировский В. А., Тверьянович А. С. Аппаратно-информационный комплекс датировки письменных документов. Патент № 107586. Дата приоритета 22.03.2011 https://rusneb.ru/catalog/000224_000128_0000107586_20110820_U1_RU/
  • Маньшина А.А., Поволоцкий А.В., Поволоцкая А.В., Туник С.П., Кошевой И.О., Грунский О.С., Курочкин А.В., Тверьянович Ю.С. Способ лазерного нанесения металлических покрытий и проводников на диэлектрики. Патент № 2444161. Дата приоритета 15.07.2010
  • Борисов Е.Н., Грунский О.С., Курочкин А.В., Поволоцкий А.В. Устройство для локальной поляризации ниобата и танталата лития. Патент № 91768. Дата приоритета 27.02.2010.
  • Маньшина А.А., Поволоцкий А.В., Иванова Т.Ю., Тверьянович Ю.С. Способ лазерного осаждения меди из раствора электролита на поверхность диэлектрика. Патент № 2323553. Дата приоритета 27.04.2008
  • Кочемировский В. А., Тверьянович А. С. Установка для дифференциально-термического и термогравиметрического анализа. Патент № 76135. Дата приоритета 24.03.2008. https://rusneb.ru/catalog/000224_000128_0000076135_20080910_U1_RU/
  • Борисов Е. Н., Тверьянович А. С. Способ записи информации на халькогенидной пленке. Патент № 2298839. Дата приоритета 03.10.2005. https://rusneb.ru/catalog/000224_000128_0002298839_20070510_C1_RU/
  • Кочемировский В. А., Тверьянович А. С., Тверьянович Ю. С. Установка для дифференциально-термического анализа. Патент № 48638. Дата приоритета 28.03.2003.
  • https://rusneb.ru/catalog/000224_000128_0000048638_20051027_U1_RU/
  • Тверьянович Ю. С., Тверьянович А. С., Дегтярев С. В., Григорьев Я. Г., Курочкин А. В., Маньшина А. А. Халькогенидное стекло. Патент № 2237029. Дата приоритета 18.11.2002.
  • https://rusneb.ru/catalog/000224_000128_0002237029_20040927_C2_RU/
  • Борисов В. Б., Пастор А. А., Сердобинцев П. Ю., Тверьянович Ю. С., Тверьянович А. С. Способ изменения коэффициента преломления в халькогенидном стекле и устройство для его осуществления. Патент № 2255362. Дата приоритета 26.06.2002.
  • https://rusneb.ru/catalog/000224_000128_0002255362_20050627_C2_RU/
  • Зигель В. В., Кабанов В. И., Михайлов М. Д., Туркина Е. Ю., Тверьянович А. С. Травильный раствор для слоев сульфида индия. Патент № 2046451. Дата приоритета 03.02.1993. https://rusneb.ru/catalog/000224_000128_0002046451_19951020_C1_RU/
  • Бубнова Р.С., Поволоцкий А.В., Бирюков Я.П., Колесников И.Е., Волков С.Н., Филатов С.К., Галафутник Л.Г. Способ получения красноизлучающего люминесцентного материала. Патент № 2798852. Дата регистрации 28.06.2023.
  • Колесников И.Е., Бубнова Р.С., Поволоцкий А.В., Бирюков Я.П., Поволоцкая А.В., Шорец О.Ю., Филатов С.К.. Способ получения люминесцентного материала и управления цветностью его свечения. Патент № 2772826. Дата регистрации 26.05.2022.
  • Бубнова Р.С., Шаблинский А.П., Колесников И.Е., Галафутник Л.Г., Кржижановская М.Г., Поволоцкий А.В., Филатов С.К.. Красноизлучающий термически стабильный фотолюминофор Ba3Bi2(BO3)4:Eu3+ для чипов светодиодов. Патент № 2722343. Дата регистрации 29.05.2020.
  • Тверьянович А. С., Аверьянов А. О., Абдрашитов Г. О., Илюшин М. А., Тверьянович Ю. С. Способ деактивации взрывчатых составов на основе энергонасыщенных аминных комплексов кобальта III. Патент № 2636525. Дата приоритета 19.08.2016. https://rusneb.ru/catalog/000224_000128_0002636525_20171123_C1_RU/
  • Колесников И. Е., Поволоцкий А. В., Маньшина А. А., Поволоцкая А. В. Способ получения гибридных плазмонно-люминесцентных маркеров. Патент № 2614245. Дата приоритета 19.11.2015.
  • Васильева А.С., Маньшина А.А., Поволоцкий А.В., Киреев А.А., Тверьянович А.С., Тверьянович Ю.С. Халькогенидная подложка для биочипа. Патент № 2 559 582. Дата приоритета 10.08.2015.
  • Тверьянович А. С., Тверьянович Ю.С., Поволоцкий А.В., Васильева А. С., Киреев А. А. Подложка для биочипа. Патент № 141359. Дата приоритета 28.11.2013. https://rusneb.ru/catalog/000224_000128_0000141359_20140527_U1_RU/
  • Тверьянович А. С., Тверьянович Ю.С., Поволоцкий А.В., Маньшина А. А., Васильева А. С., Киреев А. А. Халькогенидная подложка для биочипа. Патент № 2559582. Дата приоритета 27.11.2013.
  • Маньшина А.А., Борисов Е.Н., Поволоцкий А.В., Грунский О.С. Устройство визуализации биологических объектов с нанометками. Патент № 2498298. Дата приоритета 10.11.2013.
  • Кочемировский В. А., Горшкова К. О., Тверьянович А. С., Сафонов С. В., Тумкин И. И. Способ определения сроков нанесения рукописных надписей на документы с помощью хроматографии и спектроскопии комбинационного рассеяния образцов красителей при воздействии излучения с длиной волны 785 или 532 нм. Патент № 2549548. Дата приоритета 22.10.2013.
  • Маньшина А.А., Борисов Е.Н., Поволоцкий А.В., Грунский О.С. Устройство для определения локализации атипичных клеток по люминесценции нанокристаллических меток в биологических тканях. Патент № 125458. Дата приоритета 22.08.2012.
  • Маньшина А.А., Поволоцкий А.В., Иванова Т.Ю., Тверьянович Ю.С., Ким Д.С. Способ лазерного нанесения металлических покрытий и проводников на диэлектрики. Патент № 2444161. Дата приоритета 27.02.2012.
  • Кочемировский В. А., Тверьянович А. С., Тверьянович З. И. Волоконно-оптический газоанализатор хладона. Патент № 113004. Дата приоритета 21.06.2011.   https://rusneb.ru/catalog/000224_000128_0000113004_20120127_U1_RU/
  • Балова И. А., Борисов Е. Н., Кочемировский В. А., Тверьянович А. С. Аппаратно-информационный комплекс датировки письменных документов. Патент № 107586. Дата приоритета 22.03.2011. https://rusneb.ru/catalog/000224_000128_0000107586_20110820_U1_RU/
  • Маньшина А.А., Поволоцкий А.В., Поволоцкая А.В., Туник С.П., Кошевой И.О., Грунский О.С., Курочкин А.В., Тверьянович Ю.С. Способ лазерного нанесения металлических покрытий и проводников на диэлектрики. Патент № 2444161. Дата приоритета 15.07.2010.
  • Борисов Е.Н., Грунский О.С., Курочкин А.В., Поволоцкий А.В. Устройство для локальной поляризации ниобата и танталата лития. Патент № 91768. Дата приоритета 27.02.2010.
  • Маньшина А.А., Поволоцкий А.В., Иванова Т.Ю., Тверьянович Ю.С. Способ лазерного осаждения меди из раствора электролита на поверхность диэлектрика. Патент № 2323553. Дата приоритета 27.04.2008.
  • Кочемировский В. А., Тверьянович А. С. Установка для дифференциально-термического и термогравиметрического анализа. Патент № 76135. Дата приоритета 24.03.2008. https://rusneb.ru/catalog/000224_000128_0000076135_20080910_U1_RU/
  • Борисов Е. Н., Тверьянович А. С. Способ записи информации на халькогенидной пленке. Патент № 2298839. Дата приоритета 03.10.2005. https://rusneb.ru/catalog/000224_000128_0002298839_20070510_C1_RU/
  • Кочемировский В. А., Тверьянович А. С., Тверьянович Ю. С. Установка для дифференциально-термического анализа. Патент № 48638. Дата приоритета 28.03.2003.
  • https://rusneb.ru/catalog/000224_000128_0000048638_20051027_U1_RU/
  • Тверьянович Ю. С., Тверьянович А. С., Дегтярев С. В., Григорьев Я. Г., Курочкин А. В., Маньшина А. А. Халькогенидное стекло. Патент № 2237029. Дата приоритета 18.11.2002.
  • https://rusneb.ru/catalog/000224_000128_0002237029_20040927_C2_RU/
  • Борисов В. Б., Пастор А. А., Сердобинцев П. Ю., Тверьянович Ю. С., Тверьянович А. С. Способ изменения коэффициента преломления в халькогенидном стекле и устройство для его осуществления. Патент № 2255362. Дата приоритета 26.06.2002.
  • https://rusneb.ru/catalog/000224_000128_0002255362_20050627_C2_RU/
  • Зигель В. В., Кабанов В. И., Михайлов М. Д., Туркина Е. Ю., Тверьянович А. С. Травильный раствор для слоев сульфида индия. Патент № 2046451. Дата приоритета 03.02.1993. https://rusneb.ru/catalog/000224_000128_0002046451_19951020_C1_RU/
Научные проекты
  1. Грант РНФ № 25-23-00812 «Адаптивные неорганические термоэлектрики для питания автономных сенсорных и управляющих систем.» 2026-2027 (руководитель: Тверьянович Ю.С.)
  2. Грант РНФ № 24-23-00140 «Пластичные неорганические стекла» 2024-2025 (руководитель: Томаев В.В.)
  3. Грант РНФ № 23-22-00202 «Разработка молекулярно-плазмонных наноструктур для задач прецизионного оптического нагрева и люминесцентной термометрии в фотомедицине» 2023–2024 (руководитель: Поволоцкий А.В.).
  4. Грант РНФ №22-23-20038 "Получение водорода из природного газа под действием лазерного излучения" (2022-2023) (руководитель: Тверьянович Ю.С.)
  5. Грант РНФ №22-23-00074 «Управление средним структурным порядком в халькогенидных стеклах, содержащих редкоземельные ионы для уменьшения эффекта концентрационного тушения люминесценции» 2022-2023 (руководитель: Тверьянович А.С.).
  6. Грант РФФИ №20-03-00185 "Пластичный полупроводник Ag2Se в кристаллическом и аморфном состояниях, как материал гибкой электроники." (2020-2023) (руководитель: Тверьянович Ю.С.)
  7. Грант РФФИ № 19-32-50095 «Разработка новых кластерных материалов для реализации эффекта поверхностного усиления комбинационного рассеяния света» 2019–2020 (руководитель: Поволоцкий А.В.).
  8. Грант РФФИ № 17-32-50171 «Разработка лазерного синтеза металлоуглеродных соединений для реализации эффекта гигантского комбинационного рассеяния» 2018 (руководитель: Поволоцкий А.В.).
  9. Грант РФФИ № 17-03-00121 "Композитные нанослоистые суперионные электролиты на основе селенида серебра». (2018-2020 (руководитель: Тверьянович Ю.С.)