Изготовление активных элементов твердотельных лазеров и лазерных систем, эффективно работающих в широком спектральном диапазоне, основано на синтезе легированных монокристаллов высокого оптического качества. Кристаллы ортованадата кальция Ca₃(VO₄)₂ обладают рядом свойств, находящих применение в лазерной технике. Использован метод высокотемпературного диффузионного легирования для внедрения активных ионов кобальта в кристаллы ортованадата кальция Ca₃(VO₄)₂ (CVO). Экспериментальные образцы изготовлены из монокристалла номинально чистого CVO, полученного методом Чохральского. Оптимизированы условия высокотемпературной диффузии для получения легированных кристаллов оптического качества при отжиге в открытом и закрытом объемах. Коэффициенты диффузии ионов кобальта рассчитаны для различных условий. Время отжига составляло 24—48 ч, диапазон температур — 1150—1300 °С, в качестве диффузантов использовали оксидные соединения кальция, кобальта и ванадия (Co₃O_4, Ca₁₀Co_0,5(VO₄)₇ и Ca₃(VO₄)₂ : 2 % (вес.) Co₃O₄. Направление диффузии — параллельно и перпендикулярно к оптической оси кристалла CVO. Рассчитанные значения коэффициента диффузии варьировались в пределах 2,09·10^-8—1,58·10^-7 см²/с. Определена энергия активации процесса диффузии, которая составила 2,58±0,5 и 2,63±0,5 эВ для направлений [001] и [100] соответственно. Максимальная концентрация кобальта в легированных кристаллах CVO составила 2·10²⁰ см^–3. Спектр поглощения диффузионно-легированных образцов Ca₃(VO₄)₂ : Co демонстрирует наличие полос поглощения, характерных для ионов Co²⁺ и Co³⁺. Показано, что соотношение интенсивностей характеристических полос поглощения изменяется в зависимости от способа получения кристалла. Оптическая анизотропия кристалла возрастает с ростом концентрации легирующего элемента.

Методом Чохральского из иридиевых тиглей в атмосферах аргона и аргона с кислородом выращены кристаллы лантан-галлиевого танталата La₃Ga_5,5Ta_0,5O₁₄, номинально чистые, легированные алюминием, кремнием, и с добавлением количества оксида галлия выше стехиометрического. Измерены спектральные зависимости пропускания T(λ) образцов этих кристаллов на UV-Vis-NIR спектрофотометре Cary-5000 в диапазоне длин волн 200—800 нм. На основании экспериментальных данных построены спектральные зависимости поглощения α(λ). На спектральных зависимостях поглощения нелегированных кристаллов, выращенных в бескислородной атмосфере, наблюдается одна слабая полоса поглощения в области длины волны λ ~ 290 нм. В случае кристаллов, полученных в атмосфере аргона с кислородом, на спектральных зависимостях поглощения наблюдаются полосы в области длин волн λ ~ 290, 360 и 480 нм. Показано, что в случае кристаллов, выращенных в бескислородной атмосфере аргона, внесение галлия выше стехиометрического состава приводит к снижению интенсивности единственной полосы поглощения при λ ~ 290 нм. Легирование алюминием кристаллов La₃Ga_5,5Ta_0,5O₁₄ при выращивании их в бескислородной атмосфере обуславливает существенное усиление этой полосы поглощения, дополнительно усиливаются полосы при λ ~360 и 480 нм. В случае выращивания кристаллов La₃Ga_5,5Ta_0,5O₁₄ в кислородсодержащей атмосфере легирование алюминием ведет к снижению интенсивности полос поглощения при λ ~ 360 и 480 нм и усилению интенсивности полосы при λ ~ 290 нм. Легирование кремнием таких кристаллов существенно ослабляет полосы при λ ~ 480 нм, также наблюдается ослабление интенсивности полос при λ ~ 290 и 360 нм.

Перспективность использования магнитоэлектрических (МЭ) композитов обусловлена широким спектром их возможного применения, особенно в качестве сенсоров малых магнитных полей при комнатной температуре в медико-диагностическом оборудовании для магнитокардиографии и магнитоэнцефалографии. В большинстве работ по изучению МЭ-композитов структуры измеряют в однородных магнитных полях, однако, для практического применения необходимо детальное рассмотрение взаимодействия с неоднородными магнитными полями (НМП). Проведены измерения НМП с радиальной симметрией, возникающего вокруг тонкого провода с переменным электрическим током, при разных положениях МЭ-датчика относительно единичного провода. Для детектирования НМП подготовлена градиентная МЭ-структур b-LN/Ni/Metglas с коэффициентом чувствительности к магнитному полю 120 В/Тл. За счет наличия слоя никеля и его остаточной намагниченности не было необходимости в подаче подмагничивающего поля. МЭ-композит показал ненулевое значение МЭ-коэффициента (0,24 В/(см · Э)) в отсутствии постоянного внешнего магнитного поля. Показано, что амплитуда выходного сигнала с МЭ-композита, расположенного в переменном НМП, зависит от взаимного расположения исследуемого образца и силовых линий магнитного поля от единичного проводника. При этом наибольший сигнал достигается, когда длинная сторона МЭ-образца перпендикулярна к проводнику с током, а плоскость симметрии, разделяющая длинную сторону пластины пополам, содержит ось проводника. В области частот от 400 Гц до 1 кГц, где влияние вибрационных шумов и других наводок не даёт большой вклад, лимит детектирования структуры составляет (2 ± 0,4) нТл/Гц^1/2.

В мемристоре ионного типа Ag/SnSe/Ge₂Se₃/W определена энергия активации двух основных процессов, ответственных за его работу, а именно: энергия активации образования токопроводяшего канала и энергия активации деградации мемристора. С помощью измерения вольт-амперных характеристик оценена электропроводность мемристора в низко- и высокоомном режимах работы. Для определения энергии активации использованы закон Аррениуса и положения термодинамики необратимых процессов, в частности второй постулат Онзагера, согласно которому скорость роста необратимой части энтропии стремящейся к равновесию системы пропорциональна сумме произведений протекающих в системе потоков на соответствующую каждому потоку обобщенную термодинамическую силу. За равновесное состояние мемристора принимали состояние, в котором мемристор терял способность функционировать как ячейка резистивной памяти. В качестве потока вещества использовали поток ионов Ag+ — электромиграцию. Для первого процесса энергия активации составляла 0,24 эВ, а для второго — 1,16 эВ. Разные значения энергии активации отражают различие между агломерационным механизмом формирования токопроводящего канала, типичным для мемристора 
Ag/SnSe/Ge₂Se₃/W, и «стандартным» механизмом переноса вещества на основе группы точечных дефектов, сопровождающим процесс деградации мемристора.

В настоящее время широко изучаются электромагнитные характеристики различных, в том числе и полимерных, материалов с целью применения их в качестве радиопоглощающих покрытий в изделиях электроники. Одним из таких материалов является пиролизованный полиакрилонитрил (ППАН). Рассмотрена модель поглощения электромагнитной волны слоями ППАН с электропроводностью 72 и 180 См/м и шириной слоя от 0,15 до 2 мм, в том числе содержащих металлический наполнитель (так называемый металлокомпозит на основе ППАН), в частотном диапазоне 3—50 ГГц. Моделирование выполнено в программном пакете COMSOL Multiphysics.

Проведено сопоставление экспериментальных результатов с данными, полученными в ходе моделирования, по таким параметрам, как показатели отражения, прохождения и поглощения. Выводы, полученные из анализа данных моделирования, совпадают с результатами практических экспериментов. Анализ модели показал сходимость результатов моделирования с экспериментальными данными на качественном уровне.

В конце XX в. резко возрос спрос на более эффективные методы решения больших разреженных неструктурированных линейных систем уравнений. Классические одноуровневые методы уже достигли своих пределов, и необходимо было разработать новые иерархические алгоритмы, чтобы обеспечить эффективное решение еще более сложных задач. Эффективное численное решение больших систем дискретных эллиптических уравнений в частных производных требует иерархических алгоритмов, которые обеспечивают быстрое уменьшение как коротковолновых, так и длинноволновых компонент в разложении вектора ошибки. Прорыв в решении данных задач, был обусловлен многосеточным принципом — одним из самых важных достижений за последние три десятилетия. Любой соответствующий метод работает с иерархией сеток, заданной априори путем огрубления данной сетки дискретизации геометрически естественным образом («геометрический» многосеточный метод). Тем не менее определение естественной иерархии может стать трудным для очень сложных, неструктурированных сеток, если возможно вообще. Предложен алгоритм расчета деформации, возникающей под действием силы теплового расширения, в трехмерных твердотельных моделях на основе сеточной аппроксимации задачи гексагональными 8-узловыми ячейками. Работа алгоритма иллюстрируется при решении трех задач.

Проведено исследование влияния высокотемпературной термообработки в разных средах на фазовый состав, микротвердость и вязкость разрушения кристаллов (ZrO₂)_1-х(Sm₂O₃)_х при x = 0,02÷0,06. Кристаллы выращены методом кристаллизации из расплава в холодном контейнере. Термообработку кристаллов проводили при температуре 1600 °С в течение 2 ч на воздухе и в вакууме. Исследования фазового состава выполнены методами рентгеновской дифрактометрии и спектроскопии комбинационного рассеяния света. Показано, что катионы самария входят в решетку ZrO₂ преимущественно в трехвалентном зарядовом состоянии и не меняют своего зарядового состояния после отжига на воздухе и в вакууме. Изменение фазового состава после отжига наблюдали во всех кристаллах, кроме состава (ZrO₂)_0,94(Sm₂O₃)_0,06. После отжига на воздухе и в вакууме кристаллы (ZrO₂)_1-x(Sm₂O₃)_x при 0,002 ≤ x ≤ 0,05 содержали моноклинную фазу. В кристаллах (ZrO₂)_0,94(Sm₂O₃)_0,06 присутствовали две тетрагональные фазы t и t´ с разной степенью тетрагональности. После отжига кристаллов (ZrO₂)_0,94(Sm₂O₃)_0,06 на воздухе и в вакууме изменение параметров решетки фаз t и t´ имеет разнонаправленный характер, что приводит к увеличению степени терагональности t-фазы и уменьшению степени тетрагональности t´-фазы. Изменение микротвердости и вязкости разрушения кристаллов связано с изменениями фазового состава кристаллов после отжига и зависит от концентрации Sm₂O₃ в твердых растворах. Образование моноклинной фазы в кристаллах (ZrO₂)_1-х(Sm₂O₃)_х при 0,037 ≤ x ≤ 0,05 обуславливает существенное уменьшение значений микротвердости и вязкости разрушения кристаллов. Для кристаллов (ZrO₂)_0,94(Sm₂O₃)_0,06 отжиг приводит к более эффективному действию механизмов упрочнения и, таким образом, к увеличению вязкости разрушения. Показано, что для кристаллов (ZrO₂)_0,94(Sm₂O₃)_0,06 отжиг на воздухе и в вакууме приводит к увеличению значений вязкости разрушения кристаллов в 1,5 раза по сравнению с ростовыми кристаллами.

Сложные оксиды переходных металлов характеризуются тесной взаимосвязью между типом кристаллической структуры, электрическими и магнитными свойствами, что обуславливает их практическую значимость. В твердых растворах на основе феррита висмута присутствует одновременно дипольный электрический и магнитный порядок, что расширяет возможности их практического использования в качестве датчиков внешних воздействий, при этом структурное состояние таких составов в значительной степени обуславливает их восприимчивость к внешним полям. Твердые растворы 0,65BiFeO₃—0,35Ba_1-xSr_xTiO₃ (0 ≤ x ≤ 1) c составами в области морфотропной фазовой границы «ромбоэдр—куб» обладают метастабильной структурой, что делает их перспективными функциональными материалами. На основании данных, полученных методами дифракции рентгеновского излучения, сканирующей электронной микроскопии, спектроскопии комбинационного рассеяния, а также энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии исследована кристаллическая структура и морфология твердых растворов 0,65BiFeO₃—0,35Ba_1-xSr_xTiO₃. Установлено, что химическое замещение ионов бария ионами стронция приводит к уменьшению величины ромбоэдрических искажений, при этом происходит уменьшение параметров элементарной ячейки для всех замещенных составов. Твердые растворы с x ≥ 0,25 характеризуются однофазным структурным состоянием с кубической элементарной ячейкой, средний размер кристаллитов уменьшается с увеличением концентрации ионов-заместителей. Результаты структурных исследований, проведенных методом спектроскопии комбинационного рассеяния, указывают на присутствие ромбоэдрических искажений в структуре всех исследуемых составов. Полученные результаты структурных исследований позволили определить последовательность изменения фазового состояния и параметров кристаллической структуры составов в области морфотропной фазовой границы «ромбоэдр-куб», определены концентрационные интервалы, соответствующие однофазному и двухфазному структурному состоянию составов; с использованием структурных данных, полученных локальными и микроскопическими методами исследования, уточнена область концентрационной стабильности полярной ромбоэдрической фазы.

В статье рассматриваются актуальные проблемы синтеза новых материалов в современных условиях. Отмечено, что сегодня это важнейшая стратегическая задача  инновационного развития промышленности России. Сформулированы факторы, определяющие актуальность этой задачи. Дан краткий анализ состояния российской микроэлектроники. Показана значимость методов математического моделирования и необходимость развития инновационных  подходов в  области синтеза новых материалов. Выделены основные направления научных исследований, связанные с разработкой  новых модельных представлений, методов и алгоритмов, применяемых  в области математического моделирования структур и свойств наноматериалов, а также систем на их основе, рассмотренные на IV Международной конференции  «Математическое моделирование в материаловедение электронных компонентов» (МММЭК-2022). В работе показано, что для дальнейшего развития методов и средств математического моделирования  требуется отечественная высокопроизводительная среда для научных исследований, обладающая комфортным пользовательским интерфейсом, гибкостью в настройке ресурсов, высокой производительностью и надежностью.