Диссертационная работа С.В. Колесникова посвящена исследованию на атомном уровне процессов формирования наноструктур и сплавов на поверхности меди, а также выявлению оптимальных условий их формирования и определению механических и магнитных свойств этих структур. Объектом исследования являются наноструктуры из атомов кобальта, железа и платины, а также графен. Наноструктуры из железа и кобальта обладают ярко выраженными магнитными свойствами на поверхности меди, они перспективны с точки зрения развития наноэлектроники и дальнейшей миниатюризации носителей информации. Платина является очень активным катализатором многих химических реакций, что делает поверхностные сплавы платина-медь перспективными для химической промышленности. Предметом исследования является самоорганизация наноструктур, а также различные их физические, в том числе магнитные, свойства.

В частности, в рамках диссертационной работы были решены следующие задачи. Разработан комплекс программ, позволяющий моделировать самоорганизацию наноструктур и поверхностных сплавов на идеальных и дефектных поверхностях гцк металлов при различных температурах и внешних силовых полях. Определены атомные процессы, отвечающие за самоорганизацию малых кластеров из атомов Co и Fe на поверхности Cu (001) и в её первом приповерхностном слое. Определены магнитные свойства наноструктурированной поверхности меди. Установлены основные атомные процессы, отвечающие за самоорганизацию компактных кластеров и плоских дендритов из атомов Pt и Cu на поверхности Cu (111). Объяснено формирование пальцеобразных выступов на поверхности Pt/Cu (111). В поверхностном сплаве Pt/Cu (001) обнаружен и исследован фазовый переход порядок-беспорядок. Определен механизм растворения кластеров Pt в первом слое поверхности Cu (001). Предложен новый вид потенциалов для описания взаимодействия между графеном и атомами меди, позволяющий точно воспроизводить муаровую структуру графена на поверхности Cu (111). Предсказана осцилляционная зависимость скорости электромиграции малых вакансионных кластеров на Cu (001) от их размера. Предложена диффузионная модель, описывающая погружение атомов Co в приповерхностные слои Cu (001). При исследовании формирования вакансий на поверхности Cu (001) при её взаимодействии с иглой сканирующего туннельного микроскопа (СТМ) установлена зависимость скорости формирования поверхностных вакансий от скорости и направления движения СТМ иглы. Предложен новый аналитический метод, позволяющий исследовать магнитные свойства одинарных и двойных атомных цепочек конечной длины на поверхностях металлов, в том числе вычислять времена спонтанного и вынужденного перемагничивания цепочек, строить кривые намагничивания, вычислять коэрцитивную силу.

Представленные в диссертационной работе результаты получены с использованием современных методов компьютерного моделирования (часть вычислений была выполнена на суперкомпьютерах «Ломоносов» и «Ломоносов 2») и теоретической физики. Большая часть результатов, представленных в диссертационной работе, находится в количественном или хорошем качественном согласии с экспериментальными данными, опубликованными в ведущих мировых научных журналах. Также предсказан ряд новых эффектов. Эти результаты могут быть полезны при планировании новых экспериментальных исследований в физике наноструктур.