Основные научные направления

Низкотемпературная плазма – это слабоионизованный газ, состоящий из нейтральных атомов и молекул и заряженных частиц (ионов и электронов). Данное состояние вещества достигается посредством газового разряда. Сложность полного описания газовых разрядов из базовых физических принципов делает низкотемпературную плазму интересным объектом фундаментальных физических исследований как теоретических, так и экспериментальных. В лаборатории физики плазмы исследуются объемные и поверхностные процессы в разрядах постоянного тока, высокочастотных и СВЧ-разрядах в различных атомарных и молекулярных газах с помощью оптических, зондовых и масс-спектрометрических методов измерения параметров плазмы, а также разрабатываются численные модели газовых разрядов и элементарных процессов в плазме.

Большинство этапов производства современных микро- и наноструктур (в микроэлектронике, микромеханике и т .д.) предполагает использование газовых разрядов низкого давления. Постоянное уменьшение размеров структур и усложнение их топологии требует проведения физических исследований при внедрении новых технологических процессов. Лаборатория физики плазмы в сотрудничестве с ведущими мировыми исследовательскими центрами и технологическими компаниями занимается исследованиями таких проблем как предотвращение плазменной модификации новых материалов в процессе производства микросхем, плазменная очистка зеркал, применяемых в современных литографах и др.

Руководитель направления: профессор, д.ф.-м.н. Рахимов Александр Турсунович

Руководитель теоретической группыв.н.с., к.ф.-м.н. Рахимова Татьяна Викторовна

Руководитель экспериментальной группы: в.н.с., к.ф.-м.н. Лопаев Дмитрий Викторович

Лаборатория проводит экспериментальные и теоретические исследования газофазного осаждения углерода из плазмы разряда постоянного тока, ВЧ и СВЧ разряда в виде алмазных и графеновых пленок или других аллотропных модификаций углерода. Получаемые пленки имеют ряд таких свойств, как хорошая полевая эмиссия, высокая теплопроводность, низкий коэффициент трения, химическая инертность, хорошая адгезия, что делает их применимыми в различных прикладных задачах. В лаборатории разрабатываются и совершенствуются технологии получения высокочистых монокристаллических слоев алмаза высокой степени кристаллического совершенства, получения графеновых структур с заданными физическими свойствами. Полученные образцы исследуются методами сканирующей электронной микроскопии (SEM) с рентгенофлуоресцентным анализом (XRF), просвечивающей электронной микроскопии (TEM), Рамановской спектроскопии и эллипсометрии.

Основным направлением научных исследований группы является анализ усиления и генерации излучения различных частотных диапазонов в неравновесных плазменных каналах, созданных в газах высокоинтенсивными фемтосекундными лазерными импульсами, и изучение перестройки («одевания») сильным лазерным полем квантовых систем. Актуальность данной темы исследования обусловлена востребованностью источников излучения различных частотных диапазонов для изучения широкого круга физико-химических процессов, а также возможностью управления такими процессами. В частности, особый интерес на данный момент представляет создание источников терагерцового и субтерагерцового диапазона частот, которые находят широкое применение в таких областях как химия, молекулярная биология, медицина, а также в различных технических приложениях ввиду способности такого излучения проникать во многие материалы. Что касается более высокочастотной области спектра, то излучение таких диапазонов частот позволяет осуществлять контроль и управление процессами, происходящими в атомах и молекулах в газовых и конденсированных средах в масштабах времен порядка атомных.

Руководитель направления: профессор, д.ф.-м.н. Попов Александр Михайлович

 

Одними из самых интересных объектов исследования современной квантовой оптики являются неклассические состояния электромагнитного поля. Такие состояния обладают целым рядом уникальных свойств: сильные корреляции между фотонами, «сжатие» шумов в одной из квадратур поля, наличие ненулевого орбитального момента. Все эти свойства открывают возможности для перспективных практических приложений: кодирования и передачи квантовой информации, измерения с пониженным уровнем шума, сверхчувствительных фазовых и угловых измерений. Кроме того, взаимодействие таких полей с веществом может привести к качественно новым эффектам, которые ранее еще не были известны.

Руководитель направления: профессор, д.ф.-м.н. Тихонова Ольга Владимировна

Уникальные физические характеристики джозефсоновских переходов и сквидов (SQUID, Superconducting Quantum Interference Device) позволяют достигать предельно высокой чувствительности в очень широком частотном диапазоне: от постоянного тока до сотен гигагерц и выше. Однако низкая линейность и малый динамический диапазон препятствуют созданию на их основе высокоэффективных широкополосных устройств, отвечающих требованиям прикладных задач. Для решения этой проблемы были разработаны и реализованы сверхпроводящие квантовые решетки (SQA, Superconducting Quantum Array), позволяющие существенно расширить (до 100 дБ) динамический диапазон линейного преобразования магнитного сигнала в напряжение (патент 2017 года с приоритетом от 2015 года). На основе таких структур  были разработаны широкополосные электрически малые антенны активного типа, способные одновременно принимать и усиливать  электромагнитные сигналы в полосе от нескольких герц до десятков гигагерц (и потенциально выше). Каждая такая антенна способна заменить целый набор обычных, пассивных, антенн с ограниченной полосой принимаемых частот. Это открывает новые возможности в создания широкополосных приемных систем с прямой оцифровкой сигналов.

Значительные успехи достигнуты в экспериментальном и теоретическом изучении коррелированного транспорта электронов в наноструктурах с атомно-молекулярными квантовыми точками. Актуальность разработки и исследования таких объектов определяется одновременно как потребностью фундаментального физического познания, так и перспективами прикладных разработок уникальных сенсоров локального электрического поля и заряда, а также вычислительных устройств с атомной функциональной структурой.

Руководитель направления:  профессор, д.ф.-м.н. Корнев Виктор Константинович

Руководитель группы теоретической одноэлектроники: доцент, к.ф.-м.н. Шорохов Владислав Владимирович

Научная группа занимается фундаментальными проблемами квантовой механики и созданием новых сверхбыстрых и сверхчувствительных приборов.

В этом направлением ведутся теоретические и экспериментальные исследования процессов в металлических и молекулярных наноструктурах и устройствах на их основе. Теоретические работы сфокусированы на исследовании электронного транспорта в наноструктурах, содержащих сверхпроводящие, нормальные и ферромагнитные материалы, топологические изоляторы. Исследуются возможности создания джозефсоновских элементов магнитной памяти и спиновых вентилей. Проводятся исследования мезоскопических неравновесных эффектов в наноструктурах со сверхпроводниками в тесном научном контакте с Университетом г.Твенте, Нидерланды; ИФФТ РАН, Черноголовка.

Руководитель направления: профессор, д.ф.м.н. Куприянов Михаил Юрьевич

Руководители групп: в.н.с., к.ф.-м.н. Соловьев Игорь Игоревич и доцент, к.ф.-м.н. Кленов Николай Викторович

Разряды в скрещенных электрическом и магнитном полях являются ключевым элементом многих современных технологий. Так, магнетронные распылители стали наиболее распространенным инструментом нанесения функциональных и защитных покрытий. В ОМЭ изучаются физические процессы в DC и RF магнетронных разрядах, влияющие на скорость и качество наносимых покрытий.  В частности, исследуются  неустойчивости магнетронного разряда, приводящие к нарушению однородности плазмы (см. рис.2). Эта тема представляет фундаментальный интерес для физики ExB разрядов и в настоящее время является предметом многочисленных публикаций.  Проведенные ранее исследования  явлений в неидеальной плазме позволили создать методы нанесения покрытий на левитирующие в плазме микрочастицы. Результаты исследований использованы при получении покрытий на поверхности различных порошковых материалов, которые являются основой для изготовления таких композитов, как сверхтвердая алмазная керамика, износостойкие материалы с низким коэффициентом трения, эффективные катализаторы. Разрабатываются методы нанесения композитных триботехнических и коррозионностойких покрытий.

Руководитель группы: в.н.с., д. ф.-м. н.  Паль Александр Фридрихович

Группа солнечной фотоэнергетики работает в области фотовольтаники, т.е. изучает возможности прямого преобразования солнечной энергии в электрическую с помощью солнечных элементов. Здесь происходит разработка и исследование новых конструкций и технологий для повышения КПД кремниевых солнечных элементов. В этом направлении была предложена и развивается перспективная инновационная конструкция кремниевого солнечного элемента (СЭ) Laminated Grid Cell (LGCell).

Руководитель группыв.н.с., к.ф.-м.н. Унтила Геннадий Григорьевич

В группе  проводятся исследования источников эмиссии аэрозолей в атмосферу:  эмиссия транспортных систем (наземного и морского транспорта), лесных и селькохозяйственных пожаров, индустрии. Разрабатываются современные методики характеризации аэрозолей, анализ свойств и структуры методами электронной микроскопии, молекулярной спектроскопии и аналитической химии. Свойства и состав выхлопов автомобилей, камер сгорания, дымов пожаров и горения биомасс.

Руководитель группы: в.н.с., к.ф.-м.н. Поповичева Ольга Борисовна

Основной целью работ в этом направлении является разработка проекта «3D цифровой пациент». Работа над проектом включает создание математических методов, алгоритмов и программных комплексов для диагностики, планирования и контроля лечения пациентов. За основу берется построение виртуальных персональных моделей анатомических структур и функций органов и тканей по данным медицинских изображений, полученных от разных по физическим методам регистрации приборов (рентгеновской компьютерной томографии, магнитно-резонансной томографии, приборов изотопной диагностики, ультразвука и пр.), функциональных и лабораторных исследований.

Руководитель группы: в.н.с., к.т.н Гаврилов Андрей Васильевич