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 группы: в.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.

Темы исследований лаборатории включают в себя проблемы генерации, распространения и детектирования излучения различных частотных диапазонов в газовых и плазменных средах. Среди них, например, генерация и усиление терагерарцового излучения в неравновесной лазерной плазме, а также анализ возможных применений ультракоротких тегагерцовых импульсов для диагностики и управления квантовыми системами. Перечисленные задачи требуют детального рассмотрения физики процессов как на макро-, так и микроскопическом уровне, что представляет актуальность с фундаментальной и прикладной точек зрения (разработка новых методов генерации излучения).

Другим направлением научной группы является исследование взаимодействия различных квантовых систем с интенсивными неклассическими («сжатыми») электромагнитными полями,
что является актуальным вследствие активно развивающейся области квантовой оптики и квантовой информатики.

Профессор, д.ф.-м.н. Попов Александр Михайлович

Доцент, к.ф.-м.н. Богацкая Анна Викторовна

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.

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

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

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

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

Работа по направлению сосредоточена на теоретическом и экспериментальном исследование процессов в металлических и молекулярных наноструктурах и устройствах на их основе, включая:

1. Сверхпроводниковые нейроны, синапсы, нейронные сети;
2. Цифровые сверхпроводниковые устройства на новой элементной базе, для которых носители информации – кинки джозефсоновской фазы вместо квантов магнитного потока; 
3. Разработка устройств для неразрушающего считывания и быстрой записи информации в сверхпроводниковые квантовые регистры;
4. Джозефсоновские контакты с топологическими изоляторами и нанопроводами сложного фазового состава в области слабой связи;
5. Совершенствование методов разработки и проектирования микросхем сверхпроводниковых устройств.

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

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