Физический факультет

Научная работа кафедр и лабораторий

Физика конденсированного состояния вещества.

Осуществлен синтез двух серий магнитных сверхрешеток Fe/Be с постоянными толщинами Fe и Be и переменными толщинами Be и Fe сответственно и проведены исследования структуры, магнитных свойств и ядерного гамма-резонанса на ядрах Fe57. Выявлен ряд аномалий на полевых и температурных зависимостях магнитных параметров, которые могут быть обусловлены эффектами орбитального магнетизма.

Предложен способ измерения спектров люминесценции самоорганизованных квантовых точек CdSe/ZnSe, развернутых во времени, который позволил определить особенности процессов захвата носителей из барьера в квантовые точки и процессов рекомбинации в зависимости от их размеров без использования (!) методов пространственного разрешения излучения отдельной квантовой точки.

Впервые выполнен расчет Аномального эффекта Холла (АЭХ) в гибридной наногетероструктуре Ф/С, где Ф – ферромагнитный металл, С –сверхпроводник. Показано, что благодаря Андреевскому отражению Ф/С-граница действует как квантовое зеркало с инверсией в спиновом пространстве.

Разработана установка (совместно с ИОФАН) и проведен демонстрационный эксперимент по оптической регистрации движения суперпарамагнитных молекул белка ферритина во вращающемся неоднородном магнитном поле, исследованы амплитуды и спектры флуктуаций интенсивности рассеянного света. С использованием программного обеспечения LabVIEW 5.1 получены спектры седиментации ферритина.

Разработана методика идентификации изолированных атомных примесей в поверхностных слоях полупроводника с учетом различных эффектов взаимодействия. Для этих целей была создана методика прецизионного измерения туннельной проводимости (плотности электронных состояний) на масштабах атомной решетки в диапазоне ± 3 эВ с возможностью определения пространственного распределения нормированной локальной туннельной проводимости внутри радиуса локализации примесного состояния.

Проведен анализ магнитных фазовых переходов в системах ультрамалых ферромагнитных частиц в области их точки Кюри в рамках концепции фазовых переходов, «более мягких», чем фазовые переходы второго рода в классификации Эренфеста. Показано, что идентификацию таких переходов в системах ультрамалых ферромагнитных частиц удобно осуществить на опыте, наблюдая полевой фазовый переход «парамагнетизм – индуцированный суперпарамагнетизм», постепенно понижая температуру исследуемой системы и приближая ее к точке Кюри.

Оптика и квантовая электроника.

Исследованы свойства собственных мод электромагнитного излучения, локализованных в полой сердцевине волокон с периодической и непериодической микроструктурированной оболочкой. Полые волокна с двумерно-периодической оболочкой поддерживают волноводный режим распространения электромагнитного излучения в полой сердцевине за счет высокой отражательной способности оболочки в области фотонной запрещенной зоны. Экспериментально измеренный спектр мод, поддерживаемых полой сердцевиной этих волокон, содержит набор изолированных максимумов, соответствующих фотонным запрещенным зонам фотонно-кристаллической оболочки.

Изготовлен и собран сканирующий оптический микроскоп ближнего поля, обеспечивающий три оптические конфигурации работы. С помощью этого микроскопа измерена дифракция света на изготовленных наноструктурах при непрерывной подсветке в режиме сканирования оптическим зондом.

Радиофизика и электроника, акустика.

Впервые выявлены свойства темных солитонов (кинков), образующихся при формировании двухкомпонентных ударных волн в вязкой среде без дисперсии. Найдены стационарные профили для различных отношений коэффициентов нелинейности. Изучена динамика образования пилообразных связанных волн.

Создан транзистор на основе линейно-цепочечного углерода, управляемого потенциалом затвора.

Повышена разрешающая способность ультразвукового медицинского томографа. Разработаны методы обработки сигналов пассивного акустического термотомографа и решения обратной задачи томографии океана. По результатам международного океанологического эксперимента WOCE исследованы характеристики бентического фронта, разделяющего Антарктическую донную воду (ААДВ) и глубинную воду Атлантического, Индийского и Тихого океанов. Обнаружено существенное влияние бентического фронта на распространение акустических волн в глубоком океане (в лучевом приближении).

Науки о Земле.

На кафедре физики Земли выполнены исследования по установлению физического механизма явления намагничивания горных пород антипараллельно намагничивающему полю (самообращение намагниченности). Сотрудниками кафедры это явление было обнаружено на образцах кимберлитов и траппов Якутии и на образцах некоторых континентальных и подводных океанских горных пород.

Как известно, обратная по отношению к направлению современного геомагнитного поля естественная остаточная намагниченность (NRM) горных пород, наблюдаемая при палеомагнитных исследованиях, связывается со сменой полярности (инверсией) геомагнитного поля. Однако обратная NRM может образоваться и в результате самообращения намагниченности.

В результате проведенных исследований было установлено, что самообращение намагниченности связано с двухподрешеточным строением кристаллических решеток носителей NRM-ферримагнитных минералов. Спонтанные намагниченности подрешеток ISA и ISB ориентированы антипараллельно друг другу, так чтосуммарная IS=ISB–ISA (ISB>ISA). При термонамагничивании ферримагнитных минералов определенного состава в процессе их охлаждения может происходить смена полярности IS в результате изменения величин ISB и ISA(ISA>ISB). Это и приводит к возникновению намагниченности, ориентированной антипараллельно полю.

Полученные результаты не опровергают в принципе существование инверсий геомагнитного поля, так как в природе могут действовать оба механизма (инверсии и самообращения), приводящие к образованию обратной NRM. Однако при палеомагнитных исследованиях необходимо устанавливать природу обратной NRM изучаемых пород.

Аналитически и численно исследован нелинейный механизм генерации длинных гравитационных волн в сжимаемом водном слое постоянной глубины. Амплитуда волн, формируемых за счет нелинейного механизма, исследована как функция глубины океана, продолжительности и скорости смещения дна. Показано, что нелинейный механизм способен обеспечить заметный вклад в волну цунами.

Науки о жизни.

Исследовано влияние экспериментально вызванного геморрагического шока на деформируемость эритроцитов крови крыс. Также исследована лабильность мембраны эритроцитов при действии лазерного излучения. Разработаны новые теоретические и численные методы расчета многократного рассеяния света на суспензиях больших агрегирующих несферических частиц, имитирующих, в частности, эритроциты крови человека. Исследованы поляризационные эффекты при распространении лазерных пучков в таких суспензиях. Построена и исследована модель роста некроза при локальном лазерно-индуцированном нагреве опухолевой ткани с учетом ректавности кровеносных сосудов. Показана возможность самолокализации некроза. Разработана методика флуоресцентной визуализации липидных включений в крови человека. Впервые в серии лабораторных экспериментов с применением жидкостной струи высокого давления осуществлено разделение костных тканей различных типов: компактной костной ткани (диафизарная часть бедренной кости) в продольном и поперечном направлении (относительно ее продольной оси), спонгиозной костной ткани (эпифиз бедренной кости), а также плоской (лопаточной или тазовой) кости. Во всех случаях достигалось эффективное разделение костных тканей.

Кафедра физики атомного ядра и квантовой теории столкновений.

Кафедра ведет свое начало от первой в МГУ кафедры ядерного профиля – кафедры атомного ядра и радиоактивности, созданной в 1940 г. под руководством Д.В.Скобельцына, и является преемницей образованных впоследствии кафедры экспериментальной ядерной физики Л.В.Грошева и кафедры теоретической ядерной физики Д.И.Блохинцева. С 1971 по 1991 г. заведующим кафедрой экспериментальной ядерной физики, а после 1979 г. кафедрой физики атомного ядра был профессор А.Ф.Тулинов. С 1991 г. заведующим кафедрой является профессор В.В.Балашов. В 1998 г. она была переименована в кафедру физики атомного ядра и квантовой теории столкновений.

Как и большинство кафедр ОЯФ, кафедра не имеет в своей структуре научных лабораторий, и ее сотрудники ведут научную работу в лабораториях и отделах НИИЯФ. Кафедра обеспечивает базовую подготовку по ядерной физике студентов пяти кафедр отделения ядерной физики и является вместе с тем выпускающей, осуществляя подготовку экспериментаторов и теоретиков по физике атомного ядра, квантовой теории столкновений и смежным разделам физики. В штате кафедры 3 профессора, 1 доцент, 2 старших преподавателя, 1 ассистент, 1 инженер и 3 совместителя в должности доцента, научные сотрудники НИИЯФ МГУ, Института ядерных исследований РАН и Лаборатории высоких энергий ОИЯИ.

Работа кафедры по обеспечению учебного процесса на ОЯФ. Кафедра ведет на Отделении ядерной физики физического факультета раздел курса общей физики «Ядерная физика» (проф. А.Ф.Тулинов и проф. Ю.В.Меликов) и общеотделенческий спецкурс «Экспериментальные методы ядерной физики» (доц. С.Ю.Платонов), проводит занятия в специальном ядерном практикуме ОЯФ, через который проходит в течение семестра 60– 65 студентов 6 кафедр отделения, и осуществляет методическое руководство этим практикумом. В практикуме широко используются современные компьютеры. Из 11 задач практикума в 5 задачах компьютер работает в составе экспериментальной установки в режиме on-line.

Учебный план кафедры. На кафедре создано два учебных плана – для будущих теоретиков и экспериментаторов. С начала IV курса для них частично вводятся раздельные занятия. С этого же времени происходит закрепление студентов за научными руководителями и начинается их плановая работа в лабораториях. Свою первую курсовую работу студент кафедры защищает в конце 7-го семестра; в дальнейшем этот порядок сохраняется вплоть до окончания V курса.

Сотрудниками кафедры создано и читается 18 кафедральных спецкурсов, занятия студентов проводятся в трех кафедральных спецпрактикумах, в том числе в практикуме по компьютерному моделированию физических процессов и в теоретическом практикуме, известном далеко за пределами физического факультета и МГУ. На кафедре действует регулярный (еженедельный) кафедральный семинар для студентов V курса (10-й семестр), на котором каждый студент дважды в семестр выступает с научным сообщением по тематике, связанной с направлением его научной работы.

Подготовка специалистов и ее научная база. В отчетный период студенты кафедры выполняли свои дипломные работы в 6 отделах НИИЯФ; 5 лабораториях ОИЯИ; в Физическом институте РАН (ФИАН) (теор. отдел); в Институте ядерных исследований РАН (отдел электромагнитных взаимодействий, Баксанская нейтринная лаборатория) и др. по следующим научным направлениям.

Экспериментальные исследования по физике ядра и ядерных реакций. Физика деления и характеристики сильнодеформированных состояний ядер: отдел ядерных реакций НИИЯФ МГУ (зав. отделом – д.ф.м.н., профессор О.А.Юминов).

Исследование рассеяния заряженных частиц низких и средних энергий атомными ядрами: циклотрон НИИЯФ МГУ (рук. работы – профессор Е.А.Романовский).

Разработка и внедрение корреляционной методики изучения механизмов возбуждения ядер-продуктов и выстраивания их углового момента в ядерных реакциях: (рук. – зав. лаб. ускорительных установок НИИЯФ, доц. А.В.Спасский; зав. лаб. отдела ядерно-космических исследований НИИЯФ – проф. Н.С.Зеленская).

Исследование эффектов возбуждения барионных резонансов в корреляционных и поляризационных характеристиках процессов адрон-ядерного взаимодействия: Лаборатория высоких энергий ОИЯИ, Дубна (рук.– д.ф.-м.н., доц. Е.А.Строковский);

Исследование процессов электромагнитных взаимодействий адронов при энергиях в несколько ГэВ: Институт ядерных исследований РАН (рук.– д.ф.-м.н., доц. В.Г.Недорезов).

Теоретические исследования. Методы квантовой теории столкновений в физике ядерных реакций, атомных и мезоатомных процессов: кафедра и лаборатория теоретического практикума НИИЯФ (рук. – проф. В.В.Балашов).

Составные частицы в ядерной физике низких и промежуточных энергий: отдел физики атомного ядра НИИЯФ (рук. – проф. В.Г.Неудачин).

Квантовая теория систем нескольких тел (рук. – проф. Л.Д.Блохинцев, НИИЯФ).

Исследования в направлениях, смежных с физикой ядра. Взаимодействия быстрых заряженных частиц с веществом (рук. – проф. А.Ф.Тулинов).

Исследование сверхтонких взаимодействий в конденсированных средах методами ядерной спектроскопии (рук. – вед.н.с. Н.Н.Делягин, вед.н.с. А.А.Сорокин, НИИЯФ).

Ядерная медицина и биология. Отдел радиационной биофизики ОИЯИ; отдел ядерных реакций НИИЯФ и кафедра (в сотрудничестве с ГНЦ «Институт биофизики» Минздрава РФ, Кардиологическим научным центром Минздрава РФ и Онкологическим научным центром РАМН); Курчатовский источник синхротронного излучения (КИСИ), где кафедра ведет подготовку специалистов по исследованию воздействия синхротронного излучения на биологические объекты.

Физика ядра в астрофизических и космофизических исследованиях. В отчетный период в Институте ядерных исследований РАН в Баксанской нейтринной лаборатории была выполнена отличная дипломная работа по разработке детектора фоновых нейтронов.

Выпускники кафедры. За период с 1997 по 2002 г. кафедра выпустила 34 студента (15 теоретиков и 19 экспериментаторов) и 15 аспирантов (11 теоретиков и 4 экспериментаторов), из которых 21 человек (более 60%) остались в физике. В течение всех последних лет кафедра не знает проблем, чтобы реально помочь своим выпускникам получить по окончании университета хорошую и престижную работу по специальности. Кафедра является базовой по отношению к Объединенному институту ядерных исследований в Дубне. За отчетный период 6 ее студентов остались по окончании университета в ОИЯИ. Репутация выпускников кафедры неизменно высока. Лучшие из них уже в самом начале своей карьеры добились больших научных результатов и приобрели широкую известность в научном мире.

Кафедра и НИИЯФ. Кафедра получает большую материально-техническую поддержку своей учебной работы со стороны НИИЯФ по линии Лаборатории специального практикума НИИЯФ, отвечающего за инженерно-техническое обеспечение работы практикума.

Кафедра имеет устойчивый контингент научных сотрудников НИИЯФ, которые систематически (не будучи зачисленными на кафедру как совместители) читают важные для кафедры специальные курсы. В отчетный период это были 4 доктора и 2 кандидата наук. В 1998–2002 гг. работой студентов в научных лабораториях и выполнением дипломных работ руководили 14, а научными руководителями аспирантов являлись 8 научных сотрудников НИИЯФ. С другой стороны, кафедра систематически поставляет специалистов для пополнения отделов и лабораторий НИИЯФ.

Сотрудниками кафедры опубликовано в 1998–2002 гг. около 150 печатных работ, из них 50 работ – в реферируемых научных журналах. Подготовлено и используется в учебном процессе 6 новых учебных пособий. Издан учебник и монография: В.В.Балашов, В.К.Долинов «Курс квантовой механики» (2-е изд. Изд-во РХД, 2001); V.V.Balashov, A.N.Grum-Grzhimailo, N.M.Kabachnik «Polarization and Correlation Phenomena in Atomic Collisions: A Practical Theory Course» (New York: Kluwer Academic /Plenum Publishers, 2000). Научная работа велась при поддержке 18 грантов по различным программам. За отчетный период сотрудники кафедры приняли непосредственное участие и выступили с докладами на 32 международных конференциях и совещаниях, проведенных за рубежом (17) и в России (15), и выезжали 14 раз в научные командировки за границу для совместной работы, чтения лекций и консультаций.

Планируя свою деятельность на будущее, кафедра исходит из того, что ее научный и педагогический потенциал высок. Актуальна тематика ее научных исследований. Высока востребованность специалистов, подготовленных по профилю кафедры.

Кафедра физики полупроводников (зав. – проф. В.С.Днепровский).

Кафедра физики полупроводников, образованная в 1953 г., готовит специалистов широкого профиля для научно-исследовательской и преподавательской работы в университетах, вузах, учреждениях РАН, в отраслевых институтах в следующих областях: физика полупроводников, полупроводниковых систем (в том числе систем пониженной размерности) и полупроводниковых приборов, теория полупроводников.

На кафедре создан высококвалифицированный учебно-научный коллектив из 22 человек, среди которых 6 докторов (из них 1 академик) и 12 кандидатов физико-математических наук. Основной задачей кадровой политики кафедры в последние годы было сохранение профессорско-преподавательского и научного состава и привлечение на кафедру новых молодых сотрудников. Для этого стимулировалось участие в различных конкурсах на получение грантов и договорных работ, что позволило улучшить материальное положение ряда сотрудников кафедры и приобрести новое оборудование. Два выпускника аспирантуры кафедры (М.А.Ормонт и В.Е.Кудряшов) были оставлены для работы на кафедре в качестве младших научных сотрудников.

Основная задача учебной и учебно-методической деятельности на кафедре – фундаментальная подготовка студентов и аспирантов в области физики полупроводников. При обучении используются современные представления об основных физических процессах в полупроводниках. Осуществляется теоретическая подготовка и прививаются навыки экспериментальной работы во время работы в специальных практикумах кафедры и отделения физики твердого тела, при работе в научных лабораториях кафедры, при освоении специального курса по применению вычислительной техники для исследования полупроводников, при выполнении курсовых и дипломной работ.

На кафедре читаются основные лекционные курсы по физике полупроводников, которые дополняются семинарами и спецкурсами по выбору (весенний семестр 5-го года обучения) и факультативными курсами и семинарами.

Спецпрактикум кафедры оснащен необходимым оборудованием, однако оно быстро устаревает. Финансовые возможности для замены его на более современное у кафедры ограничены.

На кафедре выделено специальное помещение для чтения ряда спецкурсов и проведения семинаров, оснащенное оргтехникой и подключенное к сети Интернет.

С 1997 по 2001 г. общая численность студентов на кафедре составила 37 человек. За последние 5 лет защищено 8 кандидатских диссертаций (три сотрудниками кафедры). Два студента кафедры получили стипендию Эйлера (ФРГ). Три аспиранта кафедры удостоены грантов «Соросовский аспирант». Студенты кафедры получили дипломы I и II степени на Всероссийской конференции молодых ученых (г. Санкт-Петербург).

Основное направление научной деятельности кафедры – изучение электронных процессов в полупроводниковых структурах и материалах для электроники и оптоэлектроники. За последние 5 лет кафедра активно участвовала в различных программах и конкурсах и получила следующие гранты: гранты РФФИ – 6, НТП «Физика твердотельных наноструктур» – 2, гранты «Университеты России» – 2, гранты ИНТАС – 2, грант Госкомитета по высшему образованию РФ – 1, госконтракты на научные разработки – 3.

Научная работа проводилась в содружестве с рядом российских институтов и с зарубежными университетами: Васеда, Тцукуба (Япония), Марбургским и Гумбольдтским (ФРГ), Камерино (Италия), штата Небраска (США) и др. Сотрудники кафедры неоднократно участвовали в работе всероссийских и международных конференций (в том числе и с приглашенными докладами), были членами программных комитетов международных конференций.

Результаты научных исследований сотрудников опубликованы в ведущих российских (Письма ЖЭТФ, ЖЭТФ, ФТТ, ФТП и др.) и зарубежных (Phys. Rev., Phys. Stat. Solidi, Solid State Commun. и др.) журналах; всего около 130 статей.

Среди основных научных результатов следует отметить цикл теоретических работ, посвященных полупроводниковым сверхрешеткам с контролируемым беспорядком, в которых беспорядок обусловлен случайными вариациями толщин квантовых ям, задаваемыми ЭВМ в процессе роста в соответствии с программой, определяющей реализацию и амплитуду флуктуаций положения уровней размерного квантования в ямах сверхрешетки. Такие сверхрешетки открывают возможности для создания «инженерии беспорядка» – контролируемого создания систем для изучения эффектов квантового ограничения, локализации и взаимодействия электронов.

Следует отметить экспериментальные работы по разработке неразрушающих бесконтактных методов контроля параметров полупроводников, изучению физических свойств аморфных и микрокристаллических гидрированных полупроводников и свойств светодиодов голубого и зеленого свечения на основе нитрида галлия, по обнаружению в полупроводниковых квантовых нитях эффекта «диэлектрического усиления» экситонов – существенного увеличения силы кулоновского притяжения между электроном и дыркой (энергии связи экситонов превышают 100 мэВ) из-за разницы диэлектрических проницаемостей полупроводника и диэлектрика.