МГУ–2014: Физический факультет

Юбилеи. 22 декабря исполнилось 95 лет со дня рождения профессора кафедры космических лучей и физики космоса, Заслуженного профессора Московского университета Ракобольской Ирины Вячеславовны. И.В. Ракобольская поступила на физический факультет в 1938 г. В октябре 1941 г. добровольно ушла на фронт, окончила курсы штурманов и в феврале 1942 г. была назначена начальником штаба женского 46 Гвардейского авиаполка ночных бомбардировщиков. С мая 1942 г. до конца войны участвовала в боевых действиях на различных фронтах. В апреле 1946 г. была демобилизована и вернулась на факультет, который окончила в 1949 г. С 1950 г. работала на кафедре космических лучей и физики космоса сначала в должности ассистента, с 1963 г. – доцента, а с 1977 г. – профессора. В 1968 г. И.В. Ракобольская создала в НИИЯФ лабораторию космического излучения сверхвысоких энергий и руководила ею до 1991 г. В 1968 г. в подземном помещении Московского метрополитена под её руководством была построена уникальная установка из 144 многослойных свинцовых рентгенэмульсионных камер (РЭК). Установка позволяла одновременно определять энергию и зенитный угол мюонов космических лучей в области энергий от 4 до 40 ТэВ и углов в интервале от 0 до 88 градусов. Декан факультет повышения квалификации преподавателей высших учебных заведений страны по естественным наукам в 1966–1990 гг. – за это время обучение на нём прошли 80 тыс. человек. За организацию работы факультета И.В. Ракобольская была награждена орденом «Знак Почёта» и золотой медалью ВДНХ. Председатель Союза женщин МГУ (1986–1997).
Награждена орденами Красного Знамени (1945), Красной Звезды (1942), Отечественной войны (I ст. – 1944, II ст. – 1945, 1985), «Знак Почёта» (1976). Лауреат  премии им. М.В.Ломоносова за педагогическую деятельность (2003).
 
18 июля исполнилось 90 лет со дня рождения доцента кафедры теоретической физики, Заслуженного преподавателя Московского университета Колесникова Николая Николаевича.
 
19 ноября исполнилось 90 лет со дня рождения профессора кафедры математики, Заслуженного профессора Московского университета Свешникова Алексея Георгиевича.
 
1 декабря исполнилось 85 лет со дня рождения доцента кафедры квантовой статистики и теории поля, Заслуженного преподавателя Московского университета Квасникова Иридия Александровича.
 
22 августа 2014 г исполнилось 80 лет со дня рождения главного научного сотрудника кафедры общей физики, Заслуженного научного сотрудника Московского университета Колотова Олега Сергеевича.
 
19 ноября исполнилось 80 лет со дня рождения доцента кафедры математики, Заслуженного преподавателя Московского университета Шишкина Александра Александровича.
 
23 ноября исполнилось 75 лет со дня рождения заведующего кафедрой математики, Заслуженного профессора Московского университета Бутузова Валентина Фёдоровича.
 
22 декабря исполнилось 75 лет со дня рождения заведующего кафедрой теоретической физики академика РАН Славнова Андрея Алексеевича.
 
13 июня исполнилось 70 лет со дня рождения профессора кафедры общей физики, Заслуженного профессора Московского университета Алешкевича Виктора Александровича.
 
29 октября исполнилось 70 лет со дня рождения заведующего лабораторией криоэлектроники, Заслуженного научного сотрудника Московского университета Снигирёва Олега Васильевича.
 
Новое в структуре. Кафедра оптики и спектроскопии и кафедра физики наносистем объединены  в кафедру оптики, спектроскопии и физики наносистем (и.о. зав. чл.-корр. РАН М.В. Ковальчук, приказ №670, 22.07.2014).
 
Наука.
«Кремниевые наночастицы для биоимаджинга, ультразвуковой терапии и борьбы с опасными вирусами»
 
Научной группой (рук. н.с. Л.А. Осминкина, проф. В.Ю. Тимошенко) совместно с Институтом теоретической и экспериментальной биофизики РАН, НИИ вирусологии им. Д.И.Ивановского РАН, Институтом иммунологии ФМБА и Лейбницевским институтом фотонных технологий (Германия, Йена) развиты новые методы получения биосовместимых и биодеградируемых кремниевых наноструктур, выявлены новые возможности их использования в люминесцентной биодиагностике (биоимаджинг) онкологических заболеваний в сочетании с терапией ультразвуковым облучением. Также был обнаружен эффект связывания кремниевых наночастиц с вирусами опасных заболеваний, таких как вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) и респираторный синцитиальный вирус (РСВ).
Обнаруженное свойство кремниевых наночастиц связываться с опасными вирусами и блокировать их заражающую способность открывает перспективу разработки новых видов противовирусных препаратов [L.A.Osminkina, V.A.Sivakov, G.A.Mysov, et al. «Nanoparticles prepared from porous silicon nanowires for bio-imaging and sonodynamic therapy». Nanoscale Research Lett., 4, 463 (2014); L.A.Osminkina, V.Yu.Timoshenko, I.P.Shilovsky, et al. «Porous silicon nanoparticles as scavengers of hazardous viruses». J. of Nanoparticle Research, 16, 2430 (2014)].
 
«Управление свойствами магнитоплазмонного кристалла в широком спектральном диапазоне при перестройке магнитного поля»
 
Магнитоплазмонные кристаллы (МПК) являются объектом активных исследований в первую очередь благодаря возможности управлять с их помощью параметрами оптического излучения. В одном из наиболее эффективных вариантов МПК состоит из диэлектрической магнитной плёнки, покрытой тонким наноструктурированным слоем благородного металла. Ранее было показано, что в МПК такой структуры возможно возбуждение поверхностных плазмон-поляритонов (ППП) с относительно большой длиной распространения, которому соответствует усиление магнитооптических эффектов, что обусловлено присутствием в структуре плёнки магнитного диэлектрика (феррограната). Механизм усиления заключается в зависимости условия возбуждения ППП на границе раздела метал/гранат от величины намагниченности в среде. Важно заметить, что для оптимальной работы МПК необходимо, чтобы границы раздела не имели дефектов и были высокого качества. Данное требование ограничивает набор методов изготовления МПК.
В большинстве экспериментальных работ исследуются МПК золото/гранат, изготовленные на подложке галлий-гадолиниевого граната с использованием метода электронно-лучевой литографии. В данной работе (рук. проф. Т.В.Мурзина), выполненной в тесном сотрудничестве с коллегами из научно-практического исследовательского центра по материаловедению Республики Беларусь, исследованы МПК, состоящие из золотых полосок, нанесённых на слой магнитного граната, изготовленные новым методом комбинированного ионно-лучевого травления. Было показано, что предложенный метод позволяет производить МПК высокого качества. В полученных МПК с толщиной плёнки золота 30–40 нм наблюдается эффективное возбуждение ППП двух типов, а также нескольких волноводных мод. Величина поперечного магнито-оптического эффекта возрастает при резонансном возбуждении мод, распространяющихся в магнитной плёнке, и достигает значения 1%. Данный эффект связан с влиянием внешнего магнитного поля на условие возбуждения резонансных мод и является перспективным для создания управляемых элементов фотоники [A.L.Chekhov, V.L.Krutyanskiy, A.N.Shaimanov, et al. «Wide tunability of magnetoplasmonic crystals due to excitation of multiple waveguide and plasmon modes». Opt. Express, 22 (15) , 17762–17768 (2014)].
 
«Фотоионизация в твёрдых телах с разрешением в период светового поля»
 
В работе, проведённой совместно с Российским квантовым центром обобщена теория Келдыша фотоионизации полупроводников на случай сверхбыстрых возбуждающих импульсов произвольных формы волнового фронта и ширины импульса. Выведено решение в замкнутой форме для неадиабатической скорости ионизации в прозрачных твёрдых телах с периодическим изменением дисперсии, которое вызывает сверхбыструю динамику ионизации в рамках периода светового поля и соответствует основным результатам теории Келдыша в соответствующих предельных режимах [P.A.Zhokhov, A.M.Zheltikov «Field-Cycle-Resolved Photoionization in Solids». Phys. Rev. Lett., 113, 133903 (2014)].
 
«Адсорбционные свойства функционализированных наноалмазов в водных растворах солей тяжёлых металлов»
 
Исследованы адсорбционные свойства исходных и функционализированных наноалмазов I6 и I6COOH в водных суспензиях по отношению к ионам тяжелых металлов (свинец, медь) и нитратам. В результате применения различных методов - корреляционной и абсорбционной спектроскопии, лазерной спектроскопии комбинационного рассеяния (КР) было обнаружено, что оба вида наноалмазов активно адсорбируют и ионы тяжёлых металлов, и нитрат ионы. Количественные расчеты показали, что адсорбционная активность модифицированного наноалмаза в 3 раза больше, чем исходного по отношению к ионам тяжёлых металлов. На основании результатов ИК и КР спектроскопии выдвинута гипотеза о механизмах адсорбции, согласно которой при адсорбции ионов меди превалирующую роль играет физическая адсорбция, а в случае нитрат-ионов – химическая [T.A.Dolenko, S.A.Burikov, K.A.Laptinskiy et al. Study of adsorption properties of functionalized nanodiamonds in aqueous solutions of metal salts using optical spectroscopy. J. of Alloys and Compounds, 586, S436–S439 (2014)].
 
«Квантовая и полуклассическая физика, обусловливающие развитие сверхбыстрой нелинейности в среднем ИК диапазоне»
 
Показано, что динамика ионизации, происходящей на времени в половину периода возбуждающего лазерного поля, является ключевым физическим фактором, контролирующим свойства оптической нелинейности как функции длины волны несущей и интенсивности возбуждающего лазерного поля. Анализ уравнения Шрёдингера для обобщенной свантовой системы типа атома водорода выявил универсальные тенденции в зависимости оптической нелинейности от длины волны, проливая свет на её необычные свойства в среднем ИК диапазоне. Было показано, что в случае низкочастотных полей большой интенсивности свободные электроны доминируют на связанными в общем нелинейном отклике квантовой системы. В этом режиме полуклассические модели помогают понять физику процессов, приводящих к формированию нелинейности [E.E.Serebryannikov, A.M.Zheltikov Quantum and semiclassical physics behind ultrafast optical nonlinearity in the midinfrared: The role of ionization dynamics within the field half cycle. Phys. Rev. Lett., 113, 043901 (2014)].
 
«“Удаленный” ультразвуковой скальпель для неинвазивной хирургии»
 
Научная группа (рук. д.ф.-м.н. В.А.Хохлова) в сотрудничестве с учёными из Университета шт. Вашингтон (Сиэтл, США) разработала инновационный метод неинвазивного хирургического вмешательства: операция проводится фокусированным ультразвуком, который механически разрушает больную ткань, а от ее остатков организм избавляется сам. В хирургии считается, что, чем меньше разрез, тем легче переносится операция. В конце XX в. в медицинскую практику стал входить новый метод, где операция идёт вообще без внешних разрезов: рабочим инструментом хирурга является ультразвук. Метод носит название неинвазивной хирургии с помощью высокоинтенсивного фокусированного ультразвука (HIFU). Его суть состоит в тепловой денатурации тканей за счёт поглощения энергии фокусированного ультразвукового пучка; в дальнейшем переработка продуктов денатурации производится организмом самостоятельно. В настоящее время ультразвуковая хирургия применяется для лечения ряда серьёзных болезней.
Учёные МГУ в течение последних лет развивали инновационную модификацию метода под названием «гистотрипсия с кипением» (boiling histotripsy). Разрушение ткани здесь происходит механическим методом, без нагревания, новый метод лишен многих недостатков теплового HIFU – дороговизны, опасности перегрева промежуточных тканей (рёбер и кожи), а также того, что диффузия тепла от фокуса может повреждать ткани, стенки сосудов и кости вокруг облучаемого участка [PNAS, v. 111(22), 2014, 8161–8166].
 
«Фемтосекундная лазерно-индуцированная анизотропия в решётке магнитных наночастиц»
 
Научной группой (рук. доц. Т.В.Мурзина) в сотрудничестве с коллегами из Университета Радбауд (рук. prof. Alexey Kimel, Нидерланды) исследована динамика эффекта наведённой оптической анизотропии в двумерной решётке наночастиц металла на диэлектрической подложке. Исследование временных характеристик оптического отклика и намагниченности в магнитных наноструктурах представляет большой интерес, обусловленный как широтой практического применения таких структур, так и возможностью изучения в них разнообразных фундаментальных физических процессов. Тенденция к увеличению скорости считывания и записи информации в магнитных носителях информации требует изучения динамики отклика магнитных наноструктур со всё большим временным разрешением. На фемто- и пикосекундных временах хорошо зарекомендовали себя методы оптического исследования типа накачка-зондирование. Метод заключается в использовании двух сверхкоротких лазерных импульсов, один из которых (накачка) изменяет состояние системы (выводит из равновесия) а второй через регулируемый интервал времени «считывает» поведение магнитной системы.
В совместной работе исследована динамика оптического отклика, а именно вращение плоскости поляризации излучения, от структуры, состоящей из решётки кобальтовых наночастиц на кварцевой подложке. Период квадратной решётки частиц составлял около 1.4 мкм при их характерном латеральном размере 600 нм и высоте около 30 нм. Исследование методом накачка-зондирование проводилось с использованием мощной фемтосекундной лазерной системы. В результате исследования было выявлено несколько механизмов, определяющих поляризационное состояние системы на различных временных промежутках. Было показано, что на временах задержки менее 1 пс ключевую роль играет наведённое двулучепреломление, обусловленное керровской нелинейностью и сверхбыстрым лазерным размагничиванием металлических наночастиц. На временах порядка сотен пикосекунд оптический отклик определяется восстановлением намагниченности и акустическими возбуждениями в металлических частицах. На временах свыше 500 пс вращение плоскости поляризации определяется возбуждением акустических волн в кварцевой пластине, навязанных периодической структурой металлических наночастиц. Выявление данных процессов и определение их динамики (то есть протекания во времени) позволяет лучше понимать физику подобных наноструктур на сверхкоротких временах [I.Razdolski, V.L.Krutyanskiy, T.V.Murzina, Th.Rasing, A.V.Kimel «Femtosecond laser-induced optical anisotropy in a 2D lattice of magnetic dots». Phys. Rev. B 89, 064306 (2014)].
 
«Нелинейная поляризационная оптика сверхкоротких световых импульсов»
 
Научной группой (рук. проф. В.А.Макаров; Г.А.Грязнов, И.А.Пережогин, Н.Н.Потравкин) выполнено моделирование нелинейной оптической активности в гиротропной среде при распространении в ней сверхкоротких оптических импульсов. Эффект нелинейной оптической активности – зависимость от интенсивности вращения плоскости поляризации линейно поляризованного света в среде с кубической нелинейностью, был теоретически предсказан почти 50 лет назад С.А.Ахмановым и В.И.Жариковым и в 1979 г. был экспериментально обнаружен. Первоначально это вращение связывалось исключительно с пространственной дисперсией нелинейного оптического отклика среды. Позднее было показано, что зависящее от интенсивности вращение эллипса поляризации в кристаллах высшей и средней категорий связано с действительными и мнимыми частями компонент тензоров локальной и нелокальной кубических восприимчивостей.
Большинство теоретических результатов современной нелинейной поляризационной оптики получены в приближении применимости метода медленно меняющихся амплитуд, использование которого затруднительно при переходе к предельно коротким импульсам (около десяти и менее периодов колебаний электрического поля). В новых исследованиях модификация метода конечных разностей во временной области со вспомогательным дифференциальным уравнением впервые использовалась для описания распространения эллиптически поляризованного сверхкороткого импульса в среде с частотной дисперсией и пространственной дисперсией кубической нелинейности. Предложенная модель такой среды позволила учесть её нелинейность в достаточно общем виде и записать материальные уравнения без широко используемого требования малости параметра пространственной дисперсии.
В зависимости от соотношения между параметрами, задающими поляризацию падающего предельно короткого импульса, и константами, характеризующими среду, оказываются возможными различные режимы его распространения. Сложный вид изменения напряжённости электрического поля в прошедшем нелинейную гиротропную среду импульсе, существенно отличается от предсказанных формулами для зависящих от интенсивности угла поворота и степени эллиптичности эллипса поляризации, полученными в рамках метода медленно меняющихся амплитуд [G.A.Gryaznov, V.A.Makarov, I.A.Perezhogin, N.N.Potravkin, Phys. Rev. E 89, 013306 (2014)].
 
«Синхротронное излучение для магнетизма»
 
Магнетизм – спонтанное выстраивание магнитных моментов в материале – обусловлен квантовомеханическими «обменными» взаимодействиями. Новый экспериментальный метод по изучению взаимодействия Дзялошинского-Мория (ДМ) основан на интерференции магнитного и резонансного рассеяния рентгеновских лучей, дополненной вращением антиферромагнитных моментов внешним магнитным полем. Получены первые результаты по определению фазы магнитного рассеяния рентгеновских лучей и знака ДМ взаимодействия в кристалле FeBO3. Эксперимент был выполнен на станции XMaS синхротрона ESRF (Гренобль, Франция). В статье представлены три типа экспериментов [V.E.Dmitrienko, E.N.Ovchinnikova, S.P.Collins, et al. «Measuring the Dzyaloshinskii-Moriya interaction in a weak ferromagnet». Nature Physics 10(3), 202–206 (2014)].
 
«Новый тип плазменного актуатора»
 
Предложен и исследован новый тип плазменного актуатора – плазменного листа на основе распределённого сильноточного поверхностного разряда. Плазменный лист толщиной 0,5 мм представлят собой совокупность параллельных разрядов, скользящих по поверхности диэлектрика. Энергия, достигаемая при наносекундном воздействии импульсного разряда на поток газа достигает 3 эВ на молекулу, воздействие осуществляется за счёт генерации ударных волн от управляемого импульсного энерговклада. Актуатор способен воздействовать на ударные волны, в частности, в пограничном слое при сверхзвуковом обтекании элементов летательных аппаратов. Группа физиков  показала, что в импульсно-периодическом режиме актуатор позволяет управлять обтеканием на трансзвуковых и сверхзвуковых скоростях полёта (рук. профессора Н.Н.Сысоев, И.А.Знаменская).
 
«Глубоководные нейтринные телескопы большого объёма»
 
Исследование астрофизических нейтрино в настоящее время является перспективным направлением исследований многих научных центров, занимающихся физикой частиц сверхвысоких энергий. Источниками астрофизической информации об удалённых объектах во Вселенной для нас могут быть первичные протоны, гамма-кванты и нейтрино. Однако, при энергиях, больших нескольких ТэВ, фотоны взаимодействуют с инфракрасным и микроволновым фоном, образуя электрон-позитронные пары. Протоны и электроны из-за наличия заряда подвержены влиянию магнитных полей в космическом пространстве, что не позволяет проследить их траекторию и установить их источник.
Нейтрино же, имея сверхнизкое сечение взаимодействия, доносят информацию от удалённых источников с искажениями, которыми можно пренебречь – их направление остаётся практически неизменным, что выделяет нейтрино среди других элементарных частиц в качестве уникального носителя информации. Это является одним из самых значительных отличий нейтрино с точки зрения регистрации по сравнению с фотонами и протонами высоких энергий.
В начале 1990-х гг. начал активно использоваться черенковский метод регистрации нейтрино сверхвысоких энергий, что привело к созданию нового класса установок – глубоководных нейтринных телескопов большого объёма. С 2005 года научная Группа сотрудников факультета и НИИЯФ, принимает участие в работах связанных с проектированием, созданием и обработкой данных от нейтринных телескопов большого объёма с 2005 г. Это проекты – NEMO, ANTARES и KM3Net [Eur. Phys. J. C 74, 2701 (2014)].
 
«Эксперимент ATLAS»
 
Учёными факультета и НИИЯФ в международной коллаборации ATLAS (CERN) получены новые результаты поиска тёмной материи в экспериментах ATLAS (рук. проф. Л.Н.Смирнова). Поиск слабовзаимодействующих массивных частиц (WIMP), обозначаемых как χ, проведён в протонных соударениях при энергии 8 ТэВ в системе центре масс на всех имеющихся данных (20.3 фб-1) в эксперименте ATLAS. Эти частицы являются вероятными кандидатами на роль тёмной материи во Вселенной. Проведенные исследования имеют высокую чувствительность к WIMP частицам с небольшой массой mχ, где эксперименты прямого детектирования таких частиц имеют низкую эффективность. Подобно нейтрино, WIMP частицы не могут быть зарегистрированы в детекторе ATLAS, но можно выделить события с их присутствием благодаря большой недостающей энергии, если они содержат также обычные частицы стандартной модели, рождённые за счёт излучения в начальном состоянии. Такая реакция может быть записана в виде рр → χχ̃ + X, где Х может обозначать ассоциированные струю, фотон, W или Z бозоны. Новый поиск проведён для событий с ассоциированным рождением W или Z, распадающихся по адронному каналу, с образованием струй адронов. Отбирались события с величиной недостающей энергии выше 350 и 500 ГэВ [Phys. Rev. Lett. 112, 041802 (2014)].
Получены также новые результаты исследования бозона Хиггса. Исследования, позволившие отождествить открытую частицу с массой 125 ГэВ с бозоном Хиггса, ответственным за нарушение электрослабой симметрии в стандартной модели, активно продолжаются на имеющихся экспериментальных данных. Ставится вопрос о возможности отождествить наблюдаемую частицу с одним из представителей более широкого сектора состояний, которые предсказываются минимальными моделями суперсимметрии, моделями составной природы бозона Хиггса или частицей совершенно другой природы с близкими к наблюдаемым константами связи. Впервые на данных БАК проведён поиск более тяжёлых состояний бозона Хиггса, в результате распада которых образуется наблюдаемое состояние с массой 125 ГэВ. Новый результат получен в эксперименте ATLAS по поиску резонанса в системе Zγ, Н→ Zγ [Phys. Rev. D 89, 032002 (2014), Phys. Lett. B 732, 8–27 (2014)].
 
«Распределение поляризации ближнего поля плазмонной наночастицы во внешнем электромагнитном поле»
 
Распределение поляризации ближнего поля плазмонного вытянутого наносфероида во внешнем электромагнитном поле детально изучено в зависимости от его поляризации и соотношения осей сфероида. Поляризация ближней зоны частицы описывается с помощью 3D обобщённых параметров Стокса. Показано, что это распределение имеет сложную структуру, резко зависит от поляризации падающего поля и параметров плазмонного резонанса наночастицы. Полученные аналитические решения охватывают весь набор частиц с формой от сферической до игольчатой и наностержней при измении соотношения сторон сфероида. Предложен эксперимент для визуализации векторного ближнего поля вокруг плазмонной наночастицы [E.D.Chubchev, Yu.V.Vladimirova, V.N.Zadkov «Controlling nearfield polarization distribution of a plasmonic prolate nanospheroid by its aspect ratio and polarization of the incident electromagnetic field». Optics Express, 22 (17), 20432–20445 (2014)].
 
«Эффект кругового дихроизма излучения оптической второй гармоники в планарных хиральных метаматериалах»
 
Совместно с коллегами из Католического университета г. Левен (Бельгия) обнаружен и изучен эффект циркулярного дихроизма (ЦД) оптической второй гармоники в плоских хиральных наноструктурах. Планарные хиральные метаматериалы являются перспективными объектами с точки зрения возможности управления параметрами взаимодействующего с ними электромагнитного излучения. Экспериментально показано, что эффективность генерации второй гармоники различна при возбуждении структуры право- и лево- циркулярно-поляризованной волной накачки. Исследованные метаматериалы образованы наноструктурами с характерным латеральным размером 1 мкм и расположены в квадратной решётке таким образом, что она имеет осевую симметрию 4 порядка. Особенности генерации второй гармоники были изучены для структур, являющихся зеркальными отражениями друг друга (то есть энантиомерами).
Обнаружено, что эффект ЦД оптической второй гармоники имеет выраженную азимутальную зависимость, модуляция его величины для разных азимутальных положений образца может достигать 70% и сопровождается сменой знака эффекта. Экспериментально показано, что средняя величина ЦД уменьшается с ростом угла падения излучения накачки на структуру, а при определенном угле изменяет знак. Предложена феноменологическая модель обнаруженного эффекта, основанная на анализе симметрии тензора квадратичной восприимчивости хиральной изотропной структуры [E.A.Mamonov, I.A.Kolmychek, T.V.Murzina et al. «Anisotropy versus circular dichroism in second harmonic generation from fourfold symmetric arrays of G-shaped nanostructures». Phys. Rev., В 89, 121113(R) (2014)].
 
«Высокодобротные дисковые механические резонаторы на поверхностных модах с большими азимутальными индексами»
 
Научной группой (проф. В.П.Митрофанов, Д.С.Гриценко) выполнены теоретические и экспериментальные исследования механических мод колебаний с большими угловыми индексами в дисковых резонаторах, а также разработан метод значительного повышения связи между механической и электрической подсистемами в электромеханических системах. Микроэлектромеханические системы, в основе которых лежат механические колебательные элементы, соединённые с преобразователями механических колебаний в электрические сигналы, находят всё возрастающее применение в технике, приборостроении, устройствах обработки сигналов, различных химических и биологических сенсорах, в экспериментальной физике. Добротность механического колебательного элемента является ключевым параметром, определяющим качество и возможности устройств на основе микроэлектромеханических систем, поэтому снижение потерь энергии в них представляется важной задачей.
Цикл работ, выполненных научной группой, посвящён теоретическому и экспериментальному исследованию различных мод механических колебаний в резонаторах, имеющих форму диска. Поверхностные моды с большими значениями углового индекса обладают тем преимуществом, что в них упругие деформации сосредоточены в периферийной области диска. Это позволяет, с одной стороны, значительно снизить потери, обусловленные утечкой энергии в опору резонатора, находящуюся в центре диска, а с другой стороны, обеспечить высокую чувствительность параметров резонатора, таких как собственная частота и добротность, к состоянию поверхности диска, что важно для создания разнообразных сенсоров. Для электромеханических систем важно также обеспечить максимальную связь между механической и электрической подсистемами. С этой целью была разработана, рассчитана и экспериментально исследована на примере дисковых резонаторов из кремния электромеханическая система, основанная на параметрическом взаимодействии механической моды колебаний с двумя радиочастотными колебательными контурами, связь между которыми, в свою очередь, могла регулироваться. Такая трёхмодовая электромеханическая система позволила существенно увеличить электромеханическую связь, особенно в так называемом режиме с разрешенной боковой полосой, когда частота механических колебаний превышает полосу частот радиочастотных контуров. При этом в зависимости от настройки последних была реализована как регенерация, так и демпфирование колебаний механической моды [A.V.Dmitriev, D.S.Gritsenko, V.P.Mitrofanov: «Surface vibrational modes in disk-shaped resonators». Ultrasonics, 54, 905 (2014); «Non-axisymmetric flexural vibrations of free-edge circular silicon wafers» Phys. Lett., A378, 673 (2014); A.V.Dmitriev, V.P.Mitrofanov «Enhanced interaction between a mechanical oscillator and two coupled resonant electrical circuits». Rev. Sci. Instr., 85, 085005 (2014)].
 
«Диффузия, управляемая морфологией»
 
Сотрудники кафедры физики полимеров и кристаллов (рук. проф. И.И.Потёмкин; к.ф.-м.н. А.А.Рудов, асп. Р.А.Гумеров) совместно с учёными из Германии (DWI – Leibniz Institute for Interactive Materials, Aachen) впервые обнаружили, что скорость поглощения паров неселективных растворителей плёнками на основе блок-сополимеров зависит, как от морфологии нанодоменной структуры, так и от ориентации доменов в плёнке. Блок-сополимеры – макромолекулы, состоящие из цепей (блоков) различного химического строения, ковалентно сшитых друг с другом. В большинстве случаев блоки различной химической структуры несовместимы друг с другом и в полимерном материале образуются нанодомены, размер и форма которых определяются длинами блоков. В литературе это явление принято называть микрофазным расслоением. Наноструктурированные плёнки на основе блок-сополимеров находят широкое применение для создания высокопроизводительных органических солнечных батарей, сверхплотных ферромагнитных массивов для хранения информации, в мембранных технологиях. Ключевыми полезными факторами здесь выступают симметрия расположения нанодоменов и огромная площадь междоменной поверхности. Наиболее быстрый способ приготовления полимерных плёнок (spin-coating) не обеспечивает равновесного состояния нанодоменной структуры. Поэтому плёнки необходимо «доводить» до равновесия, экспонируя их сначала в парах растворителей (что приводит к набуханию), а затем медленно высушивая. Настоящее исследование показало, что проникновение растворителя внутрь плёнки происходит преимущественно вдоль межфазных (междоменных) границ и существенно влияет на зависимость скорости набухания плёнок от их структуры. Время набухания плёнок одинаковой толщины, но разной внутренней структуры может различаться в десятки раз. Полученные фундаментальные результаты можно использовать для создания датчиков на наличие химических веществ в атмосфере, суперконденсаторов нового поколения [A.A.Rudov, R.A.Gumerov, I.I.Potemkin et al. «Morphology-Controlled Kinetics of Solvent Uptake by Block Copolymer Films in Nonselective Solvent Vapors». ACS Macro Letters, 3, 803–807 (2014)].
 
«Электромагнитные свойства нейтрино: новый нейтринный механизм генерации вращения пульсаров и новые ограничения на миллизаряд нейтрино»
 
Научная группа по теории нейтрино (рук. проф. А.И.Студеникин) выполнила цикл исследований электромагнитных свойств нейтрино, в результате которого:
1. Предсказан новый механизм изменения скорости вращения звёзд (в частности, пульсаров), названный «нейтринный механизм вращения звёзд»; предсказано, что действие именно этого механизма может приводить к наблюдаемым сбоям (причина которых до сих пор была непонятна) угловой скорости вращения пульсаров, так называемым «глитчам»; на этой основе получено новое, самое строгое в настоящее время, астрофизическое ограничение на электрический миллизаряд нейтрино [A.Studenikin, I.Tokarev. Nucl. Phys., B 396, 884 (2014)];
2. Разработана теория рассеяния нейтрино на атомах мишени, которая позволила опровергнуть имеющиеся в литературе утверждения о том, что при учёте эффектов связи электронов в атомах мишени происходит чудовищное увеличения (на три порядка по величине) электромагнитного вклада в сечение рассеяния нейтрино. Этот результат играет ключевую роль для правильного анализа данных экспериментов российской коллаборации ГЕММА по измерению сечения рассеяния реакторных антинейтрино на мишени на Калининской атомной станции и подтверждает приоритет российского эксперимента на лучшее в мире ограничение на величину магнитного момента нейтрино [K.Kouzakov, A.Studenikin. Adv. High Energy Phys., 569409 (2014)];
3. Предложен и реализован новый способ получения ограничения на миллизаряд нейтрино на основе анализа экспериментальных данных по рассеянию реакторных антинейтрино на мишени в российском эксперименте ГЕММА (Калининская атомная станция) [A.Studenikin. Eur. Phys. Lett., 107, 21001 (2014)].
 
«”Умные” материалы – магнитоактивные эластомеры с высоким откликом на внешние магнитные поля»
 
Научной группой (рук. проф. Е.Ю.Крамаренко) совместно с Научно-исследовательским институтом химии и технологии элементо-органических соединений, создан новый тип т.н. «умных» материалов – магнитоактивные эластомеры (МАЭ) с высоким откликом на внешние магнитные поля. Полученные МАЭ представляют собой полимерные матрицы с внедрёнными в них магнитными частицами железа и его окислов нано- или микроразмера. Они обладают небольшим модулем Юнга (порядка нескольких десятков кПа), что ставит их в промежуточное положение между традиционными жёсткими магнитными композитами и магнитореологическими жидкостями. В отличие от жёстких магнитных эластомеров, в мягкой матрице силы упругости оказываются порядка сил взаимодействия между магнитными частицами в магнитном поле, что позволяет магнитному наполнителю структурироваться вдоль линий магнитного поля подобно тому, как это происходит в магнитных жидкостях. Изменение структуры материала под действием магнитного поля приводит к возникновению новых уникальных свойств МАЭ. Авторами получены материалы, модуль которых увеличивается на несколько порядков в относительно небольших (до 300 мТл) магнитных полях. Это открывает широкие возможности практического применения МАЭ, например, для управляемых демпфирующих устройств, уплотнителей, затворов и т.д. [Soft Matter, 10, 8765–8776 (2014); 9, 11318–11324 (2013); Macromol. Materials and Eng., 299 (9), 1116–1125 (2014)]. Получены патенты на изобретения: «Магнитный эластомер» (Е.Ю.Крамаренко, А.Р.Хохлов, Г.В.Степанов, А.С.Семисалова, Н.С.Перов, П.А.Стороженко); «Управляемое устройство гашения колебаний» (Е.Ю.Крамаренко, А.Р.Хохлов, Г.В.Степанов, А.В.Викуленков, Д.А.Сельков, Е.С.Успенский, А.Г.Подволоцкий, А.В.Чертович).
 
Конференции. Организованы и проведены:
– XXI международная конференция студентов, аспирантов и молодых учёных по фундаментальным наукам «Ломоносов–2014. Секция “Физика”»;
– Ломоносовские чтения. Секция физики;
– международный научный семинар «Актуальные проблемы математической физики» (28–29 нояб.);
– XIV всероссийская школа-семинар «Волновые явления в неоднородных средах. Волны–2014»;
– VII международная конференция «Современные достижения бионаноскопии»;
– VI международная школа «Физика нейтрино, астрофизика элементарных частиц и смежные области физики высоких энергий, гравитации и космологии»;
– всемосковский семинар «Морфологический анализ данных»;
– Moscow International Symposium on Magnetism MISM–2014;
– XIII научная конференция «Проблемы биологической физики», посвящённая памяти проф. Л.А.Блюменфельда;
– всероссийская Летняя школа для учителей физики «Предметная компетентность учителя физики в современной школе».
 
Доктора и кандидаты наук 2014 г. Ст.н.с. кафедры низких температур и сверхпроводимости Волкова Ольга Сергеевна защитила докторскую диссертацию «Квантовые основные состояния низкоразмерных магнетиков». Впервые синтезированы новые низкоразмерные объекты и исследован ряд новых явлений, связанных с формированием ближнего и дальнего порядка в низкоразмерных магнетиках. Среди исследованных объектов присутствуют силикаты, нитраты, фосфаты и сложные оксиды переходных металлов. Впервые обнаружены уникальные экспериментальные примеры реализации теоретических моделей «флага конфедерата» и «трёхмерного Шастри – Сазерленда». Концентрированные магнитные системы, которые в силу топологических особенностей не способны к поддержанию дальнего магнитного порядка, при низких температурах реализуют состояние спиновой жидкости. Топологические особенности, препятствующие магнитному упорядочению, сводятся либо к понижению размерности магнитной подсистемы, либо к фрустрации обменного взаимодействия. В отличие от трёхмерных магнетиков, двумерные магнетики упорядочиваются лишь при абсолютном нуле температур, а одномерные системы даже при абсолютном нуле остаются разупорядоченными. Спиновая жидкость в низкоразмерных системах представляет собой сильно коррелированную электронную систему, свойства которой близки к сверхпроводящему конденсату или к сверхтекучей жидкости. Основное состояние низкоразмерных систем может быть отделено энергетической щелью от континуума магнитных возбуждений, как это реализуется в изолированных цепочках целочисленных спинов (S=1). В изолированной цепочке полуцелочисленных спинов (S=1/2), связанных обменным взаимодействием, основное состояние от возбуждённых состояний энергетической щелью не отделено. Энергетичеcкая щель в спектре магнитных возбуждений цепочки полуцелочисленных спинов (S=1/2) может быть введена за счёт альтернирования обменного взаимодействия. В случае предельно сильного альтернирования систему можно рассматривать в качестве ансамбля невзаимодействующих димеров.
Доцент кафедры полимеров и кристаллов Иванов Виктор Александрович защитил докторскую диссертацию «Компьютерное моделирование фазового равновесия в системах жесткоцепных полимеров и сополимеров». Среди изученных систем – растворы жесткоцепных макромолекул различной концентрации (от предельно разбавленных, когда исследуются свойства одиночной макромолекулы, до концентрированных), находящиеся как в свободном объёме, так и в условиях пространственных ограничений (вблизи плоских поверхностей и в тонких плёнках). Исследуются фазовые диаграммы (а для малых систем, в частности, для одиночных цепей конечной длины, диаграммы состояний). Исследования проводятся преимущественно с помощью мезоскопического компьютерного моделирования. Основное внимание уделено решёточным моделям полимерных систем и методу Монте-Карло, в т.ч., в расширенных ансамблях, в сочетании с алгоритмами построения функции плотности состояний. Детально исследовано внутримолекулярное ориентационное и пространственное упорядочение звеньев в одиночной свободной цепи в объёме и в одиночной цепи, привитой одним концом к плоской адсорбирующей поверхности, и построены соответствующие диаграммы состояний для одиночной цепи конечной длины.
Для систем многих цепей рассмотрено явление нематического жидкокристаллического упорядочения в полуразбавленных растворах и описаны методы расчёта фазовой диаграммы раствора в компьютерном эксперименте. Обсуждаются эффекты конечного размера системы и фазовое поведение при наличии пространственных ограничений (на примере плоского слоя). Построены фазовые диаграммы раствора жесткоцепных полимеров в объёме и в плоском слое. Подтверждена важная роль внутрицепной жёсткости, которая приводит к сложному фазовому поведению. Показано, что измеряемая в экспериментах жёсткость полимерных цепей обусловлена не только чисто внутрицепной жёсткостью, но и сильно зависит от окружения (концентрации раствора, наличия пространственных ограничений в виде, например, поверхностей и т.п.).
В рамках разработки идеи конформационно-зависимого синтеза последовательностей АВ-сополимеров показано, что конформационное поведение особым способом приготовленных белковоподобных АВ-сополимеров существенно отличается от поведения случайных и регулярных мультиблочных АВ-сополимеров. Продемонстрировано изменение конформационного поведения гибко-жесткоцепного сополимера путём изменения соотношения длин жёсткого и гибкого блоков. Предложена первичная последовательность АВ-сополимера, которая уменьшает агрегационное число мицелл в селективном для блоков А и В растворителе и способствует ускорению адсорбции макромолекул на поверхностях по сравнению с диблок-сополимером такого же состава.
Доцент кафедры полупроводников Манцевич Владимир Николаевич защитил докторскую диссертацию «Неравновесные эффекты и нестационарный электронный транспорт в полупроводниковых наноструктурах с межчастичным взаимодействием». Тенденция миниатюризации устройств микро- и наноэлектроники приводит к необходимости разработки ключевых модулей нанометровых, а в перспективе и субнанометровых размеров с заранее заданными электронными свойствами, где в роли активных элементов будут использованы атомные и молекулярные кластеры или связанные квантовые точки. Уменьшение размеров и понижение размерности полупроводниковых структур приводит к необходимости корректного теоретического описания электронных свойств неравновесных наносистем с сильными электронными корреляциями. В таких системах существенную роль играют нестационарные процессы, которые вызывают перераспределение заряда между электронными состояниями с различными спиновыми конфигурациями. Развиты новые методы теоретического описания нестационарных эффектов, особенностей неравновесной кинетики и статистических характеристик электронного транспорта в неравновесных полупроводниковых наноструктурах с сильным межчастичным взаимодействием, а также установлены электронные свойства неравновесных полупроводниковых наноструктур с сильными корреляциями. Полученные результаты позволили объяснить природу ряда особенностей неравновесного электронного транспорта в наноструктурах, таких как: низкочастотные сингулярности в спектрах туннельного тока, возникновение отрицательной туннельной проводимости, «включение» и «выключение» примесных атомов в спектрах туннельного тока, возникновение осцилляций локальной плотности состояний в окрестности поверхностных низкоразмерных структур. Развита теория нестационарного электронного транспорта в системах с сильным межчастичным взаимодействием, описывающая особенности переходных процессов в полупроводниковых наноструктурах.
Доцент кафедры физики твёрдого тела Орешко Алексей Павлович защитил докторскую диссертацию «Анизотропные и интерференционные эффекты в резонансной дифракции синхротронного излучения». Развит новый метод исследования свойств конденсированных сред, основанный на дифракции рентгеновского излучения с энергией, близкой к краям поглощения атомов исследуемого вещества. В условиях дифракции анизотропия резонансного рассеяния и его поляризационная зависимость приводят к появлению «запрещённых» отражений, отсутствующих при дифракции излучения вдали от краёв поглощения атомов исследуемого вещества из-за симметрии системы, но возникающих вблизи краёв поглощения, когда энергия падающего излучения близка к величине, необходимой для перехода электрона с внутренней электронной оболочки в незанятые состояния внешних оболочек или в непрерывный спектр. Особый интерес представляют «запрещённые» отражения, вызванные наличием нескольких вкладов различной природы в анизотропию рассеяния. Спектральная интенсивность таких отражений обладает сложной интерференционной структурой и несёт уникальную информацию о расщеплении электронных состояний в исследуемом веществе. Исследование позволяет утверждать, что развиваемый метод резонансной спектроскопии «запрещённых» отражений в состоянии решить проблему исследования искажённых электронных и фононных состояний в локально-анизотропных средах и открывает перспективы исследования структурных, магнитных и электронных свойств локально-анизотропных сред, недоступных другим методам.
Доцент кафедры общей физики Рыжиков Сергей Борисович защитил докторскую диссертацию «Развитие исследовательских способностей одарённых школьников при обучении физике» (специальность 13.00.02 – Теория и методика обучения и воспитания: физика). Результаты исследования вносят вклад в развитие теории и методики обучения физике за счёт: расширения представлений о способах вовлечения школьников в исследовательскую деятельность; расширения представления об организации деятельности одарённых в области физики школьников; расширения представления о способах создания мотивации школьников. Создано учебно-методическое обеспечение разработанной методической системы развития исследовательских способностей одарённых школьников при обучении физике.
Доцент кафедры общей физики и молекулярной электроники Форш Павел Анатольевич защитил докторскую диссертацию «Оптические и электрические свойства систем, содержащих ансамбли кремниевых нанокристаллов». Широкие перспективы для миниатюризации электронных приборов на основе кремния, а также для создания новых принципов функционирования таких приборов, открываются при использовании низкоразмерных кремниевых структур, в частности кремниевых нанокристаллов. Кремниевые нанокристаллы представляют значительный интерес в случае их использования для создания светоизлучающих устройств, фотопреобразователей, газовых сенсоров, биомедицинских препаратов и многого другого. В работе проведены систематические исследования оптических, электрических и фотоэлектрических свойств систем, содержащих ансамбли кремниевых нанокристаллов, на примере следующих материалов: наномодифицированного аморфного кремния – двухфазного материала, состоящего из матрицы аморфного гидрированного кремния с внедрёнными кристаллами кремния нанометрового размера; слоёв кремниевых нанокристаллов, внедрённых в матрицу диоксида кремния; и пористого кремния. Установлены общие закономерности по влиянию объёмной доли нанокристаллов, их размера, формы и поверхностного покрытия на электронные процессы в системах, содержащих ансамбли кремниевых нанокристаллов. Это позволило научиться контролируемым способом, меняя структуру, изменять оптические и электрические свойства систем с кремниевыми нанокристаллами в полупроводниковых и диэлектрических матрицах.
Кандидатские диссертации защитили: н.с. кафедры атомной физики, физики плазмы и микроэлектроники Бурмистрова Ангелина Владимировна («Теоретический анализ транспорта зарядов и тепла в контактах с высокотемпературными железосодержащими сверхпроводниками»); н.с. кафедры общей физики и молекулярной электроники Гонгальский Максим Брониславович («Модификация фотолюминесцентных свойств нанокристаллов кремния в процессе фотосенсибилизированной генерации синглетного кислорода»); мл.н.с. кафедры фотоники и физики микроволн Гребенюков Вячеслав Владимирович («Электродуговой синтез одностенных углеродных нанотрубок в присутствии азота и бора и исследование их свойств»); мл.н.с. кафедры физической электроники Дмитриев Артемий Владимирович («Управляемое демпфирование колебаний высокодобротных механических резонаторов»); инж. кафедры общей физики и волновых процессов Жвания Ирина Александровна («Генерация жёсткого рентгеновского излучения и оптических гармоник при воздействии интенсивного лазерного излучения на модифицированные твердотельные мишени и кластерные пучки»); инж. кафедры физики полимеров и кристаллов Калинин Никита Вадимович («Молекулярные аспекты нематических субфаз, обусловленных объёмными и поверхностными эффектами»); мл.н.с. кафедры физической электроники Копыл Павел Владимирович («Воспламенение и стабилизация горения углеводородного топлива в высокоскоростных воздушных потоках в условиях низкотемпературной газоразрядной плазмы»); асс. кафедры общей ядерной физики Курилик Александр Сергеевич («Определение атомного номера вещества объектов по ослаблению пучков фотонов с энергиями до 10 МэВ»); мл.н.с. кафедры квантовой электроники Любин Евгений Валерьевич («Фотонно-силовая микроскопия магнитных частиц, клеток крови и волноводных мод фотонных кристаллов»); мл.н.с. кафедры физической электроники Неклюдова Полина Алексеевна («Влияние внешних условий на пространственное распределение плотности ионного тока в индуктивном ВЧ источнике плазмы»); асс. кафедры общей физики Свяховский Сергей Евгеньевич («Динамическая дифракция фемтосекундных лазерных импульсов в одномерных фотонных кристаллах»); мл.н.с. кафедры физики колебаний Сергеев Александр Сергеевич («Электростатические свойства микромагнитных структур»); мл.н.с. кафедры полупроводников Смирнов Александр Михайлович («Самодифракция и нелинейно-оптические свойства эситонов в коллоидных квантовых точках CdSe/ZnS»); вед. инженер кафедры молекулярной физики Тимохин Максим Юрьевич («Исследование газовых микротечений в переходной области на основе моментных уравнений»); мл.н.с. кафедры общей физики Труханова Мария Ивановна («Спиновые и поляризационные эффекты в квантовых системах многих взаимодействующих частиц»).
 
Публикации.
Бутузов В.Ф. Лекции по математическому анализу. Ч. 2;
Буханов В.М., Васильева О.Н., Жукарев А.С. и др. Электричество и магнетизм. Разработка семинарских занятий;
Бушина Т.А., Комарова М.А., Никанорова Е.А. и др. Механика. Разработка семинарских занятий;
Галлямов М.О., Хохлов А.Р. Топливные элементы с полимерной мембраной: материалы к курсу топливных элементов;
Еремеева А.И., Цицин Ф.А. История и методология астрономии. Ч. 1;
Коваленко И., Лосева А. Everyday English in Focus;
Козлов В.И. Антология общего физического практикума. Ч. 5. Атомная и ядерная физика;
Колесников Н.Н. Квантовая механика;
Корпусов М.О., Свешников А.Г., Юшков Е.В. Методы теории разрушений решений нелинейных уравнений;
Миронова Г.А., Брандт Н.Н., Васильева О.Н. и др. Молекулярная физика и термодинамика. Разработка семинарских занятий;
Перепёлкин Е.Е., Садовников Б.И., Иноземцева Н.Г. Обобщенное фазовое пространство;
Пономарёв Ю.В., Руденко К.В. Изучение стохастических колебаний в системе Лоренца;
Анатолий Филиппович Тулинов / под. ред. Е.А.Крыловой (Серия «Выдающиеся учёные физического факультета).