Отчет о научной и научно-организационной деятельности за 2017 г. Нижний Новгород 2017


Мультимодальный ОКТ комплекс для лабораторных и клинических применений



страница3/5
Дата04.05.2018
Размер3.21 Mb.
ТипОтчет
1   2   3   4   5

2. Мультимодальный ОКТ комплекс для лабораторных и клинических применений

Создан многофункциональный комплекс оптической когерентной томографии (ОКТ) для лабораторных и клинических применений на основе оригинальных решений для формирования структурных, поляризационно-чувствительных, эластографических и ангиографических изображений биоткани. Возможности прибора открывают новые важные биомедицинские применения ОКТ: он уже позволил предложить критерий надежной оперативной оценки эффективности фотодинамической терапии рака, диагностировать приближение осложнений-мукозитов при радиотерапии опухолей в полости рта.



Авторы: В.Ю. Зайцев, Л.А. Матвеев, А.А. Советский, А.Л. Матвеев, В.М.Геликонов, Г.В.Геликонов, А.А.Моисеев, С.Ю.Ксенофонтов, П.А.Шилягин, Д.Б.Шабанов (ИПФ РАН), М.А. Сироткина, Е.В. Губарькова, Н.Д. Гладкова, Е.В. Загайнова, Л. Снопова, С.С. Кузнецов, Н.Л. Буянова, В.В. Елагин, Е. Киселева, А.Виткин (НижГМА).

Публикации:

  1. A. V. Maslennikova, M. A. Sirotkina, A. A. Moiseev, E. S. Finagina, S. Y. Ksenofontov, G. V. Gelikonov, L. A. Matveev, E. B. Kiseleva, V. Y. Zaitsev, E. V. Zagaynova, F. I. Feldchtein, N. D. Gladkova, and A. Vitkin, “In-vivo longitudinal imaging of microvascular changes in irradiated oral mucosa of radiotherapy cancer patients using optical coherence tomography,” Sci. Reports, vol. 7, no. 1, p. 16505, 2017.

  2. M. A. Sirotkina, L. A. Matveev, M. V Shirmanova, V. Y. Zaitsev, N. L. Buyanova, V. V. Elagin, G. V. Gelikonov, S. S. Kuznetsov, E. B. Kiseleva, A. A. Moiseev, S. V. Gamayunov, E. V. Zagaynova, F. I. Feldchtein, A. Vitkin, and N. D. Gladkova, “Photodynamic therapy monitoring with optical coherence angiography,” Sciеntific Reports, vol. 7, no. February, p. 41506, 2017.

  3. A. Moiseev, L. Snopova, S. Kuznetsov, N. Buyanova, V. Elagin, M. Sirotkina, E. Kiseleva, L. Matveev, V. Zaytsev, F. Feldchtein, E. Zagaynova, V. Gelikonov, N. Gladkova, A. Vitkin, and G. Gelikonov, “Pixel classification method in optical coherence tomography for tumor segmentation and its complementary usage with OCT microangiography,” J Biophotonics, 2017.

  4. V. Y. Zaitsev, A. L. Matveyev, L. A. Matveev, E. V. Gubarkova, A. A. Sovetsky, M. A. Sirotkina, G. V. Gelikonov, E. V. Zagaynova, N. D. Gladkova, and A. Vitkin, “Practical obstacles and their mitigation strategies in compressional optical coherence elastography of biological tissues,” J. Innov. Opt. Health Sci., vol. 10, no. 6, p. 1742006, 2017.

  5. V. Y. Zaitsev, A. L. Matveyev, L. A. Matveev, G. V. Gelikonov, A. A. Sovetsky, and A. Vitkin, “Optimized phase gradient measurements and phase-amplitude interplay in optical coherence elastography,” J. Biomed. Opt., vol. 21, no. 11, p. 116005, 2016.

  6. V. Y. Zaitsev, A. L. Matveyev, L. A. Matveev, G. V. Gelikonov, E. V. Gubarkova, N. D. Gladkova, and A. Vitkin, “Hybrid method of strain estimation in optical coherence elastography using combined sub-wavelength phase measurements and supra-pixel displacement tracking,” J. Biophotonics, vol. 9, no. 5, pp. 499–509, 2016.

  7. Моисеев А.А., Геликонов Г.В., Геликонов В.М., Ксенофотов С.Ю., Зайцев В.Ю., Матвеев А.Л., Матвеев Л.А., Загайнова Е.В., Карабут М.М., Сироткина М.А., Гладкова Н.Д., Виткин И.А, Способ визуализации областей объекта, содержащих микродвижения. Патент РФ № 2626310 (приоритет от 22.09.2015, опубл. 25.07.2017, Официальный бюл. «Изобретения. Полезные модели». № 21).



3. Многослойные зеркала на основе бериллия для ЭУФ диапазона (λ=11,1...30,4 нм)

Развита технология напыления многослойных зеркал на основе бериллия для диапазона длин волн 11,1...30,4 нм, обеспечивающая коэффициенты отражения, существенно превышающие мировой уровень. В составе оптических систем новые зеркала позволят повысить эффективность нанолитографов следующего поколения, увеличить контраст изображений телескопов для изучения короны Солнца в ЭУФ диапазоне в 1,2...2 раза, в зависимости от конкретной длины волны.



Авторы: Ю.А. Вайнер, С.Ю. Зуев, А.А. Нечай, Д.Е. Парьев, А.Е. Пестов, В.Н Полковников, Н.Н. Салащенко, М.В. Свечников, Л.А. Суслов, Н.И. Чхало (ИФМ РАН).

Публикации:

1. Chkhalo, N.I. High reflective Mo/Be/Si multilayers for the EUV lithography / N. Chkhalo, S. Gusev, A. Nechay, D. Pariev, V. Polkovnikov, N. Salashchenko, F. Schäfers, M. Sertsu, A. Sokolov, M. Svechnikov, and D. Tatarsky. High reflective Mo/Be/Si multilayers for the EUV lithography // Optics Letters.-2017 (направлена в печать).

2. Chkhalo, N.I. Be-based multilayers for EUV spectral range / N.I. Chkhalo, D.A. Gaman, A.N. Nechay, D.G. Pariev, V.N. Polkovnikov, N.N. Salashchenko, F. Schaefers, M.G. Sertsu, A. Sokolov, M.V. Svechnikov, S.Yu. Zuev // The PTB Seminar VUV and EUV Metrology. Berlin, Germany. – 2017.

3. Sertsu, M.G. Nanoscale Mo/Be/Si Multilayer Structures for EUV Lithography application / M.G. Sertsu, F. Schäfers, A. Sokolov, N.I. Chkhalo, S.A. Gusev, A.N. Nechay, D.E. Pariev, V.N. Polkovnikov, N.N. Salashchenko, M.V. Svechnikov, D.A. Tatarsky // The Frontier of optical coating (FOC). Guangzhou, China. Sun Yat-sen University. – 2017.








Полученное методом просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) изображение фрагмента сечения многослойного зеркала Mo/Be/Si (a) и профиль поперечного сечения, усредненный по 100 линиям, отмеченным на изображении ПЭМ (b).



4. Нагрев плазмы с твердотельной концентрацией до сотен электрон-вольт фемтосекундным лазерным импульсом

При облучении алюминиевых фольг субмикронной толщины фемтосекундными импульсами интенсивностью выше 1020 Вт/см2 создана плазма с твердотельной плотностью (значительно выше критической) и с температурой около 300 эВ. Эти значения получены из анализа измеренных спектров рентгеновского излучения облучаемой поверхности. Численное моделирование показало, что нагрев происходит в относительно тонком слое плазмы вблизи облучаемой границы мишени. Это было достигнуто за счёт использования лазерного импульса с оптимальным для нагрева плазмы временным контрастом.



Авторы: Соловьёв А.А., Бурдонов К.Ф., Еремеев А., Коржиманов А.В., Сладков А.Д., Гинзбург В.Н., Хазанов Е.А., Кузьмин А.А., Османов Р., Шайкин И.А., Шайкин А.А., Яковлев И.В., Стародубцев М.В., Chen S.N., Revet G., Fuchs J. (ИПФ РАН); Покровский Г.В., Пикуз Т.А., Пикуз С.А. (ОИВТ РАН).

Публикации:

1. A. Soloviev, K. Burdonov, S. N. Chen, A. Eremeev, A. Korzhimanov, G. V. Pokrovskiy, T. A. Pikuz, G. Revet, A. Sladkov, V. Ginzburg, E. Khazanov, A. Kuzmin, R. Osmanov, I. Shaikin, A. Shaykin, I. Yakovlev, S. Pikuz, M. Starodubtsev, J. Fuchs, Experimental evidence for short-pulse laser heating of solid-density target to high bulk temperatures, Scientific Reports 7, 12144 (2017).




II. РЕЗУЛЬТАТЫ,

ПРЕДСТАВЛЯЕМЫЕ В ОТЧЕТ РАН
ПО РАЗДЕЛУ


ВАЖНЕЙШИЕ НАУЧНЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ НАУЧНЫХ ОРГАНИЗАЦИЙ СИСТЕМЫ РАН-ФАНО

1. Отделение физики плазмы и электроники больших мощностей
1.1. Обнаружение новой мазерной линии метанола

В результате наблюдений редкого объекта - диска вокруг массивной протозвезды S255 NIRS3 - при помощи антенной решетки ALMA обнаружена новая яркая мазерная линия на частоте 349,1 ГГц, которая идентифицируется с переходом 141 – 140 A-+ метанола. Существующие модели не дают заметного мазерного эффекта в этой серии (J1 – J0 A-+ ) переходов. Мазерное излучение, по-видимому, возникает в кольце на расстоянии нескольких сотен а.е. от звезды и может быть классифицировано, как мазер II класса. Переменности на интервале в несколько месяцев не обнаружено. Линии этой серии могут стать важным средством диагностики физических условий в таких объектах.



Авторы: И.И. Зинченко (ИПФ РАН), Liu, S.–Y., Su, Y.-N. (Тайвань); А.М. Соболев (УрФУ)

Публикации:

1. Zinchenko, I.; Liu, S. -Y.; Su, Y. -N.; Sobolev, A. M. Detection of a new methanol maser line with ALMA. Astronomy & Astrophysics, Volume 606, L6, (2017).


1.2. Селективное возбуждение высоких циклотронных гармоник на частотах вплоть до 0.8 ТГц в гиротроне с многолучевой электронно-оптической системой

Экспериментально получена генерация на второй гармонике гирочастоты при мощности порядка 10 Вт, достаточной для большинства спектроскопических приложений, на частоте 0,79 ТГц. Улучшенные селективные свойства приборы достигнуты за счет использования многолучевой электронно-оптической системы (два генерирующих электронных пучка). В этом же гиротроне продемонстрирована возможность широкополосной (0,2...0,4 ТГц) ступенчатой перестройки частоты. Гиротрон предназначен для следующего поколения ЯМР спектрометров.



Авторы: М.Ю.Глявин, В.Н.Мануилов, И.В.Зотова, А.П.Фокин, А.С.Седов, В.Ю.Заславский, А.С.Сергеев, А.Г.Лучинин, А.И.Цветков (совместно с FIR FU, Fukui, Japan)

Публикации:

  1. V.N.Manuilov, M.Yu.Glyavin, A.S.Sedov, V.Yu.Zaslavsky, T. Idehara Design of a Second Harmonic Double-Beam Continuous Wave Gyrotron with Operating Frequency of 0.79 THz. Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves, 36, 12, 1164-1175 (2015)

  2. N.S.Ginzburg, M.Yu.Glyavin, A.M.Malkin, V.N.Manuilov, R.M.Rozental, A.S.Sedov, A.S.Sergeev, V.Yu.Zaslavsky, I.V.Zotova and T.Idehara. Improvement of operation stability at high cyclotron harmonics in the double-beam THz range gyrotrons. IEEE Trans. On Plasma Sci., 44, 8, 1303-1309, (2016) (DOI: 10.1109/TPS.2016.2585307)

  3. T.Idehara, M.Glyavin, A.Kuleshov, S.Sabchevski, V.Manuilov, V.Zaslavsky, I.Zotova, A.Sedov. A Novel THz-Band Double-Beam Gyrotron for High-Field DNP-NMR Spectroscopy, Review of Scientific Instruments, 88, 094708 (2017); DOI: 10.1063/1.4997994


1.3. Квазиоптический пятиканальный мультиплексор частотного диапазона 12...90 ГГц

Впервые разработан эффективный квазиоптический пятиканальный мультиплексор, распределяющий СВЧ-сигналы частотного диапазона 12...90 ГГц по пяти частотным каналам: Ku, K, Ka, U, E (частотные диапазоны стандартных одномодовых волноводов) — или объединяющий эти каналы в один волновой поток. При этом в 90% полосы каждого диапазона достигается сравнительно однородная характеристика с общим уровнем потерь около 1,5 дБ. Мультиплексор разработан для использования в системе диагностики плазмы (рефлектометрии) установки ИТЭР.



Авторы: В.И. Белоусов, Г.Г. Денисов, М.А. Хозин (ИПФ РАН), В.А. Вершков, Д.А. Шелухин (НИЦ "Курчатовский институт")

Публикации:

1. М. А. Хозин, Г.Г. Денисов, В.И. Белоусов. «Повышение эффективности квазиоптических брэгговских рефлекторов» // Изв. вуз. Радиофизика. Том LIX, № 8–9, сс. 743-750, 2016 г.

2. Белоусов В.И., Вершков В.А., Денисов Г.Г., Хозин М.А., Шелухин Д.А. Квазиоптический пятиканальный мультиплексор частотного диапазона 12−90GHz // Письма в ЖТФ, 2017, том 43, выпуск 22, стр.83-90.
1.4. Неравновесный разряд в водороде

Реализован неравновесный разряд в водороде с плотностью плазмы 1014 см-3, температурой электронов 50 эВ, температурой ионов порядка 1 эВ и степенью ионизации близкой к 100%. Разряд поддерживался излучением гиротрона с частотой 75 ГГц и мощностью 200 кВт в открытой магнитной ловушке в условиях электронного циклотронного резонанса. Такой разряд позволил получить потки плазмы с плотностью до 10 А/см2 при полном потоке 100 А. Полученные потоки плазмы могут быть использованы для создания сильноточных ионных источников для нейтральных инжекторов нового поколения.



Авторы: Скалыга В.А., Голубев С.В., Изотов И.В., Разин С.В., Сидоров А.В. (ИПФ РАН)

Публикации:

1. V. A. Skalyga, I. V. Izotov, A. V. Sidorov, S. V. Golubev, and S. V. Razin. Study of hydrogen ECR plasma in a simple mirror magnetic trap heated by 75 GHz pulsed gyrotron radiation. Review of Scientific Instruments 88, 033503 (2017).

2. V. Skalyga, I. Izotov, S. Golubev, S. Razin, and A. Sidorov. H+ and D+ high current ion beams formation from ECR discharge sustained by 75 GHz gyrotron radiation. AIP Conference Proceedings 1771, 070012 (2016); doi: 10.1063/1.4964236
1.5. Стимулированное электронно-циклотронное излучение с быстрым дрейфом частоты внутри волновых пакетов

Обнаружено стимулированное электронно-циклотронное излучение с быстрым дрейфом частоты внутри волновых пакетов, генерируемое в неравновесной распадающейся плазме, удерживаемой в компактной лабораторной магнитной ловушке открытого типа. Определены частотно-временные характеристики электромагнитного излучения в диапазоне 2...10 ГГц и инкременты развития неустойчивости, ответственной за его формирование. Полученные результаты являются первым экспериментальным свидетельством возможности спонтанного формирования самосогласованных структур типа нелинейных волн Бернштейна-Грина-Крускала вблизи резонансов волна-частица в сверхвысокочастотном диапазоне частот в лабораторной плазме.



Авторы: М.Е. Викторов, А.Г. Шалашов, Д.А. Мансфельд, С.В. Голубев (ИПФ РАН)

Публикации:

1. M. E. Viktorov, A. G. Shalashov, D. A. Mansfeld and S. V. Golubev, Observation of quasi-periodic frequency sweeping in electron cyclotron emission of nonequilibrium mirror-confined plasma // EPL, V.116, P.55001, 2016.

2. A G Shalashov, M E Viktorov, D A Mansfeld, and S V Golubev, Kinetic instabilities in a mirror-confined plasma sustained by high-power microwave radiation // Physics of Plasmas, V.24, Issue 3, P.032111 (2017).
1.6. Электромагнитные неустойчивости в ГДЛ

В ходе детального исследования спектров излучения плазмы на установке ГДЛ (ИЯФ им. Г.И. Будкера) показано, что электромагнитные неустойчивости определяют время жизни фракции энергичных электронов, генерируемых при электронно-циклотронном нагреве плазмы в крупномасштабной магнитной ловушке открытого типа. Развитие неустойчивостей в СВЧ диапазоне после выключения системы поддержания плазмы приводит к тому, что средние времена удержания горячей и основной компонент плазмы становятся одинаковыми, а высыпания горячих электронов имеют импульсный характер.



Авторы: А.Г. Шалашов, Е.Д. Господчиков, Л.В. Лубяко, М.Е. Викторов, Д.А. Мансфельд (ИПФ РАН), П.А. Багрянский, А.Л. Соломахин, Д.Н. Яковлев (ИЯФ СО РАН)

Публикации:

1. A.G. Shalashov, A.L. Solomakhin, E.D. Gospodchikov, L.V. Lubyako, D.S. Yakovlev, P.A. Bagryansky Electron cyclotron emission at the fundamental harmonic in GDT magnetic mirror// Physics of Plasmas 24, 082506 (2017); doi: 10.1063/1.4994793

2. A. L. Solomakhin, P. A. Bagryansky, E. D. Gospodchikov, L. V. Lubyako, A. G. Shalashov, D. V. Yakovlev. First results of ECE measurements at the GDT mirror trap. AIP Conference Proceedings. Vol. 1771. P. 050001 (2016); http://dx.doi.org/10.1063/1.4964195

3. Alexander Shalashov. Electron-Cyclotron Waves in Large-Scale Open Traps: New Questions Highlighted by Recent Experiments. EPJ Web of Conferences. Vol. 149. P. 03005 (2017) DOI: https://doi.org/10.1051/epjconf/201714903005

4. Л. В. Лубяко, А. Г. Шалашов, Ф. Ф. Архипцев, В. А. Геннеберг, Д. В. Яковлев, А.Л. Соломахин Радиометр для диагностики плазмы в магнитной ловушке ГДЛ. Приборы и техника эксперимента (в печати) (2017).

1.7. Коллапс и самокомпрессия лазерных импульсов в системе слабо связанных световодов

Аналитически и численно исследованы особенности динамики самовоздействия волновых полей, инжектируемых в решетку эквидистантно расположенных слабо связанных одномодовых световодов. Найдены новые режимы самовоздействия, обусловленные дискретностью решетки и возникающие при превышении мощности/энергии критического значения: коллапс волнового поля в одномерной решетке и последующее самоканалирование излучения только в одном из световодов; изменение направления распространения пучков, испытывающих самофокусировку; значительная самокомпрессия лазерных импульсов и формирование набора световых пуль в двумерной решетке световодов.



Авторы: А.А.Балакин, А.Г.Литвак, В.А.Миронов, С.А.Скобелев, Л.А.Смирнов.

Публикации:

1. А. А. Балакин, В. А. Миронов, С. А. Скобелев, Самовоздействие бесселевых волновых пакетов в системе связанных световодов и формирование световых пуль // ЖЭТФ, 151, 59-66 (2017).

2. A. Balakin, A. G. Litvak, V.A. Mironov, and S. A. Skobelev, Self-compression of soliton-like laser pulses in the process of self-focusing // J. Opt. 19, 095503 (2017); arXiv:1702.01965.

3. А. Г. Литвак, В. А. Миронов, С. А. Скобелев, Л.А. Смирнов, Особенности самовоздействие волновых пучков при наклонном падении на дискретную систему световодов // ЖЭТФ, 152, вып. 6(12) (2017) [в печати].



1.8. Новая магнитометрическая методика: оптически детектируемые магнитный и кросс-релаксационный резонансы в ансамблях NV-центров в алмазе при криогенных температурах и резонансной накачке

Обнаружено, что в отличие от случая нерезонансной накачки при резонансном (на длине волны бесфононной линии) оптическом возбуждении NV-центров в алмазе включение микроволнового излучения приводит к увеличению флуоресценции, а также контраста оптически детектируемого магнитного резонанса. Эффект объяснён с учётом взаимодействия оптического излучения с различными группами NV-центров внутри неоднородно уширенной бесфононной линии. Показано, что эффект возникает при температурах ниже 40 К, когда однородная ширина оптического перехода становится меньше расщепления между подуровнями основного состояния. Экспериментально наблюдены кросс-релаксационные резонансы между неэквивалентными по направлению осей группами NV-центров. Предложен новый метод векторного измерения слабых магнитных полей без использования СВЧ излучения, основанный на детектировании кросс-релаксационных резонансов. Полученные результаты важны для повышения чувствительности и расширения области приложений высокоточной магнитометрии.



Авторы: Р.А.Ахмеджанов, Л.А.Гущин, И.В.Зеленский, В.А.Низов, Н.А.Низов, Д.А.Собгайда (ИПФ РАН), Ф.Хеммер (Техасский A&M Университет, США)

Публикации:

1. Rinat Akhmedzhanov, Lev Gushchin, Nikolay Nizov, Vladimir Nizov, Dmitry Sobgayda, Ilya Zelensky, and Philip Hemmer. Optically detected magnetic resonance in negatively charged nitrogen-vacancy centers in diamond under resonant optical excitation at cryogenic temperatures. Phys.Rev.A, 94, 063859 (2016).

2. Rinat Akhmedzhanov, Lev Gushchin, Nikolay Nizov, Vladimir Nizov, Dmitry Sobgayda, Ilya Zelensky, and Philip Hemmer. Microwave-free magnetometry based on cross-relaxation resonances in diamond nitrogen-vacancy centers. Phys.Rev. A. 96, 013806 (2017).

1.9. Генерация «волн-убийц» в гиротронах в режиме развитой турбулентности

Показана возможность генерации в гиротронах, работающих в режиме развитой турбулентности при значительном превышении рабочих токов над стартовыми значениями, случайной последовательности гигантских ультракоротких импульсов с пиковой мощностью в 100-150 превосходящей среднюю мощность излучения и в 4-6 раз – мощность запитывающего электронного пучка. С учетом вида функции распределения таких импульсов по интенсивности данное явление можно интерпретировать как возникновение в "волн-убийц" – редких событий с экстремально большой амплитудой, впервые описанных в гидродинамике и в настоящее время теоретически и экспериментально наблюдаемых в целом ряде физических систем. Механизм формирования «волн-убийц» в гиротронах связан с одновременным взаимодействием с попутной и встречной волнами вблизи критической частоты, а также с преобразованием части продольной энергии электронов в поперечную на резком фронте генерируемых импульсов. С практической точки зрения исследованный эффект представляет интерес как метод генерации коротковолнового широкополосного (до 10%) шумоподобного излучения.



Авторы: Н.С. Гинзбург, А.Э. Федотов, И.В. Зотова, Р.М. Розенталь, А.С. Сергеев

Публикации:

1. N.S. Ginzburg, R.M. Rozental, A.S. Sergeev, A.E. Fedotov, I.V. Zotova, and V. P. Tarakanov Generation of Rogue Waves in Gyrotrons Operating in the Regime of Developed Turbulence Phys. Rev. Lett. 119, 034801 (2017).



1.10. Трубчатая структура атмосфер в активных областях ультрахолодных звезд

Установлена возможность существования в активных областях ультрахолодных звёзд (коричневых карликов) системы горячих корональных петель с магнитным полем ~ 1 кГс и протекающим вдоль них электрическим током (до 1012 А в каждой), генерируемым фотосферной конвекцией. Доказана эффективность нагрева плазмы внутри петель (до 20 млн. град.) за счёт диссипации этого тока, что позволяет объяснить мягкое рентгеновское и радиоизлучение таких звёзд. С использованием подобных наблюдений для коричневого карлика TVLM5B-46546 определена характерная высота модифицированной атмосферы 5*109 см, которая оказалась в тысячу раз выше высоты приведённой атмосферы, т.е. порядка радиуса звезды.



Авторы: В.В. Зайцев, П.В. Кронштадтов (ИПФ РАН), А.В. Степанов (ГАО РАН)

Публикации:

1. V.V. Zaitsev, P.V. Kronshtadtov, A.V. Stepanov, Modification of “Pressed” Atmospheres in Active Regions of Ultracool Stars, Geomagnetism and Aeronomy, 2017, Vol. 57, pp. 1–5.

2. V.V. Zaitsev, P.V. Kronshtadtov, On the Constancy of the Width of Coronal Magnetic Loops, Geomagnetism and Aeronomy, 2017, Vol. 57, No. 7 (принята к публикации).

2. Отделение геофизических исследований. Центр гидроакустики
2.1. Влияние нижнего слоя положительного заряда в грозовом облаке на тип и динамику молниевых разрядов

В рамках новой трехмерной модели развития молнии, включающей двунаправленное распространение разряда, его динамическое вероятностное ветвление и возможность одновременного роста и/или распада периферийных ветвей, а также впервые учитывающей эволюцию проводимости, продольного электрического поля и тока разрядных каналов, продемонстрировано доминирующее влияние на типологию и динамику молниевого разряда нижнего слоя положительного заряда в грозовом облаке. Обнаружено, что этот слой способствует зарождению отрицательного нисходящего лидера, но в случае избыточной мощности слоя предотвращает возникновение отрицательного разряда типа облако – земля, блокируя нисходящий лидер. Значительное уменьшение или отсутствие нижнего слоя положительного заряда в грозовом облаке также исключает отрицательный разряд на землю и приводит к развитию внутриоблачного разряда нормальной полярности. Предсказания модели и результаты её численных реализаций соответствуют экспериментальным данным.



Авторы: Д.И. Иудин, В.А. Раков, Е.А. Мареев, А.А. Сысоев, С.С. Давыденко (ИПФ РАН), Ф.Д. Иудин (ННГУ).

Публикации:

1. Iudin, D.I., V.A.Rakov, E.A.Mareev, F. D. Iudin, A. A. Syssoev, and S. S. Davydenko (2017), Advanced numerical model of lightning development: Application to studying the role of LPCR in determining lightning type, J. Geophys. Res. Atmos., 122, 6416–6430.

2. Д.И. Иудин, Ф.Д. Иудин, М. Хаякава, Моделирование радиоизлучения внутриоблачного молниевого разряда // Известия вузов. Радиофизика. 2015. Т. LVII, №3 С.187- 199
2.2. Разработка гидроакустических излучателей для сверхдальней гидроакустической связи

Разработаны и испытаны опытные образцы гидроакустических излучателей для передачи команд и подводной звуковой связи на расстояния до 1000 км в разнотипных морских условиях. Натурные испытания изготовленных образцов на Черном море продемонстрировали надежность канала связи передачи данных до 600 км с потоком 200 Бод.



Авторы: Б.Н.Боголюбов, А.К.Бритенков, В.А.Перфилов, В.А.Фарфель, С.А.Смирнов

Публикации:

1. А.К. Бритенков, Б.Н. Боголюбов, С.А. Смирнов, В.А. Перфилов. «Перспективы использования 3D–печати для изготовления компактных гидроакустических преобразователей продольно–изгибного типа со сложной геометрией излучающей оболочки». Ученые записки физического факультета московского университета №5, 2017 г.


2.3. Нелинейная реконструкция главных мод климата на декадных масштабах

и анализ их эволюции с конца 19-го века

С помощью разработанного авторами метода нелинейной декомпозиции данных, примененного к данным реанализа температуры поверхности океана за период с конца 19-го века по настоящее время, выявлены и исследованы главные климатические моды, ответственные за межгодовую и декадную изменчивость климата. Показано, что изменения фазы Тихоокеанского декадного колебания, имевшие место в 20-м веке, являются следствием резких климатических переходов. На основе анализа полученных мод реконструирована эволюция глобальных пространственно-временных структур, определяющих дальние связи Эль-Ниньо – Южного колебания. Установлено, что в последние 50 лет связь динамических процессов, происходящих в тропической и внетропических частях Тихого океана и в Индийском океане, стала существенно нелинейной, что может свидетельствовать о влиянии глобального потепления на механизмы взаимодействия климатических подсистем.



Авторы: Д.Н. Мухин, А.С. Гаврилов, Е.М. Лоскутов, Ю.Куртц, А.М. Фейгин (ИПФ РАН)

Публикации:

1. Dmitry Mukhin, Andrey Gavrilov, Alexander Feigin, Evgeny Loskutov & Juergen Kurths (2017). Nonlinear reconstruction of global climate leading modes on decadal scales. Climate Dynamics, 1–10. http://doi.org/10.1007/s00382-017-4013-2.

2. Gavrilov, A., Mukhin, D., Loskutov, E., Volodin, E., Feigin, A., & Kurths, J. (2016). Method for reconstructing nonlinear modes with adaptive structure from multidimensional data. Chaos: An Interdisciplinary Journal of Nonlinear Science, 26(12), 123101.

3. Dmitry Mukhin, Andrey Gavrilov, Alexander Feigin, Evgeny Loskutov & Juergen Kurths (2015). Principal nonlinear dynamical modes of climate variability. Scientific Reports, rep. 5, 15510; doi: 10.1038/srep15510.


2.4. Основной механизм генерации брызг при штормовом ветре

С помощью скоростной видеосъемки выявлен доминирующий механизм генерации морских брызг при сильном ветре, меняющий современные представления об этом явлении. Показано, что брызги формируются за счет дробления типа "парашют", при котором вблизи гребней поверхностных волн на поверхности воды формируются и развиваются объекты, представляющие собой тонкостенные «мембраны», испытывающие вторичную фрагментацию с образованием брызг. С учетом выявленного механизма генерации брызг построена количественная модель переноса энергии и импульса между океаном и атмосферой при штормовых условиях. Показано, что учет явления фрагментации типа "парашют" позволяет объяснить аномальные особенности обмена энергией и импульсом между атмосферой и океаном при ураганном ветре.



Авторы: Троицкая Ю.И., Кандауров А.А., Ермакова О.С., Сергеев Д.А., Козлов Д.С., Дружинин О.А., Ежова Е.А., Соустова И.А. Зилитинкевич С.С.

Публикации

1. Yu. Troitskaya, A. Kandaurov, O. Ermakova, D. Kozlov, D. Sergeev, S. Zilitinkevich, 2017: Bag-breakup fragmentation as the dominant mechanism of sea-spray production in high winds, Sci. Rep. 7, 1614.

2. Троицкая Ю.И., Ермакова O.С., Кандауров А.А., Козлов Д.С., Сергеев Д.А., Зилитинкевич С.С. Дробление типа "парашют" - механизм генерации морских брызг при сильных и ураганных ветрах Доклады Академии Наук, 2017, том 477, № 2, с. 226–232.

3. Троицкая Ю.И., Ермакова O.С., Кандауров А.А., Козлов Д.С., Сергеев Д. А., Зилитинкевич С.С. Немонотонная зависимость коэффициента сопротивления поверхности океана от скорости ураганного ветра - эффект генерации брызг за счет дробления типа "парашют" Доклады Академии Наук 2017, том 477, № 3, с. 357–362.

4. O. A Druzhinin, Yu. I. Troitskaya, S.S. Zilitinkevich “The study of droplet-laden turbulent air-flow over waved water surface by direct numerical simulation” // J. Geophys. Res. Oceans. 2017. V. 122. P. 1789-1807. doi: 10.1002/2016JCO12134.

5. Troitskaya Yu.I., Ezhova E.V., Soustova I.A., Zilitinkevich S.S. 2016: On the effect of sea spray on the aerodynamic surface drag under severe winds. Ocean Dynamics, V. 66, P. 659-669.



2.5. Новый подход к задаче локализации источников звука в морских условиях

Развит новый подход для решения задачи локализации источника в гидроакустическом волноводе. Его идея заключается в переходе от традиционного сопоставления комплексных амплитуд измеренного поля и полей, рассчитанных для разных положений источника, к сопоставлению компонент этих полей, устойчивых по отношению к вариациям параметров среды. Устойчивые компоненты поля формируются узкими пучками лучей, вклады которых в суммарное поле при конечной длине волны образованы относительно небольшими группами конструктивно интерферирующих нормальных мод.

Переход к работе с устойчивыми компонентами поля снижает требования к точности модели среды и параметрам дна и морской поверхности, используемых в расчетах, и, тем самым, существенно расширяет границы применимости метода решения обратной задачи на основе согласованной со средой обработки сигналов.

Автор: А.Л. Вировлянский

Публикации

1. A.L. Virovlyansky. Stable components of sound fields in the ocean J. Acoust. Soc. Am. 141(2), 1180-1189 (2017).

2. A.L. Virovlyansky. Matched shadow processing. J. Acoust. Soc. Am. JASA Express Letters. 142 (1). P. EL136-EL142 (2017).

3. П.В. Артельный, А.Л. Вировлянский, А.Ю. Казарова, П.И. Коротин, Л.Я. Любавин, А.В. Стуленков. Наблюдение устойчивых компонент звуковых полей в Ладожском озере. Акуст. журн. (статья принята в печать)


2.6. Лабораторное моделирование высотных электрических разрядов

Создан новый стенд для лабораторного моделирования высотных разрядов в атмосфере (спрайтов и джетов) посредством генерации высоковольтного разряда в газе с градиентом давления. В проведенных на стенде экспериментах впервые воспроизведены основные структурные особенности спрайтов, связанные с одновременным формированием стримерного и диффузного разряда. Лабораторное моделирование необходимо для развития методов дистанционной диагностики и проверки конкурирующих гипотез о формировании и динамике высотных разрядов.



Авторы: А.В. Стриковский, А.А. Евтушенко, М.Е. Гущин, С.В. Коробков, А.В. Костров

Публикации:

1. A.A. Evtushenko, A.V. Strikovskiy, M.E. Gushchin, S.V. Korobkov, Laboratory Modeling Of High-Altitude Discharges, International Symposium Topical Problems of Nonlinear Wave Physics, Moscow - St.-Petersburg, Russia, p. 112, 22 - 28 July 2017.

2. A.A. Evtushenko, A.V. Strikovskiy, E.A. Mareev, M.E. Gushin, S.V. Korobkov, Laboratory Modeling of High-Altitude Discharges, 32nd URSI GASS, Montreal, Canada, # 2814, 19-26 August 2017.

3. А.А. Евтушенко, А. В. Стриковский, М. Е. Гущин, С. В. Коробков, Лабораторное моделирование высотных разрядов, XI всероссийская школа-конференция молодых ученых САТЭП -2017, 6-10 июня 2017 г., пос. Борок Ярославская область. Россия (http://wwwbrk.adm.yar.ru/satep/), с.64.

4. А.В. Стриковский, А. А. Евтушенко, М. Е. Гущин, С. В. Коробков, А. В. Костров. Импульсный высоковольтный разряд в воздухе с градиентом давления. Физика плазмы, 2017, том 43, № 10, с. 866–873.

2.7. Новая форма дифференциального описания трещиноватых сред и результаты его применения к данным экспериментов

Предложена новая форма дифференциального описания упругих свойств трещиноватых сред на основе явно задаваемых параметров сдвиговой и нормальной податливостей трещин, применимая для всех физически реализуемых упругих модулей трещиноватой среды. Предложенная методика сравнения с экспериментальными зависимостями скоростей упругих волн от давления позволяет найти величины нормальной и сдвиговой податливостей реальных трещин и их отношение. Обработка данных для ~100 образцов выявила, что около 40% рассмотренных образцов имеют считающийся редким исключением отрицательный коэффициент Пуассона. Выявленные свойства реальных трещин на основе новой модели объясняют этот факт и сильно меняют выводы о влиянии трещиноватости на скорости упругих волн, используемые в сейсморазведке. В частности, новая модель радикально улучшает точность прогноза величин упругих модулей по данным из одного диапазона давлений в существенно другой (например, от <20-30 МПа до 100 МПа, что недоступно традиционным моделям.



Авторы: В.Ю. Зайцев, А.В. Радостин (ИПФ РАН); A. Dyskin, E. Pasternak (University of Western Australia)

Публикации:

  1. V.Y. Zaitsev, A.V. Radostin, E. Pasternak, A. Dyskin, Extracting shear and normal compliances of crack-like defects from pressure dependences of elastic-wave velocities, Int. J. Rock Mechanics and Mining Sciences, 97, 2017, Pages 122-133 (2017).

  2. Zaitsev, V. Y., Radostin, A. V., Pasternak, E., & Dyskin, A. (2017). Extracting real-crack properties from non-linear elastic behaviour of rocks: abundance of cracks with dominating normal compliance and rocks with negative Poisson ratios. Nonlinear Processes in Geophysics, 24(3), 543-551 (2017).

  3. Zaitsev, V. Y., Radostin, A. V., Dyskin, A. V., & Pasternak, Cracked rocks with positive and negative Poisson's ratio: real-crack properties extracted from pressure dependence of elastic-wave velocities. In EGU General Assembly Conference Abstracts (Vol. 19, p. 18713).


2.8. Атмосферная эволюция дымового аэрозоля

На основе данных наземных и спутниковых измерений состава атмосферы в ситуациях экстремальных пожаров 2010 и 2012 годов на территории России исследована атмосферная эволюция дымового аэрозоля, играющего важную роль в климатообразующих процессах. Выявлены эффекты значительного (примерно в два раза) относительного прироста массовой концентрации мелкодисперсного аэрозоля и аэрозольной оптической толщи (АОТ) в дымовых шлейфах от природных пожаров в процессе их мезомаштабного переноса. Показано, что обнаруженные эффекты могут определяться совокупностью физических и химических процессов с участием полулетучих органических соединений (ПЛОС). Полученные результаты свидетельствуют о важности учета процессов с участием ПЛОС в оценках и прогнозах климатического воздействия аэрозоля, в том числе - на изменение теплового баланса Арктики.



Авторы: И.Б. Коновалов, Е.В. Березин (ИПФ РАН) совместно с исследователями из научных организаций Франции, Германии и Гидрометцентра России.

Публикации:

  1. Konovalov, I. B., Beekmann, M., Berezin, E. V., Formenti, P., and Andreae, M. O.: Probing into the aging dynamics of biomass burning aerosol by using satellite measurements of aerosol optical depth and carbon monoxide, Atmos. Chem. Phys., 17, 4513-4537, https://doi.org/10.5194/acp-17-4513-2017, 2017.

  2. Коновалов И.Б., Березин Е.В., Бекманн М. Эффект фотохимического самовоздействия углеродсодержащего аэрозоля: природные пожары // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2016. Т. 52, № 3, С. 300–308.

  3. Konovalov, I. B., Beekmann, M., Berezin, E. V., Petetin, H., Mielonen, T., Kuznetsova, I. N., and Andreae, M. O.: The role of semi-volatile organic compounds in the mesoscale evolution of biomass burning aerosol: a modeling case study of the 2010 mega-fire event in Russia, Atmos. Chem. Phys., 15, 13269-13297, https://doi.org/10.5194/acp-15-13269-2015, 2015.

2.9. Фотохимическое равновесие озона в мезосфере и нижней термосфере

Впервые проведено исследование выполнимости ключевого предположения, применяемого для анализа данных спутниковых и ракетных измерений в области мезосферы – нижней термосферы (МНТ): условия фотохимического равновесия озона. На основании 3D химико-транспортного моделирования годового цикла фотохимии данной области атмосферы найдены ограничения применения этого условия для восстановления пространственно-временной эволюции ряда плохо измеряемых химических компонент. В результате аналитического исследования получен простой и удобный для практического использования критерий, позволяющий определять границы применимости (в зависимости от локального времени суток, времени года и координат) условия равновесия озона по данным измерений. Показано, что ряд сделанных ранее выводов об особенностях протекающих в МНТ области процессов основаны на неправомерном использовании данного условия и являются ошибочными.



Авторы: М.Ю. Куликов, М.В. Беликович, Т.С. Ермакова, А.А. Нечаев, А.М. Фейгин (ИПФ РАН), Leibniz-Institute of Atmospheric Physics (Germany).

Публикации:

  1. Kulikov, M.Y., Belikovich, M.V., Grygalashvyly, M., Sonnemann, G.R., Ermakova, T.S., Nechaev, A.A., and Feigin, A.M.: Daytime ozone loss term in the mesopause region, Annales Geophysicae, 35, 677-682, doi:10.5194/angeo-35-677-2017, 2017.

2. Belikovich, M. V., Kulikov, M. Y., Grygalashvyly, M., Sonnemann, G. R., Ermakova, T. S., Nechaev, A. A., and Feigin, A. M.: Ozone chemical equilibrium in the extended mesopause under the nighttime conditions, Advances in Space Research, doi:10.1016/j.asr.2017.10.010, 2017, accepted (in press).

3. M.Yu. Kulikov, M.V. Belikovich, M. Grygalashvyly, G. R. Sonnemann, T.S. Ermakova, A.A. Nechaev, and A.M. Feigin, Nighttime ozone chemical equilibrium in the mesopause region, Journal of Geophysical Research, submitted, 2017.

4. Mikhail Kulikov, Anton Nechaev, Mikhail Belikovich, Tatiana Ermakova, and Alexander Feigin, Indirect methods of retrieval of important mesospheric gas constituents from available measurements data, Geophysical Research Abstracts, EGU General Assembly 2016, Vol. 18, EGU2016-9649, 2016.

5. Alexander Feigin, Mikhail Belikovich, and Mikhail Kulikov, On applicability of the photochemical-equilibrium approach for retrieval of O and H mesospheric distributions from the satellite-based measurements of the airglow emission and ozone concentration, Geophysical Research Abstracts, EGU General Assembly 2016, Vol.18, EGU2016-9290-1, 2016.


2.10. Когерентность гидроакустических полей высокочастотных шумовых источников

В рамках формализма геометрической акустики разработана модель когерентности высокочастотных гидроакустических полей шумовых источников в случайно-неоднородном подводном канале, выявлены зависимости когерентности от взаимного положения источника и приемной системы, типа волновода, параметров объемных неоднородностей и ветрового волнения. Показано, что размеры областей высокой когерентности для типичных условий арктического шельфа могут составлять десятки метров для заглубленных источников и становиться на порядок меньше для источников, расположенных вблизи водной поверхности. Показана возможность использования установленных закономерностей для классификации источников шумоизлучения бортовыми средствами пассивной гидролокации.



Авторы: А.И. Хилько, И.П. Смирнов, (ИПФ РАН), А.И. Машошин, А.В. Шафранюк (Концерн «ЦНИИ «Электроприбор» (Санкт-Петербург))
Публикации:

  1. А.И. Хилько, И.П. Смирнов, А.И. Машошин, А.В. Шафранюк. Исследование когерентности акустических полей высокочастотных шумовых источников в случайно неоднородном океане // Акустический журнал. 2018. Т. 64 (принята к печати).

  2. Хилько А.И., Смирнов И.П., Бурдуковская В.Г. К вопросу об оптимальном возбуждении гидроакустического поля в рефракционных океанических волноводах // Акустический журнал. 2016, Т. 62. № 6. С. 712-724.

  3. Хилько А.И., Смирнов И.П., Машошин А.И., Шафранюк А.В. Исследование влияния когерентности гидроакустических полей на эффективность подводного наблюдения // Ученые записки Физического факультета Московского университета. 2017. №5. С. 1750133.

  4. Хилько А.И., Смирнов И.П., Машошин А.И., Шафранюк А.В. Исследование влияния когерентности гидроакустических полей на эффективность подводного наблюдения // Труды II Всероссийской акустической конференции, совмещенной с XXX сессией Российского акустического общества. М.: ГЕОС. 2017. С. 931-937.

  5. Хилько А.И., Смирнов И.П., Машошин А.И., Шафранюк А.В. Когерентность гидроакустических полей: структура и влияние на эффективность подводного наблюдения // Труды XV школы-семинара им. акад. Л. М. Бреховских «Акустика океана». М.: ГЕОС. 2016. С. 96-101.


2.11. Гашение волн на поверхности воды пленками нефти и нефтепродуктов в приложении к задачам дистанционного зондирования

Исследованы особенности затухания гравитационно-капиллярных волн (ГКВ) на пленках нефти и нефтепродуктов с использованием разработанного в ИПФ РАН лабораторного метода измерения характеристик ГКВ. Установлено, что коэффициент затухания ГКВ зависит от толщины пленок и в определенном диапазоне ее величины существенно различается для разных типов нефтепродуктов. На основе выполненных численных расчетов дисперсионного соотношения для ГКВ в присутствии вязкоупругой пленки конечной толщины и сопоставления с данными лабораторных измерений впервые даны оценки величин межфазных упругостей и вязкостей нефтяных пленок. С использованием полученных значений этих характеристик выполнены модельные расчеты контрастов пленок в радиолокационных (РЛ) сигналах СВЧ-диапазона, показано, что контраст брэгговской компоненты РЛ сигнала удовлетворительно согласуется с данными экспериментов по наблюдению нефтяных разливов спутниковыми радиолокаторами. Полученные результаты могут быть использованы для дистанционной диагностики нефтяных загрязнений океана.



Авторы: Ермаков С.А., Лазарева Т.Н., Сергиевская И.А. (ИПФ РАН)

Публикации:

1. Сергиевская И.А., Ермаков С.А. Затухание гравитационно-капиллярных волн на воде, покрытой вязкоупругой пленкой конечной толщин. Изв. РАН. ФАО, 53, № 6, с. 738–746, 2017

2. I. Sergievskaya, S.Ermakov, T.Lazareva, Damping of short gravity-capillary waves due to oil derivatives film on the water surface, Proc. SPIE 9999. 2016. doi:10.1117/12.2241811, 6с.

3. Ермаков С.А., Сергиевская И.А., Гущин Л.А. Затухание гравитационно-капиллярных волн в присутствии нефтяной пленки по данным лабораторных и численных экспериментов. Изв.РАН. ФАО, 48, № 5, с. 631-639, 2012.

4. Pinel, N., Bourlier, C., Sergievskaya, I.Two-Dimensional Radar Backscattering Modeling of Oil Slicks at Sea Based on the Model of Local Balance: Validation of Two Asymptotic Techniques for Thick Films. IEEE Trans. Geosci.Remote Sensing. V.52, Issue: 5, doi: 10.1109/TGRS.2013.2259498. 2014, P. 2326-2338. 

3. Отделение нелинейной динамики и оптики
3.1. Новая парадигма континуума

Впервые предложен и обоснован физический механизм, объясняющий суперлоренцево поведение крыльев молекулярных спектральных линий при больших отстройках от центра. Этим механизмом является вращение молекул во время столкновительного взаимодействия. Он дополняет традиционные бимолекулярные механизмы поглощения излучения в газах и, в частности, позволяет непротиворечиво интерпретировать наблюдаемый континуум водяного пара в спектральных областях, соответствующих чисто вращательным переходам и фундаментальным колебаниям молекулы Н2О.



Авторы: Семенов В.Е. , Третьяков М.Ю., Серов Е.А., Одинцова Т.А.

Публикации:

1. Serov E.A., Odintsova T.A., Tretyakov M.Yu., Semenov V.E., On the origin of the water vapor continuum absorption within rotational and fundamental vibrational bands // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. V. 193, 1–12 (2017).

2. T.A. Odintsova, M.Yu. Tretyakov, O. Pirali, P. Roy, Water vapor continuum in the range of rotational spectrum of H2O molecule: new experimental data and their comparative analysis. J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. V 187, 116–123 (2017).


3.2. Нелинейная оптика графена в сильных электромагнитных полях

Впервые экспериментально обнаружены оптическое излучение и генерация второй оптической гармоники при воздействии мощных терагерцовых импульсов на графен. Экспериментальные данные по оптическму излучению количественно объясняются развитой теорией межзонных переходов в графене в окрестности дираковской точки. Показано, что в случае допированного графена воздействие мощного терагерцового поля приводит к увеличению вероятности переходов из-за существенной деформации начального распределения носителей заряда и появления незанятых состояний в зоне проводимости.

Для объяснения экспериментальных данных по генерации второй гармоники при совместном воздействии терагерцового поля и оптической накачки развита теория анизотропного отклика графена в процессе резонансных межзонных переходов, позволяющая количественно объяснить наблюдаемый эффект при величинах полей, для которых использование стандартной теории возмущений заведомо невозможно.

Полученные результаты важны, в первую очередь, для развития исследований в области нелинейной оптики дираковских и вейлевских сред, а также для физики взаимодействия интенсивных терагерцовы полей с веществом.



Авторы: Бодров С.Б., Корытин А.И., Оладышкин И.В., Сергеев Ю.А., Степанов А.Н., Токман М.Д. (ИПФ РАН)

Публикации:

1. I. V. Oladyshkin, S. B. Bodrov, Yu. A. Sergeev, A. I. Korytin, M. D. Tokman, and A. N. Stepanov. Optical emission of graphene and electron-hole pair production induced by a strong terahertz field// Phys. Rev. B 96, 155401 (2017).



2. Yu. A. Sergeev, I. V. Oladyshkin, S. B. Bodrov, A. I. Korytin, M. D. Tokman, S.V. Kuzikov, A. A. Vikharev, A. N. Stepanov. Strong terahertz fields: interaction with condensed matter and electron acceleration// EPJ Web of Conferences 149, 05009 (2017), 10th International Workshop 2017 "Strong Microwaves and Terahertz Waves: Sources and Applications”.

3.3. Влияние χ(3) эффектов на распространение излучения в изотропных кристаллах с произвольной ориентацией и в лазерной керамике

Решена задача о генерации ортогональной поляризации, фазовой самомодуляции и самофокусировке лазерного излучения в изотропных кристаллах с произвольной ориентацией и в оптической керамике. Экспериментально продемонстрирована существенная зависимость мелкомасштабной самофокусировки от угла между поляризацией поля и кристаллографической осью кристалла BaF2. Определены как количественные, так и качественные отличия эффектов кубической нелинейности в керамике от монокристалла и стекла. В частности, в керамике предсказан эффект, не имеющий аналогов ни в стеклах, ни в монокристаллах – случайная мелкомасштабная (с размером порядка размера гранулы) пространственная модуляция поляризации и фазы лазерного пучка. Показано, что в терминах усредненной нелинейной фазы керамика эквивалентна стеклу, нелинейность которого определяется комбинацией элементов тензора χ(3).



Авторы: Хазанов Е.А., Гинзбург В.Н., Кочетков А.А., Кузьмина М.С., Бурдонов К.Ф., Шайкин А.А., Масленников О.В., Некоркин В.И.

Публикации:

  1. В.Н. Гинзбург, А.А. Кочетков, М.С. Кузьмина, К.Ф. Бурдонов, А.А. Шайкин, Е.А. Хазанов, “Влияние поляризации лазерного излучения на мелкомасштабную самофокусировку в изотропных кристаллах”, Квантовая электроника, 47:3 (2017), 248–251 [Quantum Electron., 47:3 (2017), 248–251]

  2. Е.А. Khazanov, О.V. Maslennikov, V.N. Ginzburg, А.А. Kochetkov, and V.I. Nekorkin, "Third-order-nonlinear effects in single crystals with arbitrary orientation and in ceramics", Optics Express, принято в печать, 2017.



3.4. Измерение сверхмалых поглощений в прозрачных диэлектриках новым методом коротко-импульсной фототермической однолучевой интерферометрии

Предложен и реализован метод измерения поглощения лазерного излучения с чувствительностью в 100 раз лучшей чувствительности известных методов. Такая чувствительность обеспечена оптимальным выбором временной структуры греющего импульса, геометрии эксперимента (соосность греющего и зондирующего пучков) и с разработкой теории, в основе которой лежит задача дифракции пробного лазерного пучка на фототермических напряжениях изотропного диэлектрика, вызванных нагревом сфокусированным излучением греющего лазера. Уникальной особенностью метода является калибровка с помощью любого образца из стекла с известными физическими параметрами. С помощью метода впервые измерены величины сверхмалого линейного поглощения наиболее прозрачных уникальных кварцевых стекол, выпускаемых фирмами Heraeus (4×10-7 см-1) и Ohara (2×10-7 см-1), а также поглощения воздуха (5×10-8 см-1) на длине волны 1 мкм в области континуального поглощения, не связанного с наличием линий поглощения водяного пара.

Авторы: Андреев Н.Ф., Власова К.В., Макаров А.И.

Публикации:

1. К.В. Власова, Н.Ф. Андреев, А.И. Макаров. Коротко-импульсная фототермическая однолучевая интерферометрия для измерения поглощения в прозрачных изотропных диэлектриках // Прикладная физика, 2017, № 2, 79

2. К.В. Власова, Н.Ф. Андреев, А.И. Макаров, А. Ю. Константинов. Теория коротко-импульсной фототермической однолучевой интерферометрии в изотропных диэлектриках // Успехи прикладной физики, 2017, том 5, № 4, 313
3.5. Сверхъяркий источник ГэВных фотонов на основе КЭД-каскадов в экстремально мощной лазерной дипольной волне

Предложена концепция сверхъяркого узконаправленного источника фотонов ГэВного уровня энергий на основе развития КЭД каскада в поле предельно сфокусированных в форме дипольной волны лазерных импульсов. Предельная фокусировка поля и притяжение частиц к пучности электрического поля за счет эффекта аномального радиационного захвата позволяют максимизировать энергию электрон-позитронных пар и, как следствие, излучаемых ими фотонов. Показано, что наибольший поток ГэВных фотонов, недостижимый на существующих установках, можно получить, если в результате развития каскада плотность электрон-позитронной плазмы станет релятивистски критической в момент, когда в фокусе амплитуда поля падающих лазерных импульсов будет наибольшей.



Авторы: Гоносков А.А., Башинов А.В., Ефименко Е.С., Муравьев А.А., Ким А.В., Сергеев А.М. (ИПФ РАН), Бастраков С.И., Мееров И.Б. (ННГУ), Marklund M. (Университет Чалмерса), Ilderton A. (Плимутский университет)

Публикации:

1. A. Gonoskov, A. Bashinov, S. Bastrakov, E. Efimenko, A. Ilderton, A. Kim, M. Marklund, I. Meyerov, A. Muraviev, and A. Sergeev, Phys. Rev. X 7, 041003 (2017)


3.6. Высокоточный профиль атмосферных линий мм/субмм диапазона

В рекордно широком диапазоне давлений (от миллиторр до 1000 торр) продемонстрировано влияние на профиль спектральных линий эффекта зависимости сечения столкновений от скорости сталкивающихся молекул (т.н. эффект «ветра»). Показано, что его учет позволяет примерно на порядок повысить точность описания контура диагностических атмосферных линий в микроволновом диапазоне. Разработана модель, учитывающая одновременно эффекты столкновительной связи и «ветра», и получен наиболее точный и полный на сегодняшний день набор параметров профиля вращательных линий кислорода и водяного пара для задач атмосферной физики и дистанционного зондирования.

Авторы: Кошелев М.А., Вилков И.Н., Голубятников Г.Ю., Серов Е.А., Третьяков М.Ю. (ИПФ РАН), Делайе Т., Буле К. (CNRS, Франция).

Публикации:


  1. M.A. Koshelev, T. Delahaye, E.A. Serov, I.N. Vilkov, C. Boulet and M.Yu. Tretyakov, Accurate modeling of the diagnostic 118-GHz oxygen line for remote sensing of the atmosphere, J. Quant. Spectrosc. Radiative Transfer, 196 (2017) 78-86.

  2. M.A. Koshelev, G.Yu. Golubiatnikov, I.N. Vilkov, M.Yu. Tretyakov, Line shape parameters of the 22-GHz water line for accurate modeling in atmospheric applications, J. Quant. Spectrosc. Radiative Transfer, 205 (2018) 51-58.


3.7. Переходные последовательности в гиперсети, генерируемые адаптивной сетью нейронов

Предложена модель адаптивной сети спайковых нейронов, порождающей двухуровневую динамику. На первом («нижнем») уровне в сети формируются различные последовательности кластеров активности, а на втором («верхнем») уровне эти кластерные состояния образуют элементы гиперсети, между которыми возникают стимул-индуцированные переходные последовательности. Модель воспроизводит базовые механизмы процессов пространственно-временной обработки информации, осуществляемой нейронными структурами мозга. Она реализована в виде дискретной динамической системы, а также электронной схемы.



Авторы: Масленников О.В., Щапин Д.С., Некоркин В.И. (ИПФ РАН)

Публикации:

  1. O.V. Maslennikov and V.I. Nekorkin, “Evolving dynamical networks with transient cluster activity” // Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation, vol. 23, no. 1, pp. 10-16, 2015.

  2. O.V. Maslennikov and V.I. Nekorkin, “Adaptive dynamical networks” // Physics-Uspekhi, vol. 60, no. 7, p. 694, 2017.

  3. O.V. Maslennikov, D.S. Shchapin, V.I. Nekorkin “Transient sequences in a hypernetwork generated by an adaptive network of spiking neurons” // Philosophical transactions of the royal society A, vol. 375, no. 2096 , p. 20160288, 2017.


3.8. Мониторинг фотодинамической терапии с использованием двухволнового флуоресцентного имиджинга

Разработан метод двухволнового флуоресцентного имиджинга для неинвазивной оценки глубины проникновения фотосенсибилизатора в биоткани при проведении фотодинамической терапии с препаратами хлоринового ряда. Показано, что из-за наличия узких пиков поглощения этих препаратов на длинах волн 402 и 662 нм измерение отношения флуоресцентных откликов при возбуждении на этих длинах волн позволяет оценить глубину залегания фотосенсибилизатора до 1,5 мм благодаря существенной разнице в оптических свойствах биоткани в указанных спектральных диапазонах. Разработаны аналитическая и численная модели формирования флуоресцентного сигнала на указанных длинах волн. Результаты моделирования хорошо согласуются с результатами эксперимента на фантоме биоткани и пилотных in vivo экспериментов, проведенных на волонтерах.



Авторы: Турчин И.В, Хилов А.В., Логинова Д.С., Сергеева Е.А., Кириллин М.Ю.

Публикации:

  1. M. Kirillin, M. Shakhova, A. Meller, D. Sapunov, P. Agrba, A. Khilov, M. Pasukhin, O. Kondratieva, K. Chikalova, T. Motovilova, E. Sergeeva, I. Turchin, and N. Shakhova, “Quantitative optical diagnostics in pathology recognition and monitoring of tissue reaction to PDT”, Proc. SPIE, 10417, 10417 (2017).

  2. А.В. Хилов, Д.С. Логинова, Е.А. Сергеева, М.А. Шахова, А.Е. Меллер, И.В. Турчин, М.Ю. Кириллин, «Мониторинг и планирование фотодинамической терапии с использованием двухволнового флуоресцентного имиджинга», Современные технологии в медицине, 9, в печати (2017).

  3. M S Kleshnin, I I Fiks, V I Plekhanov, S V Gamayunov and I V Turchin, “Compact and fully automated system for monitoring photodynamic therapy, based on two LEDs and a single CCD”, Laser Phys. Lett. 12 115602 (2015)

  4. Клешнин М.С. Турчин И.В., Фикс И.И., Воробьев В.А. «Устройство для флуоресцентной диагностики и мониторинга фотодинамической терапии» патент РФ № 2596869 (решение о выдаче патента 16.06.2016, заявка на изобретение № 2015119693 от 26.05.2015). Патентообладатель: ИПФ РАН.


3.9. Негативное влияние самогенерируемых квазистационарных магнитных полей на процесс ускорения ионов лазерными импульсами сверхвысокой интенсивности

Теоретически объяснено наблюдавшееся экспериментально снижение темпа роста максимальной энергии протонов, получаемых при облучении тонких металлических фольг субпикосекундными лазерными импульсами интенсивностью выше 1021 Вт/см2, с увеличением интенсивности. Показано, что его причиной является увеличение роли генерируемых в процессе взаимодействия квазистационарных магнитных полей на тыльной поверхности мишени, величина которых может превышать 1 гигагаусс. Магнитное поле приводит к дрейфу вбрасываемых лазерным импульсом электронов и эффективному уменьшению их продольной скорости, так что они теряют возможность обогнать самые быстрые ионы и внести свой вклад в их ускорение. Продемонстрировано качественное и количественное совпадение результатов численного моделирования с экспериментом.



Авторы: Коржиманов А.В., Стародубцев М.В., Chen S.N., Fuchs J. (ИПФ РАН); Nakatsutsumi M. (European XFEL); Sentoku Y. (University of Nevada); Buffechoux S., Audebert P., Hurd L. (LULI – CNRS); Gremillet L. (CEA); Kodama R., Kon A. (Osaka University); Atherton B., Geissel M., Kimmel M., Rambo P., Schollmeier M., Schwarz J. (Sandia National Laboratories).

Публикации:

1. M. Nakatsutsumi, Y. Sentoku, A. Korzhimanov, S. N. Chen, S. Buffechoux, A. Kon, B. Atherton, P. Audebert, M. Geissel, L. Hurd, M. Kimmel, P. Rambo, M. Schollmeier, J. Schwarz, M. Starodubtsev, L. Gremillet, R. Kodama, and J. Fuchs. On magnetic inhibition of laser-driven, sheath-accelerated high-energy protons. Принято в Nature Communications.



4. Институт физики микроструктур РАН
4.1. Динамика квазичастиц в сверхпроводящих одноэлектронных турникетах во внешнем магнитном поле

Теоретически и экспериментально исследованы неравновесные состояния квазичастиц в одноэлектронных сверхпроводящих турникетах типа NISIN под действием внешнего магнитного поля. Показано, что магнитным полем можно существенным образом снизить токи утечки и увеличить время когерентности квантовых устройств за счет подавления или перераспределения концентрации неравновесных квазичастиц, что позволит улучшить работу эталона тока и, тем самым, замкнуть тройку эталонов, основанных на мировых константах.



Авторы: А.С.Мельников, И.М.Хаймович (ИФМ РАН); M. Taupin, M. Meschke (Aalto University School of Science, Finland); Shuji Nakamura, Yuma Okazaki (Nation. Inst. of Advanced Industrial Sci.&Techn., Japan); Yuri A. Pashkin (Lancaster University, Lancaster LA1 4YB, United Kingdom); A.С.Власенко (НИУ ВШЭ); Jaw-Shen Tsai (RIKEN Center for Emergent Matter Science, Tokyo Univ. of Sci., Japan).

Публикации:

1. M.Taupin, I.M.Khaymovich, M.Meschke, A.S.Mel’nikov, J.P.Pekola, Tunable quasiparticle trapping in Meissner and vortex states of mesoscopic superconductors, Nature Communications 7, Article number: 10977, 2016, doi:10.1038/ncomms10977, (2016)

2. I.M.Khaymovich, V.F.Maisi, J.P.Pekola and A.S.Mel’nikov, Charge-vortex interplay in a superconducting Coulomb-blockaded island, Phys. Rev. B 92, 020501 (2015).

3. Shuji Nakamura, Yuri A. Pashkin, Mathieu Taupin, Ville F. Maisi, Ivan M. Khaymovich, Alexander S. Mel’nikov, Joonas T. Peltonen, Jukka P. Pekola, Yuma Okazaki, Satoshi Kashiwaya, Shiro Kawabata, Andrey S. Vasenko, Jaw-Shen Tsai, and Nobu-Hisa Kaneko, Interplay of the Inverse Proximity Effect and Magnetic Field in Out-of-Equilibrium Single-Electron Devices, Physical Review Applied 7, 054021 (2017).


4.2. Микродисковый лазер с КЯ InGaAs/GaAs на подложке Ge/Si(001)

Создан первый инжекционный гибридный микролазер ближнего ИК диапазона (0.94-0.99 мкм) с квантовыми ямами InGaAs/GaAs на согласованной подложке Ge-on-Si(001) для схем интегральной оптики на кристалле. Генерация достигнута при комнатной температуре в микролазерах с диаметрами 20¸30 мкм при импульсной накачке. Спектр генерации одномодовый с узкой шириной линии 35 пм.



Авторы: А.А.Дубинов, З.Ф.Красильник, А.В.Новиков, Д.В.Юрасов (ИФМ РАН); Н.В. Байдусь,Д.А.Павлов, А.В.Рыков, А.А.Сушков (ННГУ); Н.М.Крыжановская, Е.И.Моисеев, Ю.С.Полубавкина, М.В.Максимов, А.А.Липовский, А.Е.Жуков (СПб Академический университет), М.М.Кулагина, С.И.Трошков, Ю.М.Задиранов (ФТИ им.А.Ф.Иоффе РАН).

Публикации:

1. N.V. Kryzhanovskaya, E.I. Moiseev, Yu.S. Polubavkina, M.V. Maximov, M.M. Kulagina, S.I. Troshkov, Yu. M. Zadiranov, A.A.Lipovskii, N.V. Baidus, A.A. Dubinov, Z.F. Krasilnik, A.V. Novikov, D.A. Pavlov, A.V. Rykov, A.A. Sushkov, D.V. Yurasov, A.E. Zhukov. Electrically pumped InGaAs/GaAs quantum well microdisk lasers directly grown on Si(100) with Ge/GaAs buffer. Optics Express, Vol. 25, N 14, pp. 16754 – 16760 (2017).


4.3. Длинноволновое стимулированное излучение в квантовых ямах HgTe/HgCdTe

В гетероструктурах с квантовыми ямами HgTe/CdHgTe при оптической накачке получено стимулированное излучение на рекордно большой длине волны 19.5 мкм. Продемонстрировано подавление оже-рекомбинации в квантовых ямах по сравнению с объемными структурами и обусловленная этим возможность продвижения лазеров в диапазон длин волн 20-50 мкм.



Авторы: С.В.Морозов, В.В.Румянцев, М.А.Фадеев, М.С.Жолудев, К.Е.Кудрявцев, А.В.Антонов, А.М.Кадыков, А.А.Дубинов, В.И.Гавриленко (ИФМ РАН); Н.Н.Михайлов. С.А.Дворецкий (ИФП СО РАН).

Публикации:

1. Appl. Phys. Lett. v.111 (2017), принята к публиации.

2. APL Materials v.5, 035503 (2017).
4.4. Усиление ФЛ КТ Ge/Si на резонансах Ми в наноструктурах

Получено многократное усиление на резонансах Ми фотолюминесценции квантовых точек германия в кремниевых нанодисках в области длин волн 1.3-1.5 мкм, что открывает перспективы создания эффективных наноразмерных источников света на основе полупроводниковых наноструктур, поддерживающих резонансы Ми, за счет инженерии дипольных мод как в отдельно взятом наноизлучателе, так и в группе связанных полем излучателей.



Авторы: А.В.Новиков, М.В.Шалеев (ИФМ РАН), V.Rutckaia, F.Heyroth, J.Schilling (Martin-Luther-University Halle-Wittenberg, Germany), М.Петров (Университет ИТМО, Санкт-Петербург).

Публикации:

  1. V. Rutckaia, F. Heyroth, A. Novikov, M. Shaleev, M. I. Petrov, J. Schilling, “Quantum dot emission driven by Mie resonances in silicon nanostructures”, Nano Letters 17(11), DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b03248 (2017).


4.5. Теория однофотонного детектирования сверхпроводящей полоской

Построена теория детектора одиночных фотонов оптического и ближнего ИК диапазонов на основе низкотемпературной сверхпроводниковой полоски. Определены оптимальные значения удельного сопротивления сверхпроводника > 100 мкОм*см, тока смещения вблизи тока распаривания куперовских пар, размеров полоски, позволяющие почти на два порядка расширить динамический диапазон детекторов.



Автор: Д.Ю.Водолазов (ИФМ РАН)

Публикации:

1. D. Yu. Vodolazov, Single-photon detection by a dirty current-carrying superconducting strip based on the kinetic-equation approach, Physical Review Applied, 7, 034014 (2017).


4.6. СВЧ микроскопия полупроводниковых структур

Разработаны физические принципы сканирующего ближнепольного СВЧ микроскопа для локального анализа удельного сопротивления полупроводниковых образцов и изготовлен прототип устройства, позволяющего проводить бесконтактный микроанализ, недоступный другим неразрушающим методам. Работа микроскопа апробирована в исследованиях удельного сопротивления подложек синтетического алмаза и выращенных на них CVD методом δ-легированных эпитаксиальных слоев.



Авторы: А.Н.Резник, С.А.Королев, М.Н.Дроздов (ИФМ РАН)

Публикации:

1. A.N.Reznik, S.A.Korolyov. J. Appl. Phys. v.119, 094504 (2016).

2. A.N.Reznik, S.A.Koroliov, M.N.Drozdov. J. Appl. Phys. v.121, 164503 (2017).


4.7. Электрооптические свойства лангасита

Измерены электрооптические свойства и естественное линейное двулучепреломление лангасита (La3Ga5SiO14), лангатата (La3Ga5.5Ta0.5O14) и катангасита (Ca3TaGa3Si2O14) в диапазоне температур 115 ~ 310 К. Содержащие лантан пьезоэлектрические кристаллы имеют в 5 раз больший электрооптический коэффициент и на 1 ~ 2 порядка меньший температурный коэффициент продольного полуволнового напряжения, чем катангасит и кварц и могут рассматриваться как перспективные электрооптические материалы для датчиков напряжения в высоковольтных линиях электропередач.



Авторы: В.В.Иванов (ИФМ РАН), А.А.Степанов (ООО «АНТ систем»), В.В.Аленков, О.А.Бузанов (ОАО «Фомос-материалс»)

Публикации:

1. Vadim Ivanov, Anatoliy Stepanov, Vladimir Alenkov, and Oleg Buzanov. “Langasites as electro-optic materials for high-voltage optical sensors”, Optical materials Express, v. 7, pp. 3366-3376 (2017).


4.8. Эпитаксия псевдоморфных AlInGaAs гетероструктур.

Модифицирован реактор установки металлоорганической газофазной эпитаксии псевдоморфных AlInGaAs гетероструктур. Разработана технология производства СВЧ транзисторов. Внедрено в НПП «Салют», Нижний Новгород.



Авторы: В.И.Шашкин, О.И.Хрыкин, В.М.Данильцев, М.Н.Дроздов, П.А.Юнин (ИФМ РАН); М.В.Ревин, В.А.Беляков, Э.В. Коблов, А.П. Котков, А.Г. Фефелов, Д.С. Смотрин, В.А. Иванов (ОАО «НПП «Салют»).

Публикации:

  1. М.В. Ревин, Э.А. Коблов, Д.С. Смотрин, В.А. Иванов, А.П. Котков, В.М. Данильцев, О.И. Хрыкин, М.Н. Дроздов, П.А. Юнин, В.И. Шашкин. pHEMT-гетероструктуры (Al-In-Ga)As, выращенные методом металлоорганической газофазной эпитаксии. Труды XXI международного симпозиума Нанофизика и наноэлектроника, т. 2, с. 700-701 (2017).

  2. pHEMT-гетероструктуры (Al-In-Ga)As, выращенные методом металлоорганической газофазной эпитаксии, М.В. Ревин, Э.А. Коблов, Д.С. Смотрин, В.А. Иванов, А.П. Котков, В.М. Данильцев, О.И. Хрыкин, М.Н. Дроздов, П.А. Юнин, В.И. Шашкин. Материалы XIX координационного научно-технического семинара по СВЧ-электронике, ISSN 1816-434X, с. 206-208 (2017).

  3. Транзисторные псевдоморфные гетероструктуры на основе (Al-In-Ga)As, выращенные методом металлоорганической газофазной эпитаксии М.В. Ревин, Э.А. Коблов, Д.С. Смотрин, В.А. Иванов, А.П. Котков, В.М. Данильцев, О.И. Хрыкин, М.Н. Дроздов, П.А. Юнин, Л. Д. Молдавская, В.И. Шашкин. Нано- и микросистемная техника, т.19, вып.11, с.649-653 (2017).


4.9. Силовые p-i-n GaAs диоды.

Разработаны и изготовлены образцы силовых p-i-n диоды на основе гетероструктур (Al-Ga)As, выращенных методом жидкофазной эпитаксии. Внедрено в АО "Воронежский завод полупроводниковых приборов».



Авторы: В.И.Шашкин, Ю.Н.Дроздов, М.Н.Дроздов, Е.В.Демидов (ИФМ РАН); В.Л.Крюков (ООО «МеГа Эпитех»); А.Н.Корякин (ООО НПО «Кристалл»); А.В. Леви (ООО «МеГа СМ»); М.А.Ахмелкин («ОКБ МЭЛ»).

Публикации:

  1. P. A. Yunin, Y. N. Drozdov, M. N. Drozdov. A new approach to express ToF SIMS depth profiling. Surf. Interface Anal., V.47, P. 771 (2015).

  2. В.М. Данильцев, Е.В. Демидов, М.Н. Дроздов, Ю.Н. Дроздов, С.А. Краев, Е. А. Суровегина, В.И. Шашкин, П.А. Юнин. Сильнолегированные слои GaAs:Te, полученные в процессе МОГФЭ с использованием диизопропилтеллурида в качестве источника. ФТП, 50, 11, 1459 (2016).

  3. М.Н. Дроздов, Ю.Н. Дроздов, П.А. Юнин, П.И. Фоломин, А.Б. Гриценко, В.Л. Крюков, Е.В. Крюков. Экстремально глубокий послойный анализ атомного состава толстых (>100 mm) слоев GaAs в составе мощных PIN диодов методом вторично-ионной масс-спектрометрии. Письма в ЖТФ, Т. 42, вып.15, с. 27 (2016).

  4. Ю.Н. Дроздов, В.М. Данильцев, М.Н. Дроздов, П.А. Юнин, Е.В. Демидов, П.И. Фоломин, А.Б. Гриценко, С.А. Королев, Е.А. Суровегина. Исследование ограничений метода рентгеновской дифрактометрии при анализе вхождения атомов теллура в эпитаксиальные слои GaAs. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, №3 89 (2017).

  5. А.В. Мурель, В.Б. Шмагин, В.Л. Крюков, С.С. Стрельченко, Е.А. Суровегина, В.И. Шашкин. Емкостная спектроскопия дырочных ловушек в высокоомных структурах арсенида галлия, выращенных жидкофазным методом. ФТП, 51, 11, 1538 (2017).

Патенты:

  1. Изобретение, заявка №2015112975 от 09.04.2015 «Способ единовременного получения p-i-n структуры GaAs, имеющей p, i и n области в одном эпитаксиальном слое», РФ.

  2. Изобретение, заявка № 2016136965 от 15.09.2016 «Способ получения многослойных гетероэпитаксиальных структур в системе AlGaAs методом жидкофазной эпитаксии», РФ.

  3. Изобретение, заявка №2016142023 от 27.10.2016 «Способ получения многослойной эпитаксиальной p-i-n структуры на основе соединений GaAs-GaAlAs методом жидкофазной эпитаксии», РФ.


4.10. Джозефсоновский эталон напряжения.

Разработана многозначная мера напряжения Н4-21 на основе джозефсоновских контактов из ВТСП с относительной погрешностью выходных напряжений менее 5×10-8. Внедрено в ННИПИ «Кварц».



Авторы: А.М.Клушин, М.Ю.Левичев, Е.Е.Пестов, М.А.Галин (ИФМ РАН).

Публикации:

  1. С.К. Хоршев, А.И. Пашковский, Н.В. Рогожкина, А.Н. Субботин, Е.Е. Пестов, М.А. Галин, М.Ю. Левичев, А.М.Клушин, "Мера напряжения Н4-21 на основе джозефсоновских контактов из высокотемпературных сверхпроводников" // Измерительная техника, № 12 (2017).

  2. А.М. Клушин, С.К. Хоршев, М.Ю. Максимов «Многозначная мера напряжения на основе джозефсоновских контактов работающих при температуре жидкого азота» // Главный метролог, № 1/94, с. 14-16. (2017).

  3. А.М. Клушин, М.Ю. Левичев, Е.Е. Пестов, C.К. Хоршев, А.С. Катков «Прецизионный эталон напряжения на основе джозефсоновских контактов охлаждаемых до 77 К» // Труды XXI международного симпозиума «Нанофизика и наноэлектроника», 13-16 марта 2017 г., Нижний Новгород, том. 1, с. 66-67.


5. Институт проблем машиностроения РАН
5.1. Фундаментальные закономерности процесса фрагментации металлов при больших пластических деформациях

Разработана физическая теория явления фрагментации кристаллических твёрдых тел. Установлено, что формирование фрагментированной структуры носит универсальный характер и происходит в результате самовоспроизводящегося автомодельного процесса взаимодействия трансляционных микродефектов (решёточные дислокации) и ротационных мезодефектов (частичных дисклинаций деформационного происхождения). Проведены экспериментальные исследования металлов с различной кристаллической решеткой при больших пластических деформациях, произведенных по разным технологическим схемам. Их результаты подтвердили теоретически предсказанную закономерность – формирование однотипных фрагментированных структурных состояний и наличие на гистограммах разориентировок, характеризующих эти состояния, одинакового малоуглового пика, расположенного в интервале 1-15 градусов и имеющего максимум при разориентировках 8-10 градусов.



Авторы: Рыбин В.В., Первезенцев В.Н., Сарафанов Г.Ф., Свирина Ю.В. (ИПМ РАН)

Публикации:

  1. Рыбин В.В., Перевезенцев В.Н., Свирина Ю.В. Модель формирования оборванных дислокационных границ на стыковых дисклинациях // ЖТФ. 2016. №6. С. 100 -105.

  2. Рыбин В.В., Перевезенцев В.Н., Свирина Ю.В. Структурные превращения на начальных стадиях фрагментации пластически деформируемых поликристаллов. Компьютерный эксперимент // ЖТФ. 2017. №5. С. 726 - 735.

  3. Rybin V.V., Perevezentsev V.N., Svirina J.V. Investigation of the influence of strain induced junction disclinations on hardening and nucleation of cracks during plastic deformation of polycrystals // Mater.Phys. and Mech. 2017 (в печати).

  4. Zolotorevsky N.Y., Rybin V.V., Ushanova E.A., Brodova I.G., Petrova A.N., Ermakova N.Yu. Twinning in polycrystalline aluminium deformed by dynamic channel angular pressing // Letters on materials.2017. 7 (4), pp. 363-366

  5. Zolotorevsky N., Kazakova E., Kazakov A., Petrov S., Panpurin S., Investigation of the Origin of Coarse-Grained Bainite in X70 Pipeline Steels by EBSD Technique, Materials Performance and Characterization, Vol. 6, No. 3, 2016, pp. 281-291

  6. Zolotorevsky N. Yu., Ermakova N. Yu., Sizova V. S., Ushanova E. A., Rybin V. V., Experimental characterization and modeling of misorientations induced by plastic deformation at boundaries of annealing twins in austenitic steel // Journal of Materials Science, 2017, 52, N 8, pp.  4172-4181

  7. Zolotorevsky N. Yu., Rybin V.V., Ushanova E.A. Analysis of grain misorientation distribution in polygonal ferrite of low-carbon steel // Materials Characterization, 2016, 122, pp. 70-75

  8. Перевезенцев В.Н., Свирина Ю.В., Кириков С.В. Моделирование дислокационных структур, формирующихся в процессе пластической деформации в упругом поле дисклинации при различных способах генерации дислокаций // Деформация и разрушение материалов, 2017, №3. С. 2 - 8.

  9. V.V. Rybin, V.N. Perevezentsev, Yu.V. Svirina, A Physical Model for the Initial Stages of the Fragmentation of Polycrystals in the Process of Developed Plastic Deformation // Physics of Metals and Metallography, 2017, Vol. 118, No. 12, pp. 1171–1175.

  10. Сарафанов Г.Ф., Перевезенцев В.Н., Рыбин В.В. Коллективные процессы в ансамбле дислокаций и фрагментация металлов при пластической деформации. Нижний Новгород: Изд-во ИПФ РАН, 2017.

5.2. Технология изготовления магнитореологической жидкости, устойчивой

к воздействию ударных нагрузок и тепловых полей

Разработана новая технология изготовления магнитореологической жидкости (МРЖ), устойчивой к воздействию ударных нагрузок и тепловых полей. Создана лабораторная установка для синтеза МРЖ. Изготовлены образцы магнитореологических виброопор, управляемых внешним электромагнитным полем. На основании проведенных стендовых испытаний белым шумом установлено, что наиболее эффективно (на 12-15 децибел) гашение вибрации происходит при среднеквадратичных отклонениях виброускорения (СКО) 150 м/с2. Предложен перспективный способ виброзащиты зданий на береговой линии демпферами, поглощающими энергию виброколебаний межэтажных перекрытий, с использованием явлений инерционности и диссипации.



Авторы: Гордеев Б.А., Охулков С.Н., Бугайский В.В., Ермолаев А.И. (ИПМ РАН)

Публикации:

1. Гордеев Б.А., Иванов Е.Г., Охулков С.Н., Корендясев Т.К. Испытания магнитореологических жидкостей на ударные нагрузки // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2016. № 3. С. 92-97.

2. Гордеев Б.А., Леонтьева А.В., Плехов А.С., Гордеев А.Б. Демпфирование ударных нагрузок интергальными гидроопорами // Вестник машиностроения. 2016. № 5. С.56.

3. Гордеев Б.А., Охулков С.Н., Шохин А.Е. Концепция построения испытательного стенда для магнитореологических демпферов ударных нагрузок // Вестник машиностроения. 2016. № 12. С.17-20.

4. Гордеев Б.А., Охулков С.Н., Ермолаев А.И., Титов Д.Ю. Определение оптимальной фазы управляющих сигналов в магнитореологических трансформаторах гидроопор // Машиностроение: сетевой электронный научный журнал. 2016. Т.4, № 3. С.67-72.

5. Патент РФ № 2609553. Иванов Е.Г., Гордеев Б.А. Устройство для нагрева жидкости. Опубликовано 02.02.2017. Бюл. №31.

6. Айбиндер Р.М. Гордеев Б.А., Охулков С.Н., Осмехин А.Н., Плехов А.С. Демпфирование вибрации на резонансных частотах электротехнических комплексов и систем // Вестник машиностроения. 2017. №1. С.7-14.

7. Гордеев Б.А., Иванов Е.Г., Охулков С.Н., Бугайский В.В. К вопросу измерения перемещений магнитореологического трансформатора ударных нагрузок волновыми методами // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2017. № 1. С. 88-92.


5.3. Комплексная технология восстановления работоспособности лопаток газовой турбины SGT-800 Siemens

На основании результатов исследований постэксплуатационного состояния материала направляющих лопаток газовой турбины SGT-800 Siemens, отработавших назначенный ресурс (~25 000 экв. часов) впервые в России разработана комплексная технология восстановления работоспособности турбинных лопаток (из жаропрочного никелевого сплава In792) для продления их ресурса (в 1,8 раза) с применением операций импульсной микронаплавки и нанесения теплозащитного покрытия методом высокоэнергетического плазменного напыления.



Авторы: Тарасенко Ю.П., Царева И.Н., Бердник О.Б., Кривина Л.А., Кириков С.В.

Публикации:

1. Тарасенко Ю.П., Кириков С.В., Бердник О.Б., Кривина Л.А. Оценка возможности восстановления работоспособности материала лопаток турбин энергетических установок методами количественного анализа упрочняющих фаз и исследований локальных механических характеристик // Вопросы материаловедения, 2017, №2, c.49.

2. Tarasenko Yu.P., Berdnik O.B., Tsareva I.N. About properties of ZrO2 thermal protective coatings obtained from spherical powder mixtures. IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series 857, 2017, 012004.

5.4. Комплексное исследование процесса разрушения конструкционной стали аустенитного класса ультразвуковым, вихретоковым и магнитным методами контроля

Комплексно ультразвуковым, вихретоковым и магнитным методами контроля исследован процесс разрушения при статических и циклических нагрузках широко используемой в промышленности метастабильной нержавеющей стали аустенитного класса, включая сварные соединения. Предложены способы определения ресурса пластичности и циклической наработки материала. Разработан алгоритм снижения погрешности определения толщины металла сварного соединения стали упомянутого класса, учитывающий изменение фазового состава при обработке давлением и пластическом деформировании.



Авторы: Мишакин В.В. Гончар А.В., Клюшников В.А., Курашкин К.В. (ИПМ РАН)

Публикаций:

  1. Гончар А.В., Бизяева О.Н., Клюшников В.А., Мишакин В.В. Исследование ультразвуковым и вихретоковым методами процесса пластического деформирования сварного соединения из аустенитной стали // Дефектоскопия, 2016, № 10, С 76-83.

  2. Гончар А.В., Мишакин В.В., Клюшников В.А., Курашкин К.В. Изменение упругих характеристик метастабильной аустенитной стали при циклическом деформировании // Журнал технической физики. – 2017. – Т. 87, вып. 4. - С. 518-521.

  3. Мишакин В.В., Клюшников В.А. Исследование сварного соединения из стали 12Х18Н10Т акустическим и магнитным методами // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2017. Т.83. № 6. С.32-35.


III. НАУЧНО-ОРГАНИЗАЦИОННАЯ

ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ

1. Основные направления научной деятельности
ИПФ РАН проводит фундаментальные, поисковые и прикладные научные исследования и опытно-конструкторские разработки по следующим основным направлениям:

  • создание новых источников электромагнитного излучения с уникальными характеристиками;

  • взаимодействие электромагнитного излучения с веществом;

  • экстремальные световые поля;

  • физика плазмы;

  • радиофизика окружающей среды;

  • опасные геофизические и климатические явления, природные катастрофы;

  • гидроакустика;

  • нелинейная динамика сложных систем;

  • квантовая макрофизика;

  • волновые и вибрационные процессы в материалах и конструкциях;

  • радиофизические методы в биологии и медицине;

  • прецизионная волновая диагностика и спектроскопия;

  • наноматериалы и устройства на их основе;

  • нанофотоника;

  • рентгеновская оптика;

  • развитие критических технологий.

Перечисленные направления деятельности соответствуют следующим разделам Программы фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2013 -2020 годы (Программа ФНИ):

II. Физические науки

III. Технические науки

IV. Информатика и информационные технологии


ИПФ РАН выполняет работы по следующим направлениям Программы ФНИ:

II. Физические науки

8. Актуальные проблемы физики конденсированных сред, в том числе квантовой макрофизики, мезоскопики, физики наноструктур, спинтроники, сверхпроводимости.

9. Физическое материаловедение: новые материалы и структуры, в том числе фуллерены, нанотрубки, графены, другие наноматериалы, а также метаматериалы.

10. Актуальные проблемы оптики и лазерной физики, в том числе достижение предельных концентраций мощности и энергии во времени, пространстве и спектральном диапазоне, освоение новых диапазонов спектра, спектроскопия сверхвысокого разрешения и стандарты частоты, прецизионные оптические измерения, проблемы квантовой и атомной оптики, взаимодействие излучения с веществом.

11. Фундаментальные основы лазерных технологий, включая обработку и модификацию материалов, оптическую информатику, связь, навигацию и медицину.

12. Современные проблемы радиофизики и акустики, в том числе фундаментальные основы радиофизических и акустических методов связи, локации и диагностики, изучение нелинейных волновых явлений.

13. Фундаментальные проблемы физической электроники, в том числе разработка методов генерации, приема и преобразования электромагнитных волн с помощью твердотельных и вакуумных устройств, акустоэлектроника, релятивистская СВЧ-электроника больших мощностей, физика мощных пучков заряженных частиц.

14. Современные проблемы физики плазмы, включая физику высокотемпературной плазмы и управляемого термоядерного синтеза, физику астрофизической плазмы, физику низкотемпературной плазмы и основы ее применения в технологических процессах.



III. Технические науки

28. Система многокритериального связного анализа, обеспечения и повышения прочности, ресурса, живучести, надежности и безопасности машин, машинных и человеко-машинных комплексов в междисциплинарных проблемах машиноведения и машиностроения. Научные основы конструкционного материаловедения.

30. Методы анализа и синтеза многофункциональных механизмов и машин для перспективных технологий и новых человеко-машинных комплексов. Динамические и виброакустические процессы в технике.

IV. Информатика и информационные технологии

36. Системы автоматизации, CALS-технологии, математические модели и методы исследования сложных управляющих систем и процессов:



Всего в рамках Программы ФНИ, согласно государственному заданию ИПФ РАН на 2017 год, выполнялись работы по 43 темам исследований.
2. Сведения об основных научных исследованиях

(программы, гранты, хоздоговоры)
В соответствии с государственным заданием, в институте также выполняются проекты, финансируемые в рамках Программ Президиума РАН и комплексной программы ОФН РАН:

Программы фундаментальных исследований

Число проектов

№1 Наноструктуры: физика, химия, биология, основы технологий

12

№2 Актуальные проблемы физики низких температур

6

№3 Мировой океан – многомасштабность, многофазность, многопараметричность

1

№7 Экспериментальные и теоретические исследования объектов Солнечной системы и планетных систем звезд Переходные и взрывные процессы в астрофизике

1

№8 Химический анализ и исследование структуры веществ: фундаментальные основы и новые методы

2

№9 Электрофизика и электроника мощных импульсных систем

1

№11 Теплофизика высоких плотностей энергии. Материя при высоких давлениях. Фундаментальные проблемы удержания и нагрева плазмы в магнитных ловушках

1

№15  Природные катастрофы и адаптационные процессы в условиях изменяющегося климата и развития атомной энергетики

1

№17 Экстремальное лазерное излучение: физика и фундаментальные приложения

3

№24 Нелинейная динамика в математических и физических науках

2

№26 Электронный спиновый резонанс, спин-зависящие электронные эффекты и спиновые технологии

2

Комплексная программа Отделения физических наук РАН

12

Всего по Программам РАН

44 темы

Работы по другим программам и грантам:



Программы, гранты, стипендии

кол-во проектов

Гранты РФФИ

211

Гранты Российского научного фонда (РНФ)

59

Гранты Правительства РФ для государственной поддержки научных исследований, проводимых под руководством ведущих ученых (Мегагранты)

2

Федеральная целевая научно-техническая прграмма:

«Исследования и разработки по приоритетным направления развития научно-технологического комплекса России на 2014—2020 гг.»



3

Гранты Президента РФ для государственной поддержки:

ведущих научных школ

молодых российских ученых – кандидатов наук


4

12


Стипендии Президента РФ молодым ученым и аспирантам

11

3. Сведения о количестве статей и монографий,
опубликованных струдниками, количестве защищенных диссертаций,
докладов на конференциях



Число статей, опубликованных

в российских реферируемых журналах



260







Число статей, опубликованных

в зарубежных реферируемых журналах



290

Итого

550







Число монографий

6







Число защищенных диссертаций




кандидатских

12







докторских

2







Приглашенные доклады:




международные конференции

88







российские конференции

23







Инициативные доклады:




международные конференции

572







российские конференции

383

4. Научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы

4.1. Перечень работ по государственному заданию
1) Тема 0035-2014-0001. Создание и экспериментальные исследования вырожденного квантового газа.

Отдел физики плазмы

Руководитель: член-корреспондент РАН Турлапов А.В.
2) Тема 0035-2014-0002. Синтез и обработка новых неорганических материалов с использованием микроволнового излучения.

Отдел физики плазменных технологий

Руководитель: д.ф.-м.н. Вихарев А.Л.
3) Тема 0035-2014-0003. Исследование волновых процессов в геофизической акустике.

Отдел геофизической акустики

Руководитель: к.ф.-м.н. Малеханов А.И.
4) Тема 0035-2014-0004. Взаимодействие мощного лазерного излучения с плазмой.

Сектор теории СВЧ разряда (№121) Отдела физики плазмы

Руководитель: д.ф.-м.н. Семенов В.Е.
5) Тема 0035-2014-0005. Теоретические и экспериментальные исследования взаимодействия лазерного излучения с конденсированными средами и квантовыми газами.

Лаборатория нелинейной спектроскопии (№173) Отдела нелинейной электродинамики

Руководитель: д.ф.-м.н. Ахмеджанов Р.А.
6) Тема 0035-2014-0006. Исследование взаимодействия сверхсильного лазерного поля с веществом.

Отдел сверхбыстрых процессов

Руководитель: академик А.М. Сергеев
7)Тема 0035-2014-0007. Пространственно-временная динамика нелинейных сетей активных элементов.

Отдел нелинейной динамики

Руководитель: д.ф.-м.н. В.И. Некоркин
8) Тема 0035-2014-0008. Акустические и оптические методы исследования структуры и динамики физиологических процессов в биологических тканях.

Отдел радиофизических методов в медицине

Руководитель: к.ф.-м.н. И.В. Турчин
9) Тема 0035-2014-0009. Высокоточные исследования молекулярных спектров высокого и сверхвысокого разрешения в интересах физики атмосферы и астрофизики.

Отдел микроволновой спектроскопии

Руководитель: к.ф.-м.н. М.Ю. Третьяков
10) Тема 0035-2014-0010. Разработка физических основ акустических систем нового поколения.

Отдел физической акустики

Руководитель: : к.ф.-м.н. Коротин П.И.
11) Тема 0035-2014-0011. Распространение акустических волн в морской среде и земной коре.

Отдел акустики океана

Руководитель: д.ф.-м.н. Д.А. Касьянов
12) Тема 0035-2014-0012. Исследование новых схем релятивистских генераторов и усилителей мм и суб-мм диапазонов.

Лаборатория коротковолновых СВЧ генераторов

Руководитель: д.ф.-м.н. А.В. Савилов
13) Тема 0035-2014-0013. Исследование новых схем лазеров на свободных электронах с накачкой мощными микроволновыми и оптическими импульсами.

Отдел высокочастотной релятивистской электроники

Руководитель: д.ф.-м.н. Н.С. Гинзбург
14) Тема 0035-2014-0014. Разработка мощных лазерных систем с высоким качеством пучка в ближнем и среднем инфракрасном диапазоне.

Лаборатория импульсных твердотельных лазеров

Руководитель: к.ф.-м.н. Н.Ф. Андреев
15) Тема 0035-2014-0015. Теоретическое и экспериментальное исследование гиротронов для установок УТС.

Отдел электронных приборов (лаборатория гиротронов для термоядерных исследований, лаборатория электродинамических систем)

Руководитель: член-корреспондент РАН Г.Г. Денисов
16) Тема 0035-2014-0016. Разработка и создание твердотельных лазерных систем с высокой пиковой и средней мощностью, элементной базы таких систем . 

Отдел нелинейной и лазерной оптики

Руководитель: член-корреспондент РАН Е.А. Хазанов
17) Тема 0035-2014-0017. Разработка оптических устройств нелинейной и адаптивной оптики.

Отдел элементной базы лазерных систем

Руководитель: В.В. Ложкарев
18) Тема 0035-2014-0018. Развитие методов оптической когерентной томографии, нелинейная динамика оптических систем.

Руководитель: д.ф.-м.н. В.М. Геликонов


19) Тема 0035-2014-0019. Лазерное наноструктурирование материалов.

Лаборатория лазерной наномодификации материалов

Руководитель: д.ф.-м.н. Н.М. Битюрин

20) Тема 0035-2014-0020. Теоретическое и экспериментальное исследование взаимодействия терагерцового и лазерного излучения с поверхностями различных материалов и плазмой.

Отдел нелинейной электродинамики

Руководитель: д.ф.-м.н. Токман М.Д.
21) Тема 0035-2014-0021. Приборы и методы микроволновой радиометрии.

Отдел радиоприемной аппаратуры и миллиметровой радиоастрономии

Руководитель: д.ф.-м.н. Зинченко И.И.
22) Тема 0035-2014-0022. Разработка радиофизических методов исследования.

Отдел радиофизических методов в гидрофизике

Руководитель: д.ф.-м.н. Ермаков С.А.
23) Тема 0035-2014-0023. Теоретическое и экспериментальное исследование гиро-усилителей мм диапазона длин волн для перспективных систем радиолокации и связи.

Отдел электронных приборов, отдел электровакуумной техники и технологии

Руководитель: д.ф.-м.н. Самсонов. С.В.
24) Тема №0035-2014-0024. Теоретическое и экспериментальное исследование ТГц источников СВЧ излучения и методов диагностики и обработки материалов.

Лаборатория микроволновой обработки материалов

Руководитель: д.ф.-м.н. Глявин М.Ю.
25) Тема 0035-2014-0025. Исследование и разработка гигаваттных ЛОВ и систем сопряжения их с выходными трактами.

Лаборатория источников мощного импульсного микроволнового излучения, сектор конструкторских работ

Руководитель: д.ф.-м.н. Ковалев Н.Ф.
26) Тема 0035-2014-0026. Исследование особенностей ЭЦР разряда и приложений.

Отдел физики плазмы

Руководитель: д.ф.-м.н. Водопьянов А.В.
27) Тема 0035-2014-0027. Исследования рассеяния и трансформации микроволнового и лазерного излучения в плазме. 

Сектор СВЧ методов нагрева плазмы

Руководитель: д.ф.-м.н. Шалашов А.Г.
28) Тема 0035-2014-0028. Исследование волн, неустойчивостей и структур в низкотемпературной плазме, включая моделирование волновых явлений в космической плазме.

Лаборатория моделирования космической плазмы

Руководитель: д.ф.-м.н. Костров А. В.
29) Тема 0035-2014-0029. Теоретическое исследование электромагнитных свойств плазмы магнитосфер Солнца, планет и Земли, космической и астрофизической плазмы и плазмоподобных сред.

Отдел астрофизики и физики космической плазмы

Руководитель: чл.-корр. РАН Кочаровский Вл. В.
30) Тема 0035-2014-0030. Спектральные радиоастрономические исследования на миллиметровых и субмиллиметровых волнах.

Отдел радиоприемной аппаратуры и миллиметровой радиоастрономии

Руководитель: д.ф.-м.н. А.В. Лапинов
31) Тема 0035-2014-0031. Разработка модульных технических и программных средств с использованием новых стандартов.

Отдел автоматизации научных исследований

Руководитель: Бабер И. С.
32) Тема 0035-2014-0032. Исследование нелинейных волновых процессов в геофизической гидродинамике.

Отдел нелинейных геофизических процессов

Руководитель: д.ф.-м.н. Троицкая Ю.И.
33) Тема 0035-2014-0033. Разработка средств и методов микроволновой диагностики и нелинейно динамического моделирования и их применение для исследования окружающей среды и климата (0035-2014-0033). 

Отдел физики атмосферы и микроволновой диагностики.

Руководитель д.ф.-м.н. Фейгин А.М.
34) Тема 0035-2014-0034. Актуальные проблемы электродинамики атмосферы.

Отдел геофизической электродинамики

Руководитель: член-корреспондент РАН Мареев Е.А.
35) Тема 0035-2014-0107. Разработка и создание твердотельных лазерных систем с высокой средней мощностью и их компонентов.

Отдел диагностики оптических материалов для перспективных лазеров

Руководитель: к.ф.-м.н. Палашов О.В. 
36) Тема 0035-2014-0201. Фундаментальные исследования полупроводников и полупроводниковых наноструктур для электроники и оптоэлектроники инфракрасного и терагерцового диапазонов.

Отдел физики полупроводников

Руководитель: д.ф.-м.н. Гавриленко В.И.
37) Тема 0035-2014-0202. Фундаментальная физика наноструктурированных сверхпроводников и гибридных систем.

Отдел физики сверхпроводников

Руководитель: д.ф.-м.н. Курин В.В.
39) Тема 0035-2014-0203. Развитие физических принципов и технологии изготовления элементов многослойной рентгеновской оптики.

Отдел многослойной рентгеновской оптики

Руководитель: д.ф.-м.н. Чхало Н.И.

40) Тема 0035-2014-0204. Развитие технологии формирования и исследование наноструктур и новых компонентов наноэлектроники на основе полупроводниковых, металлических и сверхпроводниковых слоев.

Отдел технологии наноструктур и приборов

Руководитель: д.ф.-м.н. Шашкин В.И.

38) Тема 0035-2014-0205. Исследование магнитных состояний и спин-зависимых явлений в ферромагнитных наноструктурах.

Отдел магнитных наноструктур

Руководитель: д.ф.-м.н. Фраерман А.А.
41) Тема 0035-2014-0206. Развитие аналитических методов газовой спектроскопии терагерцового диапазона частот.

Отдел терагерцовой спектрометрии

Руководитель: к.ф.-м.н. Вакс В.Л.
42) Тема 0035-2014-0401. Разработка методов повышения ресурса и надежности ответственных узлов машин и энергетических установок, работающих в условиях высоких нагрузок, температур и воздействии коррозионных сред, путем нанесения плазменных покрытий и модификации материалов интенсивными физическими полями. Создание научных основ технологий получения и формообразования наноструктурированных конструкционных сплавов, композитов и покрытий с уникальными прочностными свойствами и эксплуатационными характеристиками.

ИПМ РАН


Руководитель: д.ф.-м.н. Перевезенцев В.Н.
43) Тема 0035-2014-0402. Развитие теории нелинейной волновой динамики и виброакустики машин и ее приложение к анализу устойчивости распределенных механических систем с высокоскоростными движущимися нагрузками, созданию методов и средств диагностики конструкций на ранних стадиях повреждения и разработке высокоэффективных адаптивных систем виброзащиты машин.

ИПМ РАН


Руководитель: д.ф.-м.н. Ерофеев В.И.
4.2. Работы по программам фундаментальных исследований

Президиума Российской академии наук
4.2.1. Программа фундаментальных исследований Президиума РАН
«Нелинейная динамика в математических и физических науках»


(тема 0035-2015-0001)
Проекты, выполняемые в ИПФ РАН в рамках Программы:


  1. НИР № 5994043 «Адаптивность» “Нелинейная динамика активных сетей с адаптивными связями” (проф. В.И. Некоркин)

  2. НИР № 5184043 «Динамика-КС» “Моделирование и экспериментальное исследование динамических режимов осознания сенсорных сигналов” (д.ф.-м.н. В.Г. Яхно)

  3. НИР № 5204042 «Динамика-Н» “Прогностическая реконструкция сложных нелинейно-динамических систем по временным рядам” (д.ф.-м.н. А.М. Фейгин)

  4. НИР № 5234042 «Динамика-7» “Локализованные волновые структуры в нелинейных неоднородных природных средах” (академик В.И. Таланов)

  5. НИР № 5984041 «Динамика 2015» “Динамическое самовоздействие неодномерных волновых пакетов” (академик А.Г. Литвак)

  6. НИР № 5224041 «Маннергейм» “Нелинейная динамика волновых полей в квантовых резонансных средах” (д.ф.-м.н. М.Д. Токман)

  7. НИР № 5194043 «Динамика-3» “Пространственно-временная динамика диссипативных структур в гидродинамических системах” (д.ф.-м.н. В.П. Реутов)

  8. НИР № 5994041 «Раман 2015» “Теория взаимодействия сверхсильных лазерных полей с плазмой” (проф. Г.М. Фрайман)

  9. НИР № 5244042 «Динамика-8» “Волны, вихри и турбулентность в геофизических потоках” (д.ф.-м.н. Ю.И. Троицкая)

  10. НИР № 5254042 «Динамика-9» “Сильно нелинейная динамика волн на воде с приложениями к океанологии” (проф. Е.Н. Пелиновский)

  11. НИР №0944041 «Квант-динамик» «Коллективная динамика разреженных газов в поле электромагнитного излучения» (член-корреспондент РАН А.В. Турлапов)


Основные результаты, полученные в 2017 г.

1. Динамические режимы четырех почти идентичных осцилляторов с импульсной возбуждающей связью изучены с помощью двух моделей: кинетической моделью реакции Белоусова-Жаботинского и фазово-редуцированной моделью. Рассмотрена однонаправленная и двунаправленная связь на кольце. Показано, что временная задержка в связи играет решающую роль в появлении динамических мод, которые классифицируются как регулярные, сложные и подавленные.

Предложен новый метод изучения коллективной динамики динамических сетей, основанный на вычислении средней сложности элементов. Эта характеристика показывает степень неустойчивости, содержащейся в элементе. Элементы с близкими значениями средней сложности входят в кластеры сложности, элементы с наименьшими значениями этой характеристики образуют динамические хабы

2. Предложен обзор известных к настоящему времени 4-х групп концептуальных моделей для описания известных данных о поведении живых систем. Эти группы моделей позволяют описывать: быстрые автоматические процессы выделения или подавления тех сигналов, на классы которых система была обучена ранее; динамические режимы в «элементарных когнитивных системах»; многоуровневые режимы обработки входных сигналов в иерархических моделях; процедуры преодоления противоречий в данных, знаниях, принятых решениях когнитивными системами. Обсуждаются ограничения и точки роста областей приложений для рассмотренных типов моделей.

3. Предложен подход к оптимальному воспроизведению данных с помощью стохастического оператора эволюции (СОЭ). Возможности подхода продемонстрированы на примере анализа временного ряда, сгенерированного стохастизированной системы Лоренца. Показано, что построенный оптимальный СОЭ адекватно воспроизводит инвариантную меру и другие статистические свойства системы, при этом учет зависимости стохастической части модели от состояния системы становится принципиальным для достаточно протяженных временных рядов.

Метод нелинейной декомпозиции данных применен для анализа временных рядов глобального распределения температуры поверхности океана (ТПО) с конца XIX века по настоящее время. Обнаружены четыре климатических сдвига, связанных со сменой фаз Тихоокеанского Декадного Колебания (ТДК) и реконструировать соответствующие глобальные паттерны ТДК. Обнаружено также, что во второй половине XX века взаимосвязь области Эль-Ниньо - Южного колебания, внетропических областей Тихого океана и Индийского океана приобрела существенно нелинейный характер.

4. Выведено нелинейное уравнение Шредингера для волн на поверхности слабо-завихренной жидкости. В его рамках исследована модуляционная неустойчивость волн Герстнера и Гийона. Обсуждается связь между лагранжевым и эйлеровым описанием нелинейных волн, в частности дана интерпретация классической волны Стокса как суперпозицию вихревой волны Герстнера и дрейфа Стокса.

В рамках приближенного подхода, основанного на представлении солитонов уравнения Гарднера в виде составных структур, исследовано неквазистационарное поведение солитонов, обусловленное эволюцией не плоских фронтов уединенных волн. С помощью указанного подхода исследована простейшая из таких задач с цилиндрически сходящимися (либо расходящимися) составными солитонами в рамках уравнения Гарднера, дополненного слагаемым, ответственным за цилиндрическую геометрию задачи. Показано, что по мере приближения к центру фокусировки (для сходящихся солитонов), размеры солитона неограниченно увеличиваются, а его форма искажается, так что передний фронт остается конечным с постоянной величиной перепада, а задний фронт неограниченно увеличивается: толщина перепада стремится к нулю. Отметим, что в перепад поля на фронте остается постоянным, а поле на спаде квазисолитона растет приблизительно как для расходящихся квазисолитонов величина поля на вершине квазисолитона (вблизи фронта) квазисолитона и скорость фронта постоянны.. С ростом r величина поля, возникающего за спадом квазисолитона теперь имеет положительную полярность, а длительность квазисолитона уменьшается с ростом r. Кардинально меняется характер эволюции поля на вершине квазисолитона. возникновение областей в распределении поля на вершине с бесконечными производными( учет дисперсии приводит к появлению осцилляций поля на вершине) . Полученное приближенное решение сравнивается с результатами прямого численного моделирования уравнения Гарднера с переменными коэффициентами. Исследование таких процессов представляет интерес как с общеволновой, так и с прикладной точек зрения, поскольку позволяет детально исследовать все особенности эволюции интенсивных внутренних волн в шельфовых областях океанов и морей.

5. Аналитически и численно исследованы особенности динамики самовоздействия волновых полей, инжектируемых в пространственно неоднородную среду, состоящую из набора эквидистантно расположенных слабо связанных одномодовых световодов. Показано существование новых режимов самовоздействия, обусловленных дискретностью среды, при превышении мощности (энергии) критического значения: коллапс волнового поля в одномерной решетке и последующие самоканалирование излучения только в одном из световодов; распространение пучков происходит вдоль трасс, существенно отличающихся от прямолинейных; возможность заметной самокомпрессии лазерных импульсов и формирование набора световых пуль в двумерной решетке световодов.

6. Рассмотрен разлет ферми-газа атомов после выключения удерживающего потенциала. Атомы-фермионы находятся в двух равнонаселенных внутренних состояниях, взаимодействуют в s-канале и могут образовывать куперовские пары, а сам атомный газ может переходить в сверхтекучее состояние. Авторы эксперимента [PRA 93, 011603] наблюдали за размером газа вдоль z после фиксированного времени разлета в зависимости от числа атомов в газе N и отметили, что начиная с некоторого критического числа атомов N = Nкр. размер газа существенно больше, чем предсказан моделью разлета невзаимодействующего ферми-газа, который в ловушке был кинематически двумерным, то есть населял лишь основное состояние движения вдоль z. Ускорение разлета авторы эксперимента объясняют это тем, что из-за взаимодействий в плененном газе теряется кинематическая двумерность. В рамках проекта построена модель разлета сверхтекучего газа и показано, что она объясняет данные эксперимента [PRA 93, 011603] без отказа от двумерной кинематики куперовских пар в ловушке, что дает новую интерпретацию экспериментальных данных. Изменение скорости разлета газа с ростом N исполнители проекта связали с образованием сверхтекучей фазы, а не с изменением размерности.

7. Экспериментально изучен процесс генерации многозаходных спиральных структур при параметрическом возбуждении капиллярных волн, возникающих на поверхности слоя вязкой жидкости, помещенного в кювету с неоднородной границей по горизонтали. Для неоднородностей в виде уступа найдены области параметров, при которых генерируются устойчивые многозаходные спиральные структуры. Выяснено, что наиболее эффективны неоднородности с высотой уступа, близкой к периоду возбуждаемых многозаходных волн.

8. Изучены бифуркации сложных режимов генерации цепочек баротропных вихревых структур в зональных течениях, возникающих в нижней атмосфере Земли и в лабораторных экспериментах. На основе численного решения уравнений гидродинамики для квазидвумерных течений в канале между жесткими стенка ми в приближении бета-плоскости показано, что вариации профиля скорости стационарного течения приводят к увеличению числа сложных режимов генерации вихревых цепочек и могут существенно уменьшить критическую скорость потока, при которой впервые появляется динамический хаос. Это создает благоприятные условия для наблюдения динамического хаоса и его воздействия на перенос пассивных примесей в зональных течениях.

Экспериментально изучен процесс генерации многозаходных спиральных структур при параметрическом возбуждении капиллярных волн, возникающих на поверхности слоя вязкой жидкости, помещенного в кювету с неоднородной границей по горизонтали. Для неоднородностей в виде уступа найдены области параметров, при которых генерируются устойчивые многозаходные спиральные структуры. Выяснено, что наиболее эффективны неоднородности с высотой уступа, близкой к периоду возбуждаемых многозаходных волн.

9. Методами численного моделирования исследована динамика нелинейных волн и свойства солитонов на глубокой воде с постоянной завихренностью. Моделирование осуществлялось в рамках полностью нелинейных уравнений движения (уравнений Эйлера) с применением метода конформных преобразований. Смоделировано формирование солитонов из начальных возмущений, распространяющихся против течения, и процесс их столкновения. Данные моделирования свидетельствуют о существовании порога по высоте солитонов, при превышении которого они становятся неустойчивыми, а также о неупругости их взаимодействия.

Исследована применимость квазилинейной модели для описания турбулентного пограничного слоя над крутыми поверхностными волнами. В рамках модели предполагается, что волновые индуцированные возмущения атмосферной турбулентной границы описываются в линейном приближении, и учитывается только нелинейный эффект - поток импульса от ветра к волнам. Модель проверена на основе специальных лабораторных и численных экспериментов. Лабораторное исследование воздушного потока над крутыми волнами проводилось методом PIV. Прямое численное моделирование (DNS) потока воздушного потока над взволнованной поверхностью различной формы (периодические волны, пакеты волн) выполнялось при Re = 15000. Наилучшее согласие было достигнуто для периодических волн. Для волновых пакетов модель воспроизводит средние параметры ветрового турбулентного потока и скорость роста центральной гармоники волнового поля. На основе DNS предложено объяснение применимости квазилинейной модели из-за сильной неоднородности зоны отрыва потока в поперечном направлении ветра. Показано, что для случая океанских волн модель обеспечивает скорость роста поверхностных волн в инерционном интервале спектра поверхностных волн, пропорциональна w7/3, в соответствии с предсказаниями Zakharov,et al (2012).

10. Исследована солитонная турбулентность в системах, описываемых интегрируемыми уравнениями типа Кортевега-де Вриза (Кдв, мКдВ, Гарднер). Показано, что в случае, когда знак кубического коэффициента оказывается положительным, возможно образование «волн-убийц» в солитонном газе и изучены статистические характеристики солитонной турбулентности. Демонстрируется, что солитоны малой амплитуды могут двигаться «назад» (все индивидуальные солитоны двигаются «вперед») в случайном поле из-за взаимодействия (отталкивания) с солитонами большой амплитуды, имеющие ту же полярность. Обсуждается вопрос создания и исследования солитонного газа в ограниченной области.

Сформулировано современное представление о «волнах-убийцах» (аномально высоких волнах) как объекта научного исследования. Приведен обзор наблюдательных данных по «волнам-убийцам», сформулированы возникающие задачи и цели исследования, а также трудности на пути их достижения. Перечислены основные физические механизмы, предложенные для объяснения «волн-убийц», и обсуждены перспективные подходы к прогнозу опасных состояний моря. Предложены пути построения процедур краткосрочного оперативного прогноза опасных волн (до десятков 5 периодов/длин волн), и приведены некоторые предварительные результаты их реализации.

Получены точные и приближенные решения нелинейных уравнений мелкой воды в наклонных каналах переменного сечения, которые с помощью преобразования годографа сводятся к линейному уравнению волнового типа. Эти решения с использованием простых компьютерных программ позволяют существенно сократить время расчетов по сравнению с прямым моделированием двумерных уравнений мелкой воды.

В случае волн на поверхности канала переменного сечения при специальном соотношении между глубиной воды и шириной канала (самосогласованный канал) показано возможность существования бегущих волн, не отражающихся в неоднородном канале. При этом удается вывести обобщенное уравнение Кортевега-де Вриза с переменными коэффициентами, которое отличается от известного для волн в канале с медленным изменением параметров среды. Исследован процесс трансформации солитона в таком канале с образованием вторичных солитонов.

Выведено нелинейное уравнение Шредингера для волн на поверхности слабо-завихренной жидкости. В его рамках исследована модуляционная неустойчивость волн Герстнера и Гийона. Обсуждается связь между лагранжевым и эйлеровым описанием нелинейных волн, в частности дана интерпретация классической волны Стокса как суперпозицию вихревой волны Герстнера и дрейфа Стокса.

В лабораторных экспериментах установлено, что в результате взаимодействий солитонных групп интенсивных волн на поверхности глубокой воды со стенкой и между собой они примерно восстанавливают свою структуру после столкновений, тем самым могут рассматриваться как квазисолитоны. С помощью численного моделирования обнаружены особенности форм максимальных волн и групп, связанные с нелинейностью, которые важны для описания механизмов генерации, проявления и краткосрочного прогноза аномально высоких волн («волн-убийц»). При столкновениях солитонных групп амплитуда волн может вырастать в 2.5 раза.

11. Построена модель разлёта сверхтекучего ультрахолодного ферми-газа атомов из сильно анизотропной дископодобной ловушки после её мгновенного отключения. В рамках модели объяснены данные эксперимента (Phys. Rev. A. 2016. 93, 011603(R)).




4.2.2. Программа фундаментальных исследований Президиума РАН

«Экспериментальные и теоретические исследования объектов Солнечной системы и планетных систем звезд. Переходные и взрывные процессы в астрофизике»

(тема 0035-2015-0002)
НИР № 5344031 «Астрономия-РАН-2015»

«Переходные и взрывные процессы на магнитных вырожденных звёздах, звёздах поздних спектральных классов и в источниках гамма-всплесков»

Руководитель: академик В. В. Железняков.

Проект 1. Исследование влияния циклотронного излучения на функцию распределения электронов в замагниченной плазме атмосфер вырожденных звёзд.

Научн. рук. ― Вл. В. Кочаровский, отв. исп. ― М. А. Гарасёв, Е. В. Деришев.

Показано, что в условиях, когда сила давления излучения в линии циклотронного резонанса превышает долю 0,001–0,01 от силы тяжести, равновесная функция распределения электронов в плазме атмосфер нейтронных звёзд и белых карликов сильно отклоняется от тепловой (максвелловской). Это приводит к изменению непрозрачности плазмы, которая теперь зависит от спектра излучения.

Проект 2. Исследование условий формирования микроволновых всплесков радиоизлучения пульсара в Крабовидной туманности.

Научн. рук. ― В. В. Железняков, отв. исп. ― П. А. Беспалов.

Определены основные параметры источника в виде токового слоя с поперечным магнитным полем, объясняющие наблюдаемые характеристики квазигармонических всплесков в составе промежуточных импульсов микроволнового излучения пульсара в Крабовидной туманности.

Проект 3. Поляризационные эффекты при формировании излучения в континууме одиночных белых карликов с сильным магнитным полем.

Научн. рук. ― В. В. Железняков, отв. исп. ― С. А Корягин.

Для условий фотосфер одиночных магнитных белых карликов показано, что как в классическом, так и квантовом случаях длительное квазипериодическое движение электрона вблизи рассеивающего центра даёт определяющий вклад в столкновительное поглощение излучения нормальных волн по сравнению с хаотическим квазисвязанным движением электрона около ядра при лобовых столкновениях.

Проект 4. Исследование взрывных процессов нагрева плазмы и ускорения частиц в магнитных петлях на звёздах поздних спектральных классов.

Научн. рук. ― В. В. Зайцев, отв. исп. ― П. В. Кронштадтов.

Установлена возможность существования в активных областях коричневых карликов системы горячих корональных петель с магнитными полями порядка 1 кГс и с электрическим током до 1012 А, генерируемым фотосферной конвекцией. Доказана эффективность нагрева плазмы до 2 × 107 К внутри петель за счёт диссипации токов.
Проект 5. Феноменологическая модель излучения релятивистских ударных волн.

Научн. рук. ― Вл. В. Кочаровский, отв. исп. ― Е. В. Деришев.

Выполнен приближенный аналитический расчёт функции распределения электронов и позитронов перед фронтом релятивистской ударной волны в источниках гамма-всплесков для случая, когда собственное обратное комптоновское излучение частиц в отходящем плазменном потоке является источником высокоэнергичных фотонов, рождающих пары.
НИР № 5084201 "ПСС-2015"

"Плазменные и плазменно-волновые явления в Солнечной системе"

Научный руководитель д.ф.-м.н. Демехов А.Г.

В 2017 году работы велись по следующим направлениям Программы:

2. Солнце и гелиосфера

2.12 Исследование ультратонких хромосферных петель и их вспышечной активности

Исследовано изменение с высотой толщины магнитных петель с электрическим током в солнечной атмосфере. Учитываются два инварианта — сохранение потока продольного магнитного поля через поперечное сечение трубки и сохранение величины электрического тока через поперечное сечение. Показано, что если газокинетическое давление внутри трубки мало по сравнению с давлением продольного магнитного поля, то толщина трубки не меняется с высотой в короне, что характерно для большинства наблюдаемых в короне магнитных петель. В противоположном случае, когда газокинетическое давление превышает давление продольного магнитного поля, толщина трубки увеличивается с высотой с масштабом удвоенной шкалы высоты неоднородной атмосферы. Увеличение толщины с высотой характерно для некоторых послевспышечных петель, характеризующихся повышенными значениями температуры и концентрации плазмы.

4. Планеты-гиганты, их спутники и кольца

4.1 Исследование тонкой структуры спектров радиоизлучения Солнца и Юпитера как источника информации о физических процессах в солнечной короне и магнитосфере

Впервые получены динамические спектры декаметрового радиоизлучения Юпитера в декаметровом диапазоне с тонкой структурой типа "зебра" — системы дрейфующих во времени квазигармонических полос повышенной яркости. Проведен систематический анализ параметров таких динамических спектров. Дана интерпретация механизма формирования обнаруженной тонкой структуры на основе эффекта двойного плазменного резонанса на ионных циклотронных гармониках.

6. Магнитосфера

6.7 Коллективные процессы в плазменном магнитосферном мазере и вблизи него

Рассмотрены процессы формирования мелкомасштабных нестационарных плазменных структур в зоне сравнительно сильных продольных электрических токов. Показано, что возникновение структур связано с неустойчивостью плотности, развивающейся при превышении токовой скоростью критического значения. Наиболее благоприятные условия для развития неустойчивости могут реализовываться в области разреженной плазмы. Для начальной нелинейной стадии развития структуры выполнены численные расчеты. Получены оценки основных параметров структуры — времени ее формирования и разрушения, пространственных масштабов и электрического поля. Свойства структур согласуются с известными результатами космических экспериментов в зоне авроральных продольных токов Земли.

9. Методы исследований Солнечной системы

9.3 Антенная диагностика неравновесных электромагнитных излучений и параметров околоземной плазмы и плазмы солнечного ветра

Рассмотрена трехмерная ассиметричная электронная диффузионная область, формируемая в результате процесса магнитного пересоединения в потоке горячей бесстолкновительной плазмы при взаимодействии источника намагниченности с магнитным и тороидальным моментами в своем составе. В отличие от известных МГД подходов, в проведенном кинетическом рассмотрении удается получить удобное для анализа и сопоставления со спутниковыми данными фурье-представление магнитостатического поля в пространстве волновых чисел.

4.2.3. Программа фундаментальных исследований Президиума РАН

«Наноструктуры: физика, химия, биология, основы технологий»

(тема 0035-2015-0003)
НИР № 4664331 «ПРИ-2015»

«Перспективные режимы импульсной генерации сверхизлучающих гетеролазеров с непрерывной накачкой и новые методы описания их динамических спектров на основе мод с переменной пространственно-временной структурой»

Руководитель: член-корреспондент РАН Вл.В. Кочаровский

Согласно обзору [1], недавняя экспериментальная реализация суперфлюоресценции (коллективного спонтанного излучения Дике при импульсной накачке) в ряде полупроводниковых структур свидетельствует о возможности создания сверхизлучающего гетеролазера с непрерывной накачкой. Нами впервые продемонстрировано, что исследование режимов его генерации, имеющей сложный многомодовый импульсный характер, может быть основано на анализе динамических спектров поляризации, т.е. спектрально-временной динамики оптических дипольных колебаний активных центров, обладающих различными собственными частотами в рассматриваемом случае неоднородного уширения спектральной линии активной среды. Путём сравнения динамических спектров поляризации активной среды и поля излучения выяснено, что поляризация в существенной мере определяет динамические свойства сверхизлучающего лазера, в котором время её некогерентной релаксации значительно превышает время жизни фотонов в модах резонатора. В результате показано, что предложенный подход на основе динамического спектра поляризации и разработанный нами ранее подход на основе эмпирических электромагнитных мод с переменной пространственно-временной структурой в существенной мере дополняют друг друга и их совместное использование является перспективным для развития приложений сверхизлучающих лазеров в задачах диагностики многочастичных процессов в сплошных активных средах, широкополосной динамической спектроскопии различных материалов и обработки и кодирования информации.


НИР № 4624333 «Наноскоп 2015»

«Развитие методов локализационной сверхразрешающей микроскопии с применением новых флуоресцентных маркеров»

Руководитель: д.ф-м.н. В.М. Геликонов

Проведено исследование, посвященное возможности определения цвета флуоресцирующей молекулы по форме её изображения, полученного с помощью микроскопа, в оптический путь которого был добавлен астигматический элемент. Исследования проводились на симулированных данных, полученных с помощью пакета программ [Erdélyi, M., Sinkó, J., Gajdos, T., & Novák, T. (2017, February). Enhanced simulator software for image validation and interpretation for multimodal localization super-resolution fluorescence microscopy. In Proc. of SPIE Vol (Vol. 10071, pp. 100710X-1).]. Было показано, что использование разработанного в предыдущем году метода оценки фонового излучения позволяет уменьшить дисперсию распределений параметров излучения флуорофора, определенных методом максимального правдоподобия. Это позволяет разделить изображения флуорофоров, излучающих на различных длинах волн, при этом в качестве параметров, характеризующих молекулу одного цвета могут быть использованы определенные размеры изображения молекулы вдоль ортогональных латеральных осей. Количество ложноопределенных молекул может быть уменьшено, если в качестве дополнительного параметра использовать количество фотонов, эммитированных молекулой. При экспериментальной апробации разработанного метода обнаружены технические сложности, связанные с необходимостью вызвать характерное мигание двух различных флуорофоров, помещенных в одну и ту же среду.

4.2.4. Программа фундаментальных исследований Президиума РАН

«Химический анализ и исследование структуры веществ: фундаментальные основы и новые методы» (тема 0035-2015-0004)
НИР № 344343 «Анализ»

«Развитие спектроскопических методов анализа высокочистых газообразных гидридов и фторидов различного изотопного состава и исследования механизмов плазмохимических реакций с их участием»

Руководитель: к.ф.-м.н. Кошелев М.А.

Проведен анализ экспериментальных спектров смеси SO2 и Ar, полученных с помощью РАД спектрометра и гиротронного комплекса при различных значениях мощности излучения и давления аргона в смеси с учетом аппаратной функции спектрометра. Обработка спектров модельной функцией на основе суммы контуров Лоренца позволила: (а) достоверно определить выигрыш в чувствительности спектрометра - при повышении мощности сканирующего излучения на три порядка чувствительность также увеличивается на три порядка; (б) выявить причину ограничения дальнейшего роста чувствительности спектрометра при повышении мощности излучения – эффект насыщения линий, обусловленный выравниванием населенностей уровней под воздействием мощного излучения. Минимизировать влияние эффекта насыщения можно выбором молекулы и спектрального перехода (с меньшей величиной матричного элемента дипольного момента) и условий наблюдения (давление). Важным результатом проведенных исследований является то, что полученный за счет «силового» метода выигрыш в чувствительности спектрометра может быть объединен с другими методами, например, увеличением длины взаимодействия излучения с газом, уменьшением акустического шума. Это позволит достигнуть рекордных значений чувствительности метода РАД, что актуально для задач газового анализа.


4.2.5. Программа фундаментальных исследований Президиума РАН

«Экстремальное лазерное излучение: физика и фундаментальные приложения»

(тема № 0035-2015-0005)




Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3   4   5


База данных защищена авторским правом ©grazit.ru 2019
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал