Научные направления

Со дня своего основания кафедра Теоретической физики и прикладной математики одной из первых в стране начала заниматься теоретическими и экспериментальными исследованиями явлений ядерного магнитного резонанса, а также явлений оптической ориентации атомов. В круге интересов сотрудников кафедры сразу же оказались и проблемы практического применения этих явлений для создания квантовых магнитометров и гироскопов. Кроме того, на кафедре было начато теоретическое и экспериментальное исследование структурных переходов, магнитных явлений и процессов электронного переноса в переходных металлах и сплавах на их основе.

 

Сегодня теоретические и экспериментальные исследования явлений ядерного (ЯМР) и электронного магнитного резонанса (ЭПР) осуществляются в лаборатории магнитного резонанса и электроники под руководством к.ф.-м.н. С.Ф.Конев. Кроме того, лаборатория успешно работает над разработкой методов применения ЭПР и ЯМР для исследования физических свойств различных объектов, таких как меланопротеиновые волокна, углеродные ПАН волокна, а также для изучения динамики радикальных состояний в природных углях.

Еще одним важным научным направлением лаборатории магнитного резонанса и электроники является разработка портативного трехосевого гравиметра предназначенного для точного измерения гравитационного потенциала по трем взаимно перпендикулярным осям с возможностью длительной работы в полевых условиях в автономном режиме. Основная задача – создание на базе данного прибора малозатратного гравиметрического экспресс-метода выделения блокового строения геологического разреза, выделения зон его флюидонасыщения в нефтеразведке и оптимизации постановки сейсморазведочных работ.

Кроме того, сотрудниками лаборатории был создан измерительный комплекс «Паралюм-1» для экспресс определения концентрации водорода в расплаве металла и оценки ожидаемой пористости изделий из алюминия и его сплавов. Одним из главных достоинств прибора является возможность наблюдения за динамикой процесса кристаллизации металла при его затвердевании, получение данных о растворенном газе и прогнозирование пористости через 5 минут после заливки пробы.

 

В лаборатории оптической накачки ядер под руководством проф. Л.Н.Новикова продолжаются исследования физических явлений, состоящих в очень высокой степени поляризации электронных (щелочные металлы) или ядерных (ртуть, изотопы инертных газов) магнитных моментов атомов в газообразном состоянии при резонансном рассеянии атомами поляризованного оптического излучения. Работа по данному научному направлению на кафедре началась с 1961 года под руководством заведующего Георгия Викторовича Скроцкого. Благодаря его стараниям и поддержке французских коллег, в частности академика А.Кастлера, на кафедре был организован коллектив молодых талантливых экспериментаторов и теоретиков. Уже в первый год своей деятельности сотрудники лаборатории Л.Н.Новиков, А.Д.Витюков, Р.М.Амирханов, Л.Сокович, Т.Г.Изюмова создали установку для наблюдения эффектов оптической накачки атомов гелия.

В последующие десятилетия в результате выполнения целого ряда хоздоговорных работ лабораторией оптической накачки ядер были созданы приборы, нашедшие свое применение как в научных исследованиях, так и в народном хозяйстве и оборонной промышленности.

На рубеже веков руками сотрудников лаборатории была создана уникальная установка для изучения эффекта оптической поляризации атомов Cs¹³³ с высокой разрешающей способностью. Благодаря накопленной экспериментальной и теоретической базе в настоящее время в лаборатории оптической накачки ядер ведутся работы, целью которых является разработка макета квантового магнитооптического градиентометра с малой базой, представляющего собой устройство для регистрации и измерения разности значений магнитной индукции на базе от 5 см. и более с уровнем собственных шумов не более 500 фемтатесла. Принцип его действия основан на физическом явлении электронного магнитного резонанса в системе оптически ориентированных атомов Cs¹³³.

 

С 1981 г. на кафедре работает отраслевая научно-исследовательская лаборатория (ОНИЛ) квантовой магнитометрии (рук. – к.ф.-м.н. А.В.Сапунов). Основная задача – исследование квантовых магнитоизмерительных явлений (ДПЯ, ООА, ЭПР) в слабых постоянных магнитных полях с целью разработки новых магнитоизмерительных преобразователей для современных магнитометров.

Среди наиболее крупных достижений ОНИЛ можно отметить следующее:

– образцовый нанотеслометр МОП-1 аттестован по первому разряду и установлен на эталонной мере магнитного поля в г. Алма-Ата.

– аэромагнитометр ММВ-215 выпускается серийно заводом «Казгеофизприбор» и используется для геологической съемки в различных регионах страны. Он экспонировался на ВДНХ СССР с 1987 г.

– Пешеходный многоцелевой магнитометр ММП-203М с ДПЯ серийно выпускается заводом «Геологоразведка» (г. Санкт-Петербург).

На сегодняшний день разработанные магнитометрические комплексы продаются в США, Японию, Бельгию, Индию.

 

В 90-е гг. на кафедре было сформировано новое научное направление «Математическое моделирование физических процессов» (рук. – д.ф.-м.н., проф. В.Г.Мазуренко). Эта работа поддерживается грантами Российского фонда фундаментальных исследований и Министерства общего и профессионального образования России. Целью работы является создание пакетов прикладных программ для моделирования физических процессов. В рамках этого нового научного направления часть исследований связана с моделированием атомной структуры, колебательных спектров, транспорта электронов и переноса тепла в неупорядоченных системах (рук. – доцент, к.ф.-м.н. А.Н.Кислов).

 

Группа под руководством проф., д.ф.-м.н. В.В.Зверева проводит исследования динамической стохатизации в физических процессах. С помощью численного эксперимента и теоретически исследуется динамика систем с неустойчивым движением, возмущаемых внешним шумом.

 

Кроме того, в лаборатории рентгеноструктурного анализа (рук. к.ф.-м.н. А.И.Медведев) ведутся исследования веществ в нанокристаллическом состоянии. Сотрудники лаборатории занимаются изучением рентгеновскими методами фазового состава, особенностей кристаллического строения, дефектности и определением размеров частиц нанокристаллических материалов. Наряду с экспериментальной работой осуществляется большая работа в области компьютерного моделирования кристаллического строения наночастиц и рентгеновских дифракционных картин от них.

 

В 2006 г. сотрудниками кафедры был организован университетский центр параллельных вычислений (рук. – к.ф.-м.н. В.В.Мазуренко). Работа центра ведется по нескольким научным направлениям: в физике конденсированного состояния – исследование динамики решетки, электронной структуры и магнитных свойств наноматериалов, исследование электронной и магнитной структуры низкоразмерных квантовых магнетиков при помощи первопринципных методов, расчет электронной, магнитной и колебательной структуры квазикристаллов; в физике биологических систем – моделирование молекулы воды, молекулы кератина и различных форм молекулы ДНК. Кроме того, осуществляются теоретические расчеты в таких областях как экология и финансы (оценка рисков).