Личный кабинет
Адрес e-mail:
Регистрация Забыли пароль?

Научная деятельность

Печать DOC PDF
Исследование природы коллективных электронных взаимодействий в новых перспективных материалах, в том числе:   

    1. Механизмы сверхпроводимости в соединениях на основе меди и железа, а также в органических сверхпроводниках.
    2. Механизмы фазовых переходов и природа коллективных возбуждений в системах с несколькими конкурирующими параметрами порядка (манганиты, мультиферроики).
    3. Коллективные возбуждения в органических низкоразмерных проводниках и сверхпроводниках.
Актуальность предполагаемых исследований обусловлена тем, что характерные энергии возбуждений основного состояния (энергетические щели и псевдо-щели, коллективные моды, частоты релаксации носителей) представленных объектов составляют порядка миллиэлектронвольта, т.е. как раз соответствуют энергии кванта ТГц излучения. В то же время, проводящие и в особенности сверхпроводящие материалы являются предельно сложными объектами для ТГц исследований. Поэтому соответствующие надёжные экспериментальные данные в литературе практически отсутствуют, что сдерживает прогресс в понимании фундаментальных процессов, лежащих в основе изучаемых явлений.

Конкретные задачи и цели, ориентировочные сроки их достижения. Получение новой информации о микроскопических механизмах проводимости и сверхпроводимости в новых высокотемпературных сверхпроводниках на основе железа и в купратах; исследование механизмов фазовых переходов и природы коллективных возбуждений в передопированных манганитах RE1-xMxMnO3  (x>0.5, RE — редкая земля, M — щелочной металл), в семействе шпинелей (Co, Ni, Fe) Cr2O4, Sr3Co2Fe24O41 и в семействе органических проводников и сверхпроводников на основе солей BEDT; исследование природы основного состояния топологических изоляторов различных составов. Предполагается получение высококачественных образцов ряда уникальных соединений, их характеризация (методами рентгеноструктурного анализа, малоуглового рассеяния нейтронов и малоуглового рентгеновского рассеяния, статические измерения и т.д.) и проведение первых измерений ТГц-ИК спектров проводимости и диэлектрической проницаемости в широком интервале температур (5К – 300К) и, при необходимости, магнитных полей (0 – 5Тесла).

Исследование физических свойств объектов на нано- и суб-нано масштабах.   
 
    1. Динамика одиночной молекулы воды в нано-размерной полости в кристалле.
    2. Динамика молекулярных кластеров, изолированных в нано-размерных порах.
    3. Терагерцовая электродинамика нано-гетероструктур с квантовыми точками.
Актуальность предполагаемых исследований. В условиях, когда исследуемый объект состоит из количества молекул, значительно меньшего, чем 1023 см-3, его свойства могут стать кардинально отличными от его свойств в «массивном» (bulk) состоянии. Знание специфики таких свойств чрезвычайно важно для понимания поведения молекул на двумерных интерфейсах, в нано-полостях, нано-трубках, либо организованных в плоскости/цепочки. Особая роль отводится водяным молекулам и кластерам. Область интересов относится к физике, химии, биологии, геологии, астрофизике. Надёжный экспериментальный материал в литературе сегодня практически отсутствует. 

Конкретные задачи и цели, ориентировочные сроки их достижения. Задачи данного проекта состоят в исследовании: а) природы низкоэнергетических возбуждений одиночной молекулы воды, помещённой в суб-наноразмерную полость кристаллической решётки берилла Be3Al2Si6O18; б) коллективного поведения кластеров H2O, располагающихся в объёмных и протяжённых полостях в цеолитах, фуллеренов и углеродных нанотрубок; в) механизмов проводимости гетероструктур Ge/Si с упорядоченными массивами квантовых точек Ge.

Терагерцовая спектроскопия биологических молекул, систем и материалов.   
 
    1. Динамика цепей молекул воды в биологических системах транспорта ионов.
    2. Динамика отдельных доменов ферментативных систем.
    3. Выяснение механизмов дальнего электронного и ионного переноса в природных биологических и в искусственных биосовместимых системах.
Актуальность предполагаемых исследований. Вода является важнейшим компонентом белковых и нуклеопротеидных комплексов биологических систем. Она несет на себе как структурную, так и функциональную нагрузку, принимает непосредственное участие в каталитических процессах. После успехов последних двадцати лет в области кристаллизации белков, в первую очередь трансмембранных транспортных систем, стала очевидна колоссальная роль воды в механизмах транспорта иона водорода и других катионов. Фактически, благодаря данным рентгеноструктурного анализа удалось наблюдать образование цепей из связанных с белком молекул воды, соединенных водородными связями, «прошивающих» мембрану насквозь. Количество молекул воды в такой цепи может доходить до 12–15. С большой вероятностью такой кластер образует единую колебательную систему с характерными резонансами в терагерцовом диапазоне. Выявление соответствующих резонансов даст новое более глубокое понимание энергетики множества важнейших биологических процессов, связанных с запасанием химического потенциала на мембране и разделением ионов в мембранных системах. В свою очередь, эта информация важна для создания высокоэффективных искусственных мембранных систем трансформации энергии, в том числе для мембранных топливных элементов.

Не менее интересным представляется выяснение механизма недавно открытой дальней электронной проводимости в бактериальных синцитиях. Природа переносчика электронов в таких системах, а также механизм распределения полученной энергии между клетками-участниками синцития остаются не известными. Метод терагерцовой спектроскопии способен дать ключевую информацию о характере проводника, его аналогах в неживой природе. Наконец, спектроскопия в терагерцовом диапазоне может служить прекрасным неповреждающим инструментом для анализа содержания воды в пораженных тканях организма, клеточных культурах, продуктах питания. Подобная информация важна, например, при определении характера поражения кожных покровов, определении типа онкологического заболевания кожи, поскольку различные виды опухолей характеризуются вполне определенной массовой долей воды в своём составе.

Конкретные задачи и цели, ориентировочные сроки их достижения. В ближайшие 2–3 года будут изучены основные колебательные моды ферментов дыхательной цепи митохондрий, являющихся наиболее распространенными ионными транспортерами в живой природе. Также будет оценена зависимость эффективности работы митохондриальных протонных помп, встроенных в искусственные мембраны, от количества воды в системе и интенсивности соответствующих колебательных мод. Также методами терагерцовой микроскопии, атомно-силовой микроскопии, спектроскопии одиночных молекул будет проведено исследование природы электронного переносчика в синцитиях бактерий Desulfobulbus. На основе полученных фундаментальных результатов будут предложены прикладные разработки, использующие природные механизмы высокоэффективного электрогенного трансмембранного транспорта ионов для целей мембранной энергетики и других приложений. Выяснение механизма дальнего электронного транспорта в синцитиях может послужить основой для создания биосовместимых электрон-проводящих материалов нового типа.

Характеризация и диагностика промышленных материалов и структур.  
 
    1. Диэлектрические подложки для высокотемпературных сверхпроводящих плёнок.
    2. Элементарные полупроводники, полупроводниковые соединения.
    3. Диэлектрики с высокими значениями диэлектрической проницаемости.
    4. Многослойные диэлектрические и полупроводниковые структуры и покрытия.
Актуальность предполагаемых исследований. В условиях, когда быстродействие устройств и узлов современной микро- и опто-электроники повышается и соответствующие частоты уже приближаются к терагерцовым, особо важным становится знание диэлектрических параметров (поглощение, диэлектрическая проницаемость) используемых материалов. На сегодня ЛОВ-спектроскопия остаётся единственной методикой, которая дает возможность охарактеризовать диэлектрические характеристики самых разных промышленных материалов на количественном уровне. Точность определения характеристик значительно превосходит ту, которую обеспечивают TDS-спектрометры, в особенности на суб-ТГц частотах (ниже 200–300ГГц).

Конкретные задачи и цели, ориентировочные сроки их достижения. Целью данного проекта является получение надёжных количественных данных по диэлектрическим свойствам (диэлектрическая проницаемость, тангенс угла потерь) соединений, перспективных для применений в современной микро- и оптоэлектронике. В интересующем интервале температур будут выполняться измерения ТГц-субТГц диэлектрических параметров соединений, перспективных для соответствующего использования: MgO, SrLaAlO4, DyScO3, SrTiO3 и других.

Аппаратура и методика терагерцового диапазона частот.   

    1. Разработка и оптимизация методик для количественных диэлектрических измерений ТГц параметров жидких материалов.
    2. Разработка программного обеспечения, предназначенного для анализа и обработки ТГц спектров материалов и слоистых систем.
    3. Разработка и совершенствование аппаратуры и узлов ТГц спектрометров.
    4. Разработка бортовых гетеродинных спектрометров терагерцового диапазона для космических аппаратов.
    5. Применение гетеродинной и волноводной техники в инфракрасном и оптическом диапазонах спектра.
Актуальность предполагаемых работ. Накопленный передовой опыт ТГц спектрометрии позволяет коллективу предполагаемой к созданию Лаборатории делает возможными работы по дальнейшему совершенствованию уникальных аппаратуры и методик. Целью при этом являются расширение спектра доступным для исследования объектов и структур, области изменения внешних воздействий (температуры, магнитного поля, давления), повышение быстродействия и автоматизация процессов измерения и анализа данных.

Конкретные задачи и цели, ориентировочные сроки их достижения. Задача данного проекта состоит в разработке новых методик для количественных измерений, в том числе низкотемпературных, ТГц диэлектрических параметров жидких материалов различного происхождения, в том числе биологического. Эти работы будут включать разработку кюветных узлов и программного обеспечения для обработки экспериментальных спектров соответствующих многослойных систем, содержащих исследуемые объекты в виде составных компонентов. При этом может возникнуть необходимость в создании принципиально новых измерительных схем и конфигураций.

Использование ТГц излучения и его свойств в образовательном процессе.  

    1. Работа с Лабораторным практикумом на основе ТГц-субТГц излучения.
    2. Разработка новых экспериментов Лабораторного ТГц практикума.
    3. Разработка набора демонстрационных программ.
Актуальность предполагаемых работ. Приобретённый опыт работы с ТГц и суб-ТГц волнами сделал возможным создание комплекса лабораторных экспериментов, при выполнении которых студентами приобретаются знания по основам электродинамики и по электродинамическим свойствам материалов и структур. Основное достоинство практикума состоит в том, что длина волны используемого излучения составляет 2мм, что намного снижает требования к юстировке элементов по сравнению с аналогичными экспериментами с видимым излучением. Предполагается разработка новых экспериментов.

Конкретные задачи и цели, ориентировочные сроки их достижения. Задачи данного проекта состоят в оптимизации процесса обучения, основанного на использовании набора квазиоптических экспериментов, и на разработке новых экспериментальных упражнений. Кроме того, представляет интерес разработка пакета программного обеспечения для изучения интерференционных эффектов в многослойных структурах, содержащих в качестве составных элементов среды различных типов — диэлектрики, проводники, сверхпроводники, среды с резонансным и переторможенным поглощением, магнитными линиями поглощения.

Дистанционное зондирование и астрофизические исследования в терагерцовом диапазоне.
  
    1. Вращательные и колебательно-вращательные спектры молекул
    2. Субмиллиметровая астрофизика
    3. Прямые и обратные задачи дистанционного зондирования в терагерцовом диапазоне
    4. Экзосферы безатмосферных космических тел — ключ к их внутреннему строению
 
Если вы заметили в тексте ошибку, выделите её и нажмите Ctrl+Enter.

МФТИ в социальных сетях
soc-vk soc-fb soc-tw soc-li soc-li soc-yt
Яндекс.Метрика