Закрыть
Авторизация
Логин:
Пароль:

Забыли пароль?

Основные направления фундаментальных и прикладных исследований ИТПЭ РАН


Тема 1
Фундаментальные исследования в области электрофизики и электродинамики композитных материалов, в том числе функционально нано-структурированных, а также метаматериалов с новыми электрофизическими, оптическими и радиофизическими свойствами.

В последние годы сформировалось мощное научное направление – исследование метаматериалов, которое объединяет усилия теоретиков, экспериментаторов и технологов, работающих в таких научных направлениях как электрофизика, электродинамика, радиофизика, оптика, нанотехнологии и материаловедение.

Метаматериалы – это композитные материалы, обладающие уникальными электрофизическими, радиофизическими и оптическими свойствами, отсутствующими в природных материалах. За последние годы число публикаций, посвященных этим материалам, экспоненциально растет в связи с открывшимися перспективами их использования. Новые свойства метаматериалов обусловлены резонансным взаимодействием электромагнитной волны, распространяющейся в гетерогенной среде, наполненной включениями, имеющими специальную форму, обеспечивающую резонансное возбуждение токов во включениях. Резонансное взаимодействие носит непотенциальный характер, что, наряду с интерференционными коллективными процессами, приводит к возникновению новых эффектов. В частности, метаматериалы могут обладать одновременно отрицательными магнитной проницаемостью и электрической восприимчивостью, вследствие чего возникают электромагнитные волны, у которых фазовая и групповая скорости имеют противоположные направления и в результате возникает отрицательное лучепреломление на границе двух сред.

До сих пор возникают дискуссии как на семинарах, так и на страницах научных журналов, на которых иногда с довольно субъективных позиций обсуждаются как история возникновения этого направления, так и принципиальные идеи, заложенные в его основу.        См. далее


Тема 2
Исследования магнитоактивных материалов, включая наномагнитные материалы, сверхпроводники, магнитные полупроводники.

В последние годы были созданы новые материалы, обладающие уникальными ранее не наблюдавшимися свойствами. Яркими примерами таких материалов являются высокотемпературные сверхпроводники, в том числе сверхпроводники на основе железа, графен и подобные ему двумерные системы, магнитные окислы с колоссальным магнитосопротивлением и другие. Описание микроскопических свойств и электродинамики подобных систем требует новых подходов, базирующихся на квантовой механике систем многих взаимодействующих частиц. Электронная и спиновая подсистемы в новых перспективных материалах во многих случаях проявляют тенденцию к самоорганизации. В результате спонтанно возникают пространственно-неоднородные магнитные или электронные наноструктуры.

В современной микроэлектронике размеры компонентов становятся столь малыми, что почти исчерпываются возможности обычных литографических методов. Их альтернативой выступают технологии, где пространственно-неоднородная структура возникает спонтанно, в результате самоорганизации сильно коррелированных частиц. Важной целью проводимых работ является исследование механизмов и необходимых условий, приводящих к самоорганизации, а также изучение электронных свойств возникающих состояний и их устойчивости по отношению к флуктуациям.     См. далее


Тема 3
Исследования, направленные на создание композитных материалов, технологии их формирования

Важнейшими направлениями деятельности Института являются исследования по созданию технологий формирования композитных материалов,  в том числе многофункциональных наноматериалов с новыми свойствами в радио-, микроволновом и оптическом диапазонах частот, предназначенных для нужд авиакосмической промышленности, приборостроения, энергетики, транспорта и медицины.
1. Композитные материалы (КМ) часто имеют преимущество перед однородными материалами в высоком электрическом сопротивлении, низком удельном весе, приемлемых механических свойствах, химической стабильности, более широких возможностях механической обработки. Электродинамические свойства КМ могут варьироваться в широких пределах при изменении концентрации и формы включений в результате их механической обработки и др.   См. далее


Тема 4
Разработка сверхчувствительных биологических и химических сенсоров на основе плазмонных и диэлектрических метаматериалов

Действие разрабатываемых сенсоров основано на гигантском усилении комбинационного рассеяния света плазмонными и диэлектрическими микро- и наноструктурами, входящими в их состав. Основой детектирующего устройства является пленка из оптически плотного диэлектрика (кремния, церия, полиметилметакрилата и др.) с микро- и наноразмерными включениями металла (серебра, золота, алюминия и др.). Металлические включения рассматриваются как наноскопические антенны, собирающие падающее излучение: аналогичным образом действуют включения из оптически плотного диэлектрика специфической формы.

Пленка, включающая резонаторные микро- и наночастицы металла и диэлектрика, модифицируется таким образом, чтобы молекулы анализируемых веществ располагались в непосредственной близости к поверхности.
  Посредством лазера производится облучение такой гибридной пленки световой волной, длина волны которой больше размера резонаторных включений. Взаимодействие электромагнитной волны с металлическими/диэлектрическими включениями приводит к возбуждению плазмонных/поляризационных колебаний в системе и усилению локального поля вблизи поверхности пленки. В результате сигнал гигантского комбинационного рассеяния света от размещенного на поверхности пленки анализируемого вещества возрастает на несколько порядков величины.

Таким образом, появляется возможность создания многопрофильных и высокочувствительных биоаналитических систем по определению широкого класса биохимических веществ, применяемых в разных областях, в частности, в медицинской области для определения различных биомаркеров.
Стоит отметить, что предлагаемая технология может быть применима в области предотвращения угрозы терроризма, распространения опасных и токсичных химических веществ, наркотических веществ, контроля качества сырья в различных отраслях промышленности.    
См. далее



Тема 5
Оптимизация радиотехнических характеристик антенно-фидерных систем и решение проблем электромагнитной совместимости


В последние годы вопросы электромагнитной совместимости (ЭМС) радиосистем приобретают все большее значение. Работы по проблемам ЭМС, проводимые во многих странах, включают в себя как разработку более помехозащищенных радиосистем, так и совершенствование методик их проектирования с целью минимизации создаваемых помех. Большое внимание в этих работах уделяется антеннам. В ИТПЭ РАН проводятся исследования, направленные как на доработку известных конструкций, так и на поиск новых, в том числе – радиопоглощающих структур, улучшающих радиотехническое качество антенн.

В антенной технике не теряет актуальность задача стабилизации ширины диаграм-мы направленности параболических антенн в широком диапазоне частот. В ИТПЭ РАН отработана новая технология решения этой задачи, в основе которой – нанесение на часть зеркала антенны специального РПМ с частотно-селективными свойствами.

Современные требования к радиотехническим системам заставляют уделять особое внимание проектированию радиопрозрачных укрытий (РПУ), которые необходимы для защиты антенных устройств от внешних воздействующих факторов. С целью минимизации влияние РПУ на характеристики антенны необходимо рассматривать его как неотъемлемую часть антенной системы. В ИТПЭ РАН на основе принципов физической оптики разработана методика расчета радиотехнических характеристик сложных многослойных РПУ произвольной формы, в том числе – с размещенными внутри стенки РПУ дифракционными решетками.  См. далее


Тема 6
Разработка и создание безэховых камер, предназначенных для изучения фундаментальных явлений дифракции и прохождения электромагнитного излучения через различные среды и структуры, а также анализа проблем электромагнитной совместимости

В настоящее время проблема исследований дифракции электромагнитной волны на объектах сложной формы представляет самостоятельную и интенсивно развивающуюся область теоретической и прикладной электродинамики. Знание точного поля рассеяния имеет широкий спектр применения и необходимо как для разработки антенных систем, так и для верификации новых электродинамических моделей.
    С целью получения достоверных данных об электромагнитном поле рассеянным объектом разработаны многочисленные методы теоретических и экспериментальных исследований дифракции электромагнитных волн. Однако задача дифракции и рассеяния электромагнитных волн реальными объектами, имеющими сложную форму и структуру, аналитически решена с приемлемой точностью только для весьма ограниченного круга объектов небольших размеров по сравнению с длиной волны. Поэтому большое внимание уделяется построению новых эффективных электродинамических моделей и экспериментальным методам исследования дифракции.
См. далее