Руководитель направления Черепенин Владимир Алексеевич г.н.с., д.ф.-м.н., академик РАН эл. почта: cher@cplire.ru

Изучаются новые принципы получения мощного когерентного излучения, в том числе генерация электромагнитных волн релятивистскими электронными потоками в различных электродинамических структурах, ускорение электронных сгустков твердотельной плотности до релятивистских энергий мощными фемтосекундными лазерными импульсами и последующее рассеяние на них электромагнитных волн с целью получения когерентного террагерцового, рентгеновского или гамма-излучения, а также другие способы получения мощного излучения. Предлагаются новые области применения мощного электромагнитного излучения.

Руководитель направления Вдовин Владимир Александрович в.н.с., к.ф.-м.н. эл. почта: vdv@cplire.ru

Экспериментальные исследования нетеплового воздействия мощных электромагнитных импульсов на искусственные среды, например, элементную базу полупроводниковой электроники и биоподобные материалы типа нанокомпозитных липосом, а также естественные среды, в том числе горные породы благородных металлов, сельхозпродукцию (лен, продукты питания), биологические объекты (онкологические образования).
Экспериментальные и теоретические исследования взаимодействия СВЧ излучения с плоскими проводящими слоями, включая металлические пленки нанометровой толщины, напыленные на диэлектрические подложки.

Руководитель направления Корниенко Владимир Николаевич c.н.с., к.ф.-м.н. эл. почта: korn@cplire.ru

Разработка новых алгоритмов и компьютерных программ для решения задач самосогласованного коллективного взаимодействия электронов и электромагнитного поля. Исследование физических процессов путем реализации задач вычислительного эксперимента на суперкомпьютерах.

Руководитель направления Корженевский Александр Владимирович в.н.с., д.ф.-м.н. эл. почта: korjenevsky@cplire.ru

Теоретические и экспериментальные исследования новых методов квазистатической томографии, включая электроимпедансную, магнитоиндукционную и электрополевую. Разработка и реализация практически важных алгоритмов решения обратных задач в этой области.

Руководитель направления Зиглин Сергей Львович в.н.с., д.ф.-м.н.

Строгие доказательства отсутствия дополнительного первого интеграла в классических математических задачах механики.

Руководитель направления Олейников Александр Яковлевич г.н.с., д.т.н., Заслуженный деятель науки РФ, лауреат премии Совета министров СССР, председатель подкомитета ПК206/ТК22 «Интероперабельность» Росстандарта эл. почта: olein39@gmail.com

Интероперабельность (interoperability) - способность двух или более информационных систем или компонентов к обмену информацией и к использованию информации, полученной в результате обмена. В основе обеспечения интероперабельности лежит использование стандартов информационно-коммуникационных технологий. Обеспечение интероперабельности - одно из ключевых направлений информационных технологий в настоящее время. Институт считается головной организаций по этому направлению, и на него возложено ведение технического подкомитет ПК 206/ТК22 «Интероперабельность».

Руководитель направления Мошков Александр Владимирович c.н.с., к.ф.-м.н. эл. почта: omxela@rambler.ru

Численное моделирование излучения и распространения радиоволн низкой и сверх низкой частоты в околоземном пространстве, в том числе, при наличии сильных локальных возмущений атмосферы, с целью обеспечения устойчивой радиосвязи, а также диагностики атмосферных возмущений.

Руководитель направления Шитов Сергей Витальевич в.н.с., д.ф.-м.н.

Разрабатываемая нами технология Radio Frequency Transition Edge Sensor призвана продемонстрировать слияние лучших свойств таких зрелых технологий как TES, MKID и HEDD. Из технологии TES заимствован режим работы вблизи критической температуры сверхпроводящей пленки, из технологии MKID – управление добротностью микрорезонатора, из технологии HEDD – разогрев микропоглотителя с электронным газом, объем которого определяет чувствительность детектора. Фундаментальные преимущества RFTES технологии можно определить как предельно высокая чувствительность, которая может определяться счетным числом электронов, наряду с удобством интеграции таких детекторов в изображающие FDM матрицы с частотами считывания ~1 GHz, которые пригодны для фундаментальных исследований Вселенной, в том числе, с борта космических обсерваторий.

Исследованы эффекты активация нанокомпозитных липосомальных капсул (НЛК) в проводящей водной среде наносекундными электрическими импульсами. В системе, моделирующей водные биологические среды, показана возможность активации нанокомпозитных липосомальных капсул, содержащих на внешней и внутренней поверхностях липосомальной мембраны сферические электропроводящие наночастицы, с помощью внешнего ультракороткого электрического воздействия. Показана ключевая роль проводящих наночастиц в повышении чувствительности НЛК к внешнему ультракороткому электрическому воздействию.

Рис.1. Схема экспериментального стенда для исследования ультракороткого импульсного электрического воздействия в режиме электропорации на водные суспензии НЛК.

Рис.2. Характерная осциллограмма электрического импульса на электродах с исследуемым образцом.

• Гуляев Ю.В., Черепенин В.А., Таранов И.В., Вдовин В.А., Хомутов Г.Б. Активация нанокомпозитных липосомальных капсул в проводящей водной среде ультракоротким электрическим воздействием. Радиотехника и электроника, том 66, № 1, с. 82-90
• Гуляев Ю.В., Черепенин В.А., Таранов И.В., Вдовин В.А., Хомутов Г.Б. Воздействие ультракоротких электрических импульсов на нанокомпозитные липосомы в водной среде // Радиотехника и Электроника. 2020. Том 65. № 2. С. 189-196

Теоретически и экспериментально изучены механизмы пробоя воздуха и жидкости мощными наносекундными импульсами. Исследован электрострикционный механизм пробоя в полярной жидкости при воздействии высоковольтного импульса напряжения наносекундной длительности. Проведен численный анализ нестационарного движения жидкости в системе острие – плоскость при приложении импульса с пиковым напряжением 30 кВ и длительностью 6 нс. Показано, что вблизи острийного электрода образуются полости, где возможно инициирование пробоя. Оценены размеры таких полостей и сформулированы необходимые условия их образования. Измерены профили импульсов напряжения и тока при пробое в воздухе и воде. Скорость развития пробоя в воздухе определена по временной задержке импульсов шунта разрядного тока, зарегистрированных при различных межэлектродных расстояниях.

Рис. Распределение суммарного давления, величина которого ниже уровня -30 МПа в плоскости XOZ эллипсоидального электрода через 1 (а) и 2 нс (б) после подачи импульса напряжения. В области I находится электрод, в области II – вода.

• В.Г. Андреев, В.А. Вдовин. Развитие пробоя в воздухе в сильно неоднородном поле импульса наносекундной длительности// Радиотехника и Электроника. 2019. Т.64. № 10. С. 996–1001
• Андреев В.Г., Вдовин В.А., Корниенко В.Н. Электрострикционный механизм пробоя жидкости в сильно неоднородном поле при воздействии наносекундного импульса напряжения. Радиотехника и Электроника. 2018. Т.63, № 8, С. 837–844

Разработан метод измерения оптических коэффициентов в волноводе нанометровых металлических пленок, напыленных на подложку. Изучена зависимость оптических коэффициентов ультратонких пленок меди толщиной 2 – 30 nm от толщины подложек в диапазоне частот 8.5 – 12.5 ГГц. Показано влияние толщины диэлектрической подложки на поглощающие и просветляющие свойства. Впервые зарегистрирован эффект экстремально малого отражения (0.06%) при падении волны частоты 11.54 GHz на плёнку толщиной 7.9 nm со стороны 4-mm подложки. Показано, что частотный диапазон, где наблюдался эффект минимального отражения, превышает полосу просветления диэлектрической пластины с полуволновым резонансом.
Для анализа свойств нанометровых металлических плёнок был разработан новый метод, заключающийся в использовании приближённых граничных условий, которые «сшивают» амплитуды электромагнитной волны по обе стороны плёнки. Метод позволяет исследовать плёнки, находящиеся как в свободном пространстве, так и в волноводах. Новизна предлагаемых граничных условий заключается в том, что они разработаны специально для анализа оптических коэффициентов неоднородных нанометровых слоёв. Используемые граничные условия применимы для ультратонких металлических слоёв с произвольной внутренней структурой и поверхностной морфологией, что является крайне важным преимуществом.
Обнаружено влияние внутреннего размерного эффекта в поликристаллических плёнках металлов на величину параметра , определяющегозависимости коэффициентов отражения, прохождения и поглощения электромагнитных волн СВЧ диапазона от толщины плёнок.Установлена зависимость от параметров, определяющих скорость роста и предельно достижимые размеры кристаллитов, позволившая выявить влияние микроструктуры плёнок на зависимости упомянутых коэффициентов от толщины.Опираясь на обнаруженный характер зависимости от параметров теории внутреннего размерного эффекта и структурных характеристик плёнки, предложены практические рекомендации, позволяющие выбирать металлы, наиболее оптимальные для создания покрытий электромагнитной защиты.

Рис. Пример зависимости коэффициентов R,T,A от частоты, измеренные для плёнки 8.6 nm на 8-mm подложке (комбинация 4+4mm). Штриховой линией показана рассчитанная зависимость коэффициента отражения чистой 8-mm подложки (а). Зависимости коэффициентов R_qf, T_qf и A_qf от толщины плёнки, измеренные на частоте 10.5 GHz (b).

• В.Г. Андреев, В.А. Вдовин, П.С. Глазунов, И. И. Пятайкин, Ю.В. Пинаев. Влияние толщины диэлектрической подложки на поглощающие и просветляющие свойства ультратонких плёнок меди. Оптика и спектроскопия, 2022, том 130, вып. 9, с. 1410-1416
• Глазунов П.С., Вдовин В.А., Андреев В.Г. Приближённые граничные условия для задачи нахождения оптических коэффициентов ультратонких металлических плёнок в СВЧ и ТГц диапазонах // Оптика и спектроскопия, 2020, том 128, № 9, с. 1327-1336
• Пятайкин И.И. Влияние внутреннего размерного эффекта в поликристаллических плёнках металлов на коэффициенты отражения, прохождения и поглощения в них электромагнитных волн СВЧ диапазона. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2020. №10.

Обнаружено влияние органических покрытий нанометровой толщины на классический размерный эффект в плёнках золота. Установлено, что нанесение нанослоёв Ленгмюра-Блоджетт (ЛБ) на основе амфифильных производных диметилтетратиафульвалена (DMTTF) и тетрацианохинодиметана (TCNQ) на поверхность золотой плёнки увеличивает зеркальность отражения электронов проводимости от этой поверхности и тем самым ослабляет размерный эффект, что в конечном итоге приводит к уменьшению остаточного сопротивления образца. Достигнутое с использованием ЛБ технологии уменьшение величины сопротивления золотых плёнок при гелиевых температурах позволило выявить особенности электронного транспорта в них, обусловленные эффектом Кондо, которые были «погребены» под остаточным сопротивлением и никак не проявляли себя до нанесения ЛБ покрытия. Обнаруженная возможность ослабления влияния классического размерного эффекта на электронный транспорт в плёнках золота может быть полезной при исследовании тонких интерференционных эффектов электрон - электронного и электрон - примесного взаимодействия в Au, поскольку уменьшение остаточного сопротивления образцов способно значительно повысить точность измерений. Обнаруженный эффект может повлиять на такие важные параметры, характеризующие взаимодействие электромагнитных волн СВЧ диапазона с золотыми плёнками, покрытыми ЛБ нанослоями, как коэффициенты отражения, прохождения и поглощения, поскольку эти коэффициенты в значительной мере определяются классическим размерным эффектом.

Рис. 1. Температурная зависимость сопротивления квадрата золотой плёнки до нанесения ЛБ покрытия (открытые кружки) и после (закрашенные кружки). Правая ось: четырёхконтактное сопротивление исследуемой структуры.

• Галчёнков Л.А., Пятайкин И.И. Увеличение зеркальности отражения электронов проводимости в плёнках золота, покрытых нанослоями Ленгмюра - Блоджетт. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2019. № 11. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/nov19/6/text.pdf

Проведены численные расчеты продолжительности крупномасштабных замираний электромагнитных волн с частотами 1…10 кГц при прохождении плоского неоднородного слоя нижней ионосферы в присутствии сильного локального возмущения атмосферы. Использована модель возмущения в виде точечного источника энергии Q на начальной высоте h₀ над поверхностью земли. Показано, что при h₀ < 50 км продолжительность замираний не превышает 2 мин. При увеличении h₀ выше некоторого критического значения горизонтальный размер возмущения существенно уменьшается, что приводит к уменьшению времени затухания радиоволн до десятков секунд при h₀ > 80 км. На рисунке представлена зависимость максимального времени замираний сигнала от начальной энергии Q при h₀ = 1 (1), 5 (2), 10 (3), 20 (4) 30 (5) и 40 км (6).

• Мошков А.В. Оценка длительности замираний радиоволн низкой частоты в волноводе "Земля-ионосфера" под влиянием сильного локального возмущения в атмосфере // Радиотехника и Электроника 2022. Т. 67. № 11. С. 1127-1132

Разработан единый подход к обеспечению интероперабельности информационных систем самого широкого класса, включая самые сложные. Этот подход оформлен в виде национального стандарта ГОСТ Р 55062, который не имеет прямых зарубежных аналогов и относится к стандартам двойного назначения. Имеются документальные подтверждения его востребованности, в первую очередь предприятиями ОПК.