Кафедра физики

Основными научными направлениями исследований проводимых на кафедре физики:

1. Изучение закономерностей зарождения и роста металлических, диэлектрических и полупроводниковых пленок.

Сотрудники кафедры участвуют в выполнении грантов Российского фонда фундаментальных исследований и Минобрнауки. Так, например, с 2013 годы выполнялись следующие темы «Получение и механические свойства многофазных градиентных наноструктур», «Субструктурный дизайн, получение и механические свойства многослойных градиентных наноструктур», «Установление закономерностей формирования и свойства керамических и композиционных покрытий на металлических медицинских имплантатах при фотонной активации процесса твердофазного синтеза». За данный период сотрудники участвовали в работе 33 Международных, Всероссийских конференций, симпозиумов, семинаров, опубликовали 49 печатных работ, в том числе в изданиях рекомендованных ВАК – 31. Было получены 3 патента РФ на изобретение.

-------

Кафедра физики (ул. 20-летия Октября, 84)

Научная деятельность

Преображенский М.А.

Научные интересы

Взаимодействие вещества с интенсивным (прежде всего – лазерным)  излучением.  В рамках этой проблематики Рассмотрен распад связанных состояний  электрона в потенциале изображения под действием однородного электрического поля. Решение задачи проведено квазиклассическим методом на основе согласования точного решения уравнения Шредингера для одномерного кулоновского потенциала вблизи металла и асимптотического квазиклассического выражения для волновой функции в подбарьерной области, переходящего в область неограниченного движения. Получены выражения для вероятности туннельного отрыва в единицу времени. Методом усреднения по периоду получена вероятность отрыва электрона низкочастотным электрическим полем.  Проведено численное сравнение вероятностей туннелирования  для  ряда начальных состояний, рассчитанных в моделях Бете и Смирнова-Чибисова. В квазиклассическом приближении установлено положение классических точек поворота движения электрона, связанного потенциалом изображения в электрическом поле произвольной напряжен­ности и направления и проанализировано их аналитическое поведение.  Получены аналитические аппроксимации точек поворота в широком диапазоне энергий электрона и напряженностей поля.  Показано,  что при совпадении направлений поля изображения и перпендикулярной поверхности проводника компоненты внешнего поля спектр энергий чисто дискретный и  реализуется механизм конфайнмент электрона, определяющийся одномерным характером движения.  Определена зависимость ширины области конфайнмента от напряженности поля и энергии электрона. Сформулировано точное квазиклассическое условие квантования. Выполнены численные расчеты зависимости энергии электрона от напряженности поля.  Для отрицательных энергий  найдены коэффициенты разложения   энергии электрона по целым и полуцелым степеням напряженности поля. Показано, что различие между линейным эффектом Штарка, рассчитанным по теории возмущений, и квазиклассическим сдвигом энергии  в слабом поле быстро спадает с ростом квантового числа уровня.  При больших значениях квантовых чисел  уравнение квантования выражено через элементарные функции. Сформулирован  итерационный алгоритм решения уравнения квантования.   Значения энергии определены с точностью до второй итерации. Показано, что для больших квантовых чисел  зависимость энергии электрона от напряженности  поля является степенной. Получена двухпараметрическая аналитическая аппроксимация итерационной поправки к энергии. Определено граничное значение напряженности поля, при котором итерационная процедура является  сходящейся. Выполнено исследования взаимодействия трехмерных кулоновских систем в электромагнитным полем в рамках теории возмущений. Выполнен учет влияния эффектов запаздывания на дифференциальные вероятности переходов в атомах.  Получены волновые функции, описывающие состояния электрона, находящегося в поле потенциала изображения вблизи поверхности металла. В первом порядке теории возмущений по взаимодействию электрона с электромагнитной волной в дипольном приближении найдены общие соотношения для вероятностей вынужденного поглощения. Вероятности связанно-связанных и связанно-свободных переходов выражены через элементарные функции. Получены  матричные элементы для ряда переходов и исследовано асимптотическое поведение Получены точные волновые функции электрона, связанного потенциалом изображения, в перпендикулярном поверхности металла магнитном поле. В первом порядке по взаимодействию с внешним электрическим полем рассчитаны поправки к энергии электрона. Проанализирована возможность экспериментального измерения локального электрического поля по сдвигу уровней.

2. Инвариантное описание изотерм  и изобар физических свойств многокомпонентных  гомогенных  систем. В рамках этой темы показано, что перестановочно инвариантные векторные представления, отражающие свойства симметрии гомогенных систем, находящихся в состоянии термодинамического равновесия,  позволяют не только значительно уменьшить объем информации, необходимой для описания свойств реальных систем,  даже на неполном массиве эмпирических данных  построить описание, автоматически удовлетворяющее заложенным принципам. Кроме того, они позволяют на основе массивов эмпирических данных изучать механизмы межмолекулярного взаимодействия, приводящие к отличию свойств гомогенных систем от определяемых аддитивными моделями.   Сформулирован алгоритм построения регрессионных моделей, описывающих  симметрию гомогенных систем, находящихся  в состоянии термодинамического равновесия. Определен класс функций,   отражающих свойства симметрии. Разработанные   алгоритмы использованы для  описания некоторых физико-химических свойств  бинарных жидких систем. Инвариантный подход в описании изотерм позволяет изучать механизмы межмолекулярного взаимодействия, приводящие к отличию свойств гомогенных систем от определяемых аддитивными моделями;  он также позволяет оптимизировать информационно-экспертные системы оценки свойств бинарных растворителей.  Предложена регрессионная модель изобар температуры кипения бинарных гомогенных систем «тетрахлорметан – органический растворитель». Для ряда растворов рассчитаны параметры предложенной модели. Установлена корреляция параметра неаддитивности  регрессионной модели  и  критерия  гидрофобности органического растворителя. Показано, что параметр предложенной модели определяет возможность образования азеотропных смесей с тетрахлорметаном. Построен алгоритм выделения  детерминированного вклада в  эмпирические зависимости физико-химических свойств бинарных растворов от концентрации компонентов. Сформулированы методы оптимизации алгоритма сглаживании эмпирических данных, уменьшающие объем необходимой информации. Построен базис регрессионного описания  зависимости температуры кипения бинарных водно-органических растворов от состава, позволяющий полностью учесть детерминированную часть эмпирической информации.  Рассчитан стохастический вклад в эмпирические  данные. Показано, что точность регрессионной модели   определяется только экспериментальными погрешностями. 

3. Управление пожарными рисками  применения многокомпонентных растворителей в условиях гибкого  нормирования мер противопожарной безопасности. Определены основные процессы, определяющие пожарную опасность  бинарных растворителей. Предложены методы количественного описания зависимости динамики этих процессов от характеристик компонентов смеси и их концентраций, позволяющие сформулировать набор технических и организационных мер уменьшающих пожарный риск. построена сигмоидная  целевая функция пожарных рисков, возникающих при  применении бинарных водно-органических растворов и растворов, содержащих тетрахлорметан. Определены физико-химические механизмы образования полей опасных фактора пожара при использовании однокомпонентных и бинарных растворителей. Сформулирован обобщенный критерий пожарной опасности бинарного растворителя на основе физико-химических характеристик его компонентов.   Разработана и программно реализована математическая модель формирования полей опасных факторов пожара при использовании бинарных растворителей.  Определена зависимость целевой функция пожарного риска применения бинарных растворителей от концентрации компонентов.Разработана и программно реализована математическая модель формирования полей опасных факторов пожара при локальном и объемном горении бинарных растворов. Разработаны технические и архитектурно-планировочные меры снижения пожарной опасности использования однокомпонентных и бинарных растворителей при различных режимах горения.

 4. Аналитическое и нейросетевое моделирование социально-экономических систем. Сформулирован алгоритм учета  вклада  инфляционных процессов в оценку позитивных и негативных последствий реализации долгосрочных проектов в транспортной инфраструктуре, отличающихся наличием различных трендов инфляции (растущей, практически стабильной, падающей), в условиях которых реализуются отдельные этапы длительного инвестиционного               3. Построен алгоритм долгосрочного прогнозирования  влияния тренда инфляции на оценку  последствий реализации  проектов транспортной инфраструктуры,  выполняемых  на условиях  контракта жизненного цикла, отличающийся возможностью приведения парциальных показателей к одинаковым размерностям и временному промежутку, что позволяет учитывать различную динамику затрат и отдачи при реализации длительных по времени контрактов               . Определены методы количественного описания и оптимизации контрактов государственно-частного партнерства в условиях неопределенности и риска, отличительной особенностью которых является функционирование экономических систем при несбалансированности обучающего массива эмпирических данных по вновь формируемому рынку земель, имеющему высокую волатильность стоимостных показателей.   Разработан алгоритм и выполнена программная реализация нейросетевой оценки затрат на отвод земель при реализации  проектов транспортной инфраструктуры, отличающийся оптимальным использованием экономической информации и оптимизацией  процедуры сбора дополнительной информации в области недостаточной плотности данных по формирующемуся земельному рынку.

5. Календарное планирование стройпроизводства. Сформулирован алгоритм понижения размерности задачи календарного планирования. Проанализированы пределы  применимости эвристических, ускоренных  и предельно ускоренные алгоритмов оптимизации календарных планов стройпроизводства.  Показана принципиальная  сводимость задачи календарного планирования к  NP-разрешимой форме. В модели независимых параметров системы «строительный объект + ресурсы»  определена  верхняя оценка сложности задачи календарного планирования.  Показано, что в этой модели задача не является NP-разрешимая. Сформулирован  метод получения  NP-разрешимых алгоритмов оптимизации календарных планов,  основанный на  кластеризации системы.  Для не полностью кластеризуемых систем сформулирован NP-разрешимый алгоритм, основанный на  уменьшении размерности задачи. Определен алгоритм уменьшения размерности за счет учета пространственно – технологических взаимосвязей. Показано, что учет этих взаимосвязей позволяет значительно расширить область применимости методов полной оптимизации задачи календарного планирования стройпроизводства при кластеризации системы лишь по периодам реализации проекта.   Сформулированы методы количественного описания опережения, совмещения и запаздывания строительных работ в пространстве и времени. Определена верхняя граница числа коэффициентов, описывающих пространственно-технологические связи работ. Получена полная система уравнений, описывающих условия полного выполнения работ в зависимости от способа их упорядочения. Определены ограничения на  коэффициенты  уравнений, учитывающие   дискретный характер нескладируемых ресурсов, объемов работ и временных интервалов планирования.  Проанализирован конкретный пример рационального выбора коэффициентов. Сформулирован алгоритм получения  допустимых наборов  коэффициентов, учитывающий наличие резервов времени выполнения различных этапов работ. Рассмотрены альтернативные методы  использование резерва времени на различных этапах работ. Построен последовательный   алгоритм определения и оптимизации использования резервов времени. Сформулированы критерии оптимизации динамики совмещенных работ. Показана  НР- неразрешимость  полной задачи оптимизации  для практических систем.  Сформулирован класс алгоритмов сведения проблемы к НР- разрешимой.   Показано, что алгоритм основанный  фильтрации сценариев выполнения работы  позволяет свести мультипликативный  рост размерности задачи к аддитивному, что дает возможность расширит класс НР-разрешимых задач.

 Тарханов А. К.

Научные интересы: физика твердого тела, физика металлов, технология материалов и компонентов электронной техники, интеллектуальные системы контроля энергоресурсов, полупроводниковые преобразователи энергии, высокоточные температурные технологии.