EN

Заведующий кафедрой
профессор Рахимов Александр Турсунович

Кафедра атомной физики, физики плазмы и микроэлектроники была создана в 1954 году по инициативе академика Л.А. Арцимовича (ее первое название — кафедра атомной физики и электронных явлений), который и был ее первым заведующим до 1973 года. С 1973 по 1988  г. заведующим кафедрой был академик Е.П. Велихов, с 1988 г. по настоящее время — профессор А.Т. Рахимов.

Зав. кафедрой атомной физики, физики плазмы и микроэлектроники профессор А.Т.Рахимов

Основной задачей кафедры является преподавание курса атомной физики (раздел общей физики) для всех студентов физического факультета МГУ, а также подготовка специалистов по современным проблемам атомной и лазерной физики, физики плазмы, физики конденсированного состояния вещества. Среди ученых, в разное время принимавших участие в работе кафедры, были В.Н. Лазукин, С.Ю. Лукьянов, В.А. Молчанов, В.Д. Письменный, В.С. Стрелков, В.А. Чуянов и  др.

Самостоятельной структурной единицей кафедры является лаборатория криоэлектроники, созданная в 1988 году проф. К.К. Лихаревым. Кафедра тесно связана с Отделом микроэлектроники (первоначально отдел физики плазмы) НИИЯФ МГУ, являющимся основной базой для проведения научных исследований сотрудниками, аспирантами и  студентами кафедры.

В первый период после создания кафедры основные научные интересы ее сотрудников лежали в области физики горячей плазмы и управляемого термоядерного синтеза. В начале 70-х годов в связи с быстрым прогрессом лазерной техники они переместились в область физики низкотемпературной плазмы и газового разряда, являющегося активной средой большого количества лазеров, работающих в диапазоне частот от ИК до УФ излучения. Во второй половине 80-х годов на кафедре и в отделе микроэлектроники НИИЯФ развернулись исследования физических принципов современной микроэлектроники.

В настоящее время на кафедре ведутся теоретические и экспериментальные исследования по актуальным проблемам атомной и лазерной физики, сверхпроводимости, физики низкотемпературной плазмы и газового разряда. Кафедра имеет тесные научные контакты с ведущими научными центрами страны: ФИ РАН, ИОФ РАН, ТРИНИТИ, РНЦ «Курчатовский институт» и др., а также с зарубежными научными центрами США, Канады, Франции, Германии и других стран.

В педагогической и научной работе кафедры в настоящее время принимают участие два действительных члена РАН — Е.П. Велихов и А.М. Дыхне, профессора Ю.К. Земцов, А.М. Попов, А.Т. Рахимов, доценты С.Н. Васенко, В.К. Корнев, С.С. Красильников, Е.А. Крылова, О.В. Тихонова, гл. науч. сотр. О.В. Снигирев, с.н.с. В.А. Квливидзе. На кафедре работают 6 докторов и 11 кандидатов наук. На кафедре обучается около 30 студентов трех старших курсов и 8—12 аспирантов.

Учебная и учебно-методическая работа

Коллектив кафедры осуществляет преподавание университетского курса «Атомная физика» по программе, разработанной академиком Е.П. Велиховым и дополненной профессорами кафедры Ю.К. Земцовым и А.М. Поповым, а также доц. С.С. Красильниковым. Этот курс содержит не только основополагающие сведения по истории развития квантовых представлений и основам математического аппарата квантовой механики, но и знакомит с последними достижениями физики микромира атомно-молекулярных масштабов.

Обучение студентов на кафедре осуществляется по специализациям «Оптика и спектроскопия», «Физика плазмы», «Физическая электроника», «Твердотельная электроника и микроэлектроника». Оно направлено на обеспечение высокой профессиональной подготовки выпускников с одновременным формированием широкого научного кругозора по современным проблемам атомной и лазерной физики, физики низкотемпературной плазмы, микроэлектроники. На кафедре читается 25 специальных курсов, в том числе:

  • Физика низкотемпературной плазмы (доц. Красильников С.С.).
  • Квантовая химия (с.н.с. Квливидзе В.А.).
  • Спектроскопия плазмы (проф. Земцов Ю.К.).
  • Физика неравновесных процессов в газовых средах (проф. Рахимов А.Т.).
  • Физика лазеров и нелинейная оптика (проф. Попов А.М.).
  • Физические процессы в сильных световых полях (доц. Тихонова О.В.).
  • Физика и динамика джозефсоновских переходов (проф. Снигирев О.В.).
  • Введение в одноэлектронику (доц. Корнев В.К.).
  • Квантовые явления в твердых телах (акад. Дыхне А.М.).

Спецкурсы кафедры отражают современное состояние физических представлений о микромире атомно-молекулярных масштабов и соответствуют тематике проводимых исследований.

Основные направления научно-исследовательской работы

  • Исследование объемных и поверхностных процессов в неравновесной низкотемпературной плазме (рук. проф. Рахимов А.Т.).
  • Атомные и радиационные процессы в горячей плазме (рук. проф. Земцов Ю.К.).
  • Взаимодействие сверхсильных световых полей с атомно-молекулярными системами (рук. проф. Попов А.М.).
  • Электронный парамагнитный резонанс и оптическая спектроскопия твердых тел в связи с их структурой, электрическими, оптическими и магнитными свойствами, а также технологией их получения (рук. к.ф.м.н. Богомолова Л.Д.).
  • Влияние авиации на аэрозольный состав атмосферы (рук. к.ф.м.н. Поповичева О.Б.).
  • Исследование процессов в наноструктурах и устройствах на их основе (рук. проф. Куприянов М.Ю.).
  • Физические основы сверхпроводниковой электроники и электроники нанообъектов (рук. проф. Снигирев О.В.).

Проводимые на кафедре и в отделе микроэлектроники исследования поддержаны российскими и международными грантами, в том числе грантами РФФИ (поддержка научных школ) «Экспериментальные и  теоретические исследования неравновесных плазменных процессов в газовой фазе и на поверхностях» (рук. проф. Рахимов А.Т.), грантами CRDF, INTAS, МНТЦ, Университеты России и др.

Лаборатория криоэлектроники

Заведуюший лабораторией
профессор Снигирев Олег Васильевич

Лаборатория криоэлектроники (ЛКЭ) была создана в начале 1988  года на базе научной группы К.К. Лихарева, сложившейся в 70-е годы на кафедре физики колебаний физического факультета МГУ.  Традиционным направлением работ ЛКЭ является исследование нелинейных эффектов в сверхпроводниках и возможностей их использования в электронных приборах. Благодаря выделению значительных средств по научным проектам в 1988—90-х годах, лаборатория оснащена уникальным отечественным и импортным технологическим оборудованием, позволяющим вести экспериментальные и теоретические исследования на самом высоком научном уровне. Научный персонал лаборатории в настоящее время состоит из профессора, зав. лабораторией, двух доцентов, двух старших научных сотрудников и научного сотрудника.

Профессор О.В.Снегирев и вед. научн. сотр. ИРЭ РАН М.А.Тарасов. Обсуждение результатов совместных исследований.

Лаборатория ведет научные исследования в рамках государственных научно-технических программ России и международых научных проектов, ориентированных на решение важнейших научных задач. Проекты, выполняемые лабораторией в настоящее время, включают работы по следующим трем основным направлениям:

  • Исследование квантовых макроскопических и нелинейных эффектов в высокотемпературных сверхпроводниках (ВТСП) и их возможных применений в электронике.
  • Создание новых аналоговых и цифровых электронных приборов на основе эффекта Джозефсона в традиционных низкотемпературных и новых высокотемпературных сверхпроводниках.
  • Исследование эффектов коррелированного туннелирования электронов и куперовских пар в туннельных переходах малых размеров (площадью менее 0,01 мкм2), молекулярных наноструктурах и их возможных применений в электронике.

Микросхема болометра, предназначенного
для приема сверслабых сигналов в
терагерцовом диапазоне частот.

В стенах лаборатории было выполнено много пионерских работ, открывших новые направления исследований, новые явления и новые принципы обработки цифровых и аналоговых сигналов. К числу наиболее значимых научных результатов относится открытие вырожденной параметрической регенерации в джозефсоновских структурах, на основе которого были созданы низкошумящие параметрические усилители с самонакачкой.

Изображение вихрей магнитного потока в пленке из высокотемпературного сверхпроводника, полученное с помощью сканирующего сквид-микроскопа.

В 80-е годы был выполнен цикл пионерских работ, в которых впервые была предложена и обоснована концепция быстрой одноквантовой логики, так называемой RSFQ (Rapid Single Flux Quantum) логики, ставшей затем базовой концепцией всех современных цифровых сверхпроводниковых устройств на эффекте Джозефсона. Тактовые частоты цифровых устройств на основе RSFQ логики, в которой элементарными носителями информации являются одиночные кванты магнитного потока Ф0 = h/2e 2·10-15 Вб, достигают 100—200 ГГц при использовании традиционных низкотемпературных сверхпроводников, а при использовании высокотемпературных сверхпроводников могли бы составлять даже несколько терагерц.

Прототип одноэлектронного транзистора на основе одиночной молекулы-кластера: 1-- проводящая подложка, нижний электрод транзистора, 2 -- изолятор, 3 -- пленка золота, управляющий электрод, "STM tip" -- игла туннельного микроскопа, верхний электрод транзистора.

В 1986—87 гг. в лаборатории криоэлектроники были впервые в  мире выполнены теоретические и экспериментальные работы, давшие начало новому направлению современной наноэлектроники — одноэлектронике, манипулирующей одиночными электронами. В 1992 г. впервые в мире был создан одноэлектронный низкотемпературный транзистор с рекордной зарядовой чувствительностью, равной в единичной полосе частот 10-4-части заряда электрона. В настоящее время экспериментально реализованная чувствительность таких одноэлектронных транзисторов достигает 10-5части заряда электрона. В 90-е годы в стенах лаборатории стартовали исследования, давшие начало новому направлению в  этой области — молекулярной одноэлектронике (научная группа Е.С. Солдатова). В 1996 году впервые в мире был получен одноэлетронный транзистор на основе одиночной молекулы-кластера, а также продемонстрированы эффекты коррелированного туннелирования электронов в таких структурах при комнатной температуре.

В лаборатории разработан уникальный прибор — сканирующий сквид-микроскоп, обладающий высокой чувствительностью и пространственным разрешением магнитных сигналов. Разработан уникальный программный комплекс PSCAN (Personal Superconductor Circuit Analyzer) для численного моделирования динамики многоэлементных джозефсоновских структур, в том числе в присутствии тепловых флуктуаций, а также для вычисления различных характеристик, включая спектр джозефсоновской генерации.

В настоящее время выпускники лаборатории криоэлектроники работают практически во всех отечественных научных центрах, ведущих исследования в области сверхпроводниковой электроники и наноэлектроники, а также во многих ведущих зарубежных исследовательских центрах, таких, как Чалмерский технологический университет в Швеции, университет г. Нью-Йорк в Стони Брук, научная фирма Hypres, корпорация NEC в Японии и др.

Лаборатория криоэлектроники осуществляет тесные научные контакты и сотрудничество со многими ведущими научными центрами США, Японии и Европы. В настоящее время лаборатория участвует в выполнении целого ряда международных проектов: 2 проекта МНТЦ (2002—04  гг.), поддерживаемые соответственно Японией и Европой, 4 проекта  INTAS совместно с Европейскими партнерами (2001—04 гг.), проект CRDF (фонд США), проект SfP-NATO (2000—03 гг.) — программа НАТО «Наука для мира», проект в рамках Российско-Германского научного фонда РФФИ-DAAD (2002—04), а также международные проекты Миннауки РФ «Интерсквид» и «Фемтоамперметр», 2 проекта по Российским научно-техническим программам «Актуальные направления в физике конденсированных сред» и «Перспективные технологии и устройства микро- и наноэлектроники» (2002—06), проект по федеральной целевой программе «Интеграция высшей школы и науки» (2002—06).