Оглавление

Оглавление 1

Проблемы физических наук и технологии на базе новых физических принципов 1

Проблемы химических наук и материаловедения 3

Современные задачи диагностики микро- и наноструктур 4

Современные проблемы совершенствования измерительных технологий, технологий контроля и диагностирования 5

Общая схема проведения научного исследования в ходе подготовки магистерской диссертации 8

Процедуры декомпозиции и агрегирования 9

Естественные науки – разделы науки, отвечающие за изучение внешних по отношению к человеку, природных (естественных — от «естество», природа) явлений. К естественным наукам относятся:

- физика – наука о свойствах и строении материи, о формах ее движения и изменения, об общих закономерностях явлений природы; - химия – наука о веществах, их составе, строении, свойствах и взаимных превращениях; - биология – наука о жизни, предметом которой являются живые существа и их взаимодействие с окружающей средой; и др.

Отдельно необходимо выделить математику, как науку, изучающую величины, количественные отношения, а также пространственные формы. Все современные естественные науки, так или иначе, используют математический аппарат для описания рассматриваемых процессов и явлений.

Проблемы физических наук и технологии на базе новых физических принципов

Следует выделить следующие перспективные направления развития физических наук:

1. физика конденсированных сред, в том числе квантовая макрофизика, мезоскопика, физика наноструктур, спинтроника, сверхпроводимость; физическое материаловедение: новые материалы и структуры, в том числе фуллерены, нанотрубки, графены, другие наноматериалы, а также метаматериалы; оптика и лазерная физика, в том числе достижение предельных концентраций мощности и энергии во времени, пространстве и спектральном диапазоне, освоение новых диапазонов спектра, спектроскопия сверхвысокого разрешения и стандарты частоты, прецизионные оптические измерения, проблемы квантовой и атомной оптики, взаимодействие излучения с веществом; радиофизика и акустика, в том числе фундаментальные основы радиофизических и акустических методов связи, локации и диагностики, изучение нелинейных волновых явлений; физическая электроника, в том числе разработка методов генерации, приема и преобразования электромагнитных волн с помощью твердотельных и вакуумных устройств, акустоэлектроника, релятивистская СВЧ-электроника больших мощностей, физика мощных пучков заряженных частиц; физика плазмы, включая физику высокотемпературной плазмы и управляемого термоядерного синтеза, физику астрофизической плазмы, физику низкотемпературной плазмы и основы ее применения в технологических процессах; ядерная физика, в том числе физика элементарных частиц и фундаментальных взаимодействий, включая физику нейтрино и астрофизические и космологические аспекты, а также физика атомного ядра, физика ускорителей заряженных частиц и детекторов, создание интенсивных источников нейтронов, мюонов, синхротронного излучения и их применения в науке, технологиях и медицине; астрономия, астрофизика и исследования космического пространства, в том числе происхождение, строение и эволюция Вселенной, природа темной материи и темной энергии, исследование Луны и планет, Солнца и солнечно-земных связей, исследование экзопланет и поиски внеземных цивилизаций, развитие методов и аппаратуры внеатмосферной астрономии и исследований космоса, координатно-временное обеспечение фундаментальных исследований и практических задач.

По данным направлениям физических исследований можно выделить следующие проблемные задачи:

- совершенствование зондовых методов исследования и модификации поверхностей на атомном уровне (с субатомным разрешением), разработка гетероструктур на широком классе материалов для целей наноэлектроники, оптоэлектроники и спинтроники, нахождение путей реализации высокотемпературной сверхпроводимости, изучение свойств магнитных наносистем, нанокомпозитов и многослойных гетероструктур, перспективных для спинтроники и др.;

- развитие методов синтеза структур, выявление их размерно-зависимых физических свойств, методов синтеза оптических сред, включающих одиночные углеродные нанотрубки: водные суспензии и тонкие полимерные пленки;

- достижение теоретически возможных концентраций энергии во времени, пространстве и спектральном диапазоне, освоение новых диапазонов спектра, развитие фемтосекундной и аттосекундной оптики, разработка методов и средств фемто- и аттосекундной электронно-оптической регистрации быстропротекающих процессов, разработка методов когерентного суммирования пучков мощных многоканальных лазерных систем с использованием эффектов нелинейного взаимодействия световых волн и обращения волнового фронта;

- разработка физических основ для создания принципиально нового поколения вибро-акустических методов диагностики на основе использования нелинейных акустических эффектов, новых методов компрессии импульсов электромагнитного излучения;

- развитие методов вакуумной электроники, наиболее перспективных для генерации больших мощностей, исследование эффектов сверхизлучения нано- и пикосекундных электронных пучков, разработка и исследование методов ближнепольной СВЧ-диагностики различных сред; разработка новых методов генерации и приема когерентного и широкополосного излучения микроволнового и терагерцового диапазонов длин волн, в том числе на основе наноструктурированных сред и фотонных кристаллов, разработка новых методов компрессии импульсов электромагнитного излучения для использования с высокочастотных ускорителях следующего поколения, новых радарных системах и получения мультигигаваттных импульсов для физических экспериментов;

- теоретические и экспериментальные исследования по проблеме стабилизации магнитогидродинамических неустойчивостей, методы создания и управления параметрами низкотемпературной плазмы с большим удельным энерговкладом;

- определение свойств нейтрино и прямой регистрации частиц темной материи, исследование свойств ядерного вещества при экстремальных плотностях энергии, создание и изучение нового состояния ядерной среды - кварк-глюонной плазмы;

- разработка космологических моделей с учетом скрытой массы и темной энергии, развитие теории формирования галактик и основных галактических структур, исследование химической и динамической эволюции Галактики, изучение физических процессов в окрестностях сверхмассивных черных дыр в ядрах галактик.

Применение результатов исследований:

- в СВЧ наноэлектронике развитие сверхвысокочастотных транзисторов (типа HEMT - high electron mobility transistor), работающих до частот 100 ГГц и более; в наноплазмонике появление нано-оптоэлектроных элементов информационно-вычислительных систем с гигантской степенью параллелизации, со сверхемкими запоминающими устройствами памяти, работающими на новых принципах, создания мощных систем; в магнитной наноэлектронике (спинтронике) появление новых элементов магнитной памяти и логики, основанных на магнитных композитных наноструктурах со специфическими транспортными свойствами;

- разработка электронных и оптических устройств на основе наноматериалов, развитие технологий фото- и электро-люминесцентных сред на основе наноструктур, создание био-люминесцентных маркеров, нанокомпозитов для получения сверхпрочных материалов и волокон, создание электронных устройств на основе графен, создание устройств микроэлектроники на основе технологии синтеза и модификации алмазных пленок, создание новых оптических систем, включая планарные перестраиваемые линзы и фазокомпенсаторы, элементы оптической логики для лазеров, информационных систем с гигантской производительностью и степенью параллелизации; развитие технологий оптической керамики;

- управление динамическими процессами в физических, химических и биологических системах и их модификации на молекулярном и атомном уровнях, передачи информации с плотностью на уровне 1014 бит/с по оптоволоконным каналам связи, практического освоения сверхсильных оптических полей петаваттного (1015 Вт) уровня мощности и с интенсивностями на уровне 1022 Вт/см2, создание лазерных источников сверхкороткого оптического излучения, создание лазерных источников излучения и мультикиловаттных средних мощностей и т.д. для промышленности и медицины;

- разработка оборудования для использования в высокочастотных ускорителях нового поколения, новых радарных системах и получения мультигигаваттных импульсов;

- разработка новых методов и средств неразрушающего контроля и сейсмоакустического мониторинга, освещения подводной обстановки на основе низкочастотной гидроакустики, разработка радиофизических комплексов для оперативного дистанционного мониторинга состояния атмосферы и гидросферы и т.д.;

- создание криомагнитных систем для непрерывных гиротронов большой мощности, разработка термо- и взрывоэмиссионных катодов, разработка высоковольтных источников питания и ускорителей сильноточных релятивистских пучков, создание специализированных гиротронных комплексов, оснащенных системами контроля и транспортировки мощного микроволнового излучения для установок управляемого термоядерного синтеза, а также для других научных и технологических применений; создание спектроскопии высокого разрешения в диапазоне электромагнитных волн от микроволнового до ближнего ИК, создание сверхширокополосной радиолокации высокого разрешения в миллиметровом и терагерцовом диапазонах, мультиспектральных методов и средств в задачах построения изображений лоцируемых объектов и мониторинга земной поверхности и океана, разработка когерентных радиокомплексов для дистанционного исследования приземного слоя атмосферы, взаимодействия атмосферы и океана, ближнего и дальнего космоса, разработка методов и средств глубинной неинвазивной диагностики биотканей на основе микроволной, терагерцовой и оптической томографии (в том числе с субклеточным разрешением), создание элементной базы терагерцового диапазона;

- разработка генератора плазмы со скоростью потока ~ 107 - 108 см/с и высокой плотностью мощности для тестирования и модификации материалов атомной и космической отрасли, разработка плазменных методов фильтрации радиоактивных отходов, разработка плазменных источников нейтральных атомных пучков с большими энергиями и токами;

- развитие комплексов лучевой терапии для проведения исследований в области радиологии и медицины, развитие квантовой теории поля и теории струн (построение объединенной теории фундаментальных частиц);

- создание объединенного архива наблюдательных данных, астрономических баз данных и каталогов для изучения проблем строения, эволюции и происхождения объектов Вселенной, получение прогнозных оценок влияния антропогенных и природных факторов как на процессы, происходящие в атмосфере Земли, так и на эволюцию климата Земли в целом, определение динамических параметров Земли по данным наблюдений и развитие единой модели координатно-временного обеспечения.