Выбор редакции

Редакция журнала «Известия РАН. Серия физическая» совместно с ИКЦ «Академкнига» ежемесячно c № 11, том 83 (2019) размещает в открытом доступе по одной статье из каждого опубликованного номера журнала. Надеемся, что выбранные статьи будут интересны широкому кругу читателей.


№ 8, том 84, 2020

Проблемы ядерной спектроскопии и структура атомного ядра

Самарин В.В., Изучение основных состояний ядер свойств 6,7,9,10Be методом фейнмановских континуальных интегралов // Известия РАН. Серия физическая. 2020. Том 84, № 8. C. 1187-1196.

Интерес к исследованию свойств легких атомных ядер обусловлен несколькими причинами. Во-первых, реакции с участием таких ядер определяют начальную стадию звездного нуклеосинтеза в астрофизике. Во-вторых, структура ядер берилия существенно отличается от структуры средних и тяжелых ядер. Ядра 9Be и 10Be представляют как своеобразные ядерные “молекулы” — две альфа-частицы (сильно связанные нуклонные кластеры, сходные с ядром 4Не), удерживаемые рядом одним и двумя “валентными” нейтронами. В-третьих, для малочастичных систем, таких как ядра 6,7,9,10Be, вычислительные методы, основанные на традиционном квантово-механическом подходе – уравнении Шредингера, весьма громоздки и их трудоемкость резко возрастает с ростом числа N частиц, начиная уже с N = 4.

Работа посвящена разрешению этой проблемы для N = 3, 4 на основе предложенного Ричардом Фейнманом квантово-механического метода интегралов по траекториям (континуальных интегралов) и является продолжением цикла работ, часть из которых была выполнена в соавторстве с М.А. Науменко, опубликованных в журналах Ядерная физика (2015, 2017), Известия РАН. Серия физическая (2016, 2019), Supercomputing frontiers and innovations (2016), EPJ Web of Conferences (2018), Nuovo Cimento C (2019), посвященных расчетам для легких ядер 3H, 3,4,6He, 6,7,11Li, и альфа-кластерных ядер 12С, 16О (при N = 3, 4). В работе, опубликованной в журнале Journal of Physics: Conference Series (2020), впервые были выполнены расчеты для альфа-кластерных ядер 20Ne, 24Mg, 28Si (при N = 5, 6, 7), практически недоступные для других методов. Первое использование автором данного метода в 1985 г. из-за скромных возможностей существовавших в то время ЭВМ было ограничено рамками учебного пособия для студентов специализации “Теоретическая физика”. Суть метода заключается в расщеплении исходной сложной задачи на множество более простых независимых задач, поэтому практическая возможность его применения для ядерных расчетов появилась лишь благодаря современной технологии CUDA параллельных вычислений на графических процессорах.

В данной работе расчеты для ядер 6,7,9,10Be были выполнены на гетерогенном кластере Лаборатории информационных технологий ОИЯИ. На рисунке для ядер 9Be и 10Be градациями серого цвета в логарифмическом масштабе показаны плотности вероятности конфигураций с различными расположениями альфа-кластеров (большие кружки) и нейтронов (малые кружки) в переменных Якоби x, y, z. Количественно подтверждена молекулярная структура этих ядер. Валентные нейтроны в них с большей вероятностью находятся между альфа-кластерами, причем в ядре 10Be нейтроны “предпочитают” находиться рядом, образуя динейтронный кластер, не существующий в свободном состоянии. В ядре 7Be часть нуклонов образует сильно связанный альфа-кластер, остальные — кластер, сходный с ядром 3Не. Полученные результаты согласуются с экспериментальными результатами, полученными в Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ для реакций передачи нейтронов и нуклонных кластеров с ядра-мишени 9Be. Они также могут быть использованы для анализа экспериментальных данных и для других реакций с участием ядер 7,10Be. Применение метода континуальных интегралов возможно и как дополнение к известным вычислительным методам для малочастичных систем, например, методу гиперсферических функций.

Автор статьи: Самарин Вячеслав Владимирович с 1975 г. по 2010 г. преподавал в вузах, с 2010 г. — ведущий научный сотрудник Объединенного института ядерных исследований, доктор физ.-мат. наук, участник международных конференций по ядерной физике, член оргкомитета конференции Ядро-2019 (Дубна).


№ 7, том 84, 2020

Люминесценция и лазерная физика

Витухновский А.Г., Звагельский Р.Д., Колымагин Д.А., Писаренко А.В., Чубич Д.А., Трехмерная оптическая литография и наноразмерные оптические коннекторы // Известия РАН. Серия физическая. 2020. Том 84, № 7. C. 927-933.

Статья посвящена актуальному направлению исследований в области фотоники — соединению планарных волноводов с помощью трехмерного оптического коннектора для успешного управления светом, полученным от источников одиночных фотонов, и последующего использования данной гибридной конструкции в фотонных интегральных схемах. Работа выполнена коллективом сотрудниками Лаборатории технологий 3D-печати функциональных микроструктур МФТИ под руководством профессора А.Г. Витухновского.

Уникальная установка для трехмерной оптической литографии сверхвысокого разрешения позволила изготовить полимерные 3D оптические коннекторы сложной геометрии с субмикронной точностью, а также решить сложную задачу по прецизионному совмещению таких трехмерных коннекторов с планарным волноводом Si3N4 для передачи излучения ближнего ИК-диапазона с минимальными потерями. Кроме того, детально исследована морфология изготовленных 3D коннекторов с помощью методов растровой электронной микроскопии и атомно-силовой микроскопии. На основе анализа полученных экспериментальных данных оптимизированы форма и методика изготовления коннекторов для достижения большей эффективности распространения ИК-излучения.

Полученные результаты демонстрируют широкие перспективы использования трехмерных оптических коннекторов для создания сложных фотонных интегральных схем и гибридных оптических систем, объединяющих разнородные чипы с расположенными на них оптическими элементами: фильтрами, резонаторами, фотонными кристаллами, интегральными лазерами, фотодатчиками, соединёнными с помощью таких полимерных коннекторов.


Кристаллофизика и деформационное поведение
перспективных материалов

Головин Ю.И., Жигачев А.О., Головин Д.Ю., Грибановский С.Л., Кабанов А.В., Клячко Н.Л., Стрейнтроника для нанобиомедицины. Управление биохимическими системами посредством контролируемой нанодеформации на макромолекулярном уровне // Известия РАН. Серия физическая. 2020. Том 84, № 7. C. 988-993.

В статье рассмотрено приложение принципов стрейнтроники (управляемого изменения свойств различных материалов посредством их контролируемой деформации) в задачах биомедицины. Деформации, локализованные в микро- и наномасштабах и вызванные силами определённой величины, будучи приложенными к биообъектам и биомолекулярным структурам, таким как биоактивные макромолекулы, мембраны, клетки, клеточные рецепторы, органеллы, вызывают в них различные заранее известные отклики. Для биомакромолекул – это изменение их химической активности, для мембран – изменение их проницаемости, для клеточных структур – изменение поведения и метаболизма клеток. Источником силового воздействия, локализованного на молекулярном уровне, служат функционализованные магнитные наночастицы, приводимые во вращательно-колебательное движение переменным магнитным полем. Будучи введёнными в организм, они могут локализовываться в нужной области, вплоть до отдельных целевых клеток и биоактивных макромолекул, и обеспечивать точечное неинвазивное наномеханическое воздействие за счёт управления внешним низкочастотным негреющим магнитным полем с безопасными параметрами. Описанный подход открывает большие возможности для разработки новых стратегий в современной медицине: адресной доставки и контролируемого выпуска лекарств в организме, уничтожения патологических (например, раковых) клеток и стимуляции пролиферации здоровых.

В работе представлены теоретические модели, разработанные коллективом авторов, и результаты экспериментов, которые раскрывают преимущества технологии стрейнтроники в медицине по сравнению с другими терапевтическими техниками. Приведенные данные наглядно демонстрируют широкий спектр применения нано-магнито-механической активации на молекулярном уровне в разработках инновационной терапевтической платформы нового поколения. В частности, показано, что магнитные наночастицы позволяют снижать или, наоборот, увеличивать активность выбранных экспериментаторами ферментов, запускать по внешнему сигналу выгрузку лекарств из наноконтейнеров-переносчиков. Наиболее перспективно применение нано-магнито-механической активации для безлекарственной терапии, позволяющей избирательно уничтожать раковые клетки путем механотрансдукции — индуцирования в них запрограммированного природой апоптоза (механоиндуцированной смерти). При этом минимизируется воздействие на здоровые клетки и риск побочных эффектов, которые существуют в традиционной радио- и химиотерапии. В рамках описанной технологической платформы существует также перспектива осуществления терапии нейродегенеративных заболеваний на клеточном уровне.

В коллектив авторов входят специалисты Тамбовского государственного университета имени Г.Р. Державина, Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова и Университета Северной Каролины (США) в области физики, биофизики и биохимии, которые благодаря совместным усилиям реализуют долговременную комплексную программу исследований и являются одними из лидеров в междисциплинарной области – нано-магнитомеханической актуации биохимических систем на молекулярном уровне.

№ 6, том 84, 2020

Актуальные достижения в области акустики

Н.В. Поликарпова, Характеристики акустических волн при преломлении на границе раздела ниобат лития – парателлурит в акустооптических устройствах // Известия РАН. Серия физическая. 2020. Том 84, № 6. C. 808–814.

Прогресс современной науки и технологий определяется созданием новых сред и материалов. По этой причине сейчас активно разрабатываются, создаются и исследуются искусственно созданные периодические среды, такие как, например, фотонные кристаллы. В них наблюдается ряд новых явлений и эффектов, обусловленных их чрезвычайным многообразием и вариативностью. Однако и в традиционных монокристаллических средах также можно обнаружить новые неожиданные эффекты. Причиной эффектов, о которых идет речь в данной работе, является сильная анизотропия упругих свойств среды. В качестве исследуемого материала выбран кристалл парателлурита. Этот материал имеет исключительное значение для акустооптики и является на сегодняшний день самым эффективным и применяемым материалом в видимом диапазоне длин волн.

В работе исследовано явление преломления упругих волн на границе раздела двух наиболее часто используемых в акустооптике анизотропных сред: ниобата лития и парателлурита. Показано, что преломление волн происходит принципиально иным образом, чем в изотропных средах. Может наблюдаться преломление, при котором энергия медленной преломленной волны, составляет с исходной модой малый угол, не превышающий величины 30 градусов. Подобное поведение волны, позволяет говорить о том, что она испытывает отрицательное (обратное) преломление. Изменение угла падения не влияет значительно на картину преломления, что говорит об отсутствии чувствительности к срезу кристалла. Угол преломления для потока энергии упругих волн в кристалле парателлурита не зависит от угла падения в кристалле ниобата лития, т.е. одному и тому же значению угла преломления соответствует широкий диапазон значений углов падения. Другими словами, изменение направления падающей волны в кристалле ниобата лития на величину порядка одного градуса не влияет на направление распространения потоков энергии преломленных волн и ошибка в выборе среза преобразователя не сказывается на направление распространения возбуждаемых волн. Это является важным преимуществом при разработке технологии производства акустооптических устройств. В работе на практике реализован случай, когда при нормальном падении акустической волны на границу ниобат лития–парателлурит углы преломления для групповых скоростей практически всегда отличны от нуля.

Описанные эффекты, без ограничения общности, можно ожидать и в других анизотропных материалах. При этом величина отрицательного угла преломления для групповой скорости волны будет варьироваться в зависимости от степени анизотропии данного материала. Необычные явления можно ожидать и в периодических структурах иной физической природы, например, в фононных кристаллах. Изменяя соответствующие параметры материала, можно влиять желаемым образом на анизотропию материала, а следовательно, и на величину эффекта. Таким образом, учет особенностей преломления волн позволяет создавать новые акустооптические устройства с высокой эффективностью возбуждения необходимых акустических мод.


Взаимодействие ионов с поверхностью

Ю.В. Борисюк, Н.М. Орешникова, А.А. Писарев, Низкотемпературное плазменное азотирование высокохромистых и низкохромистых сталей // Известия РАН. Серия физическая. 2020. Том 84, № 6. C. 892–898.

Работа посвящена актуальным исследованиям, связанным с изучением и развитием плазменной химико-термической обработки, а именно азотированию в плазме аномального тлеющего разряда. В последнее время можно наблюдать, что многие отрасли промышленности взяли на вооружение плазменное азотирование, являющееся мощным инструментом химико-термической обработки.
Суть результата процесса азотирования заключается в том, что поверхность обрабатываемой детали насыщается азотом, что приводит к образованию в приповерхностной области нитридов металлов, входящих в состав сплава. Полученный на поверхности модифицированный слой по сравнению с необработанным изделием обладает рядом преимуществ, такими как повышенная поверхностная твердость, коррозионная стойкость, уменьшенное трение и износ. Кроме того, модифицированный слой также может являться своеобразным фундаментом для других покрытий. В ряде случаев важным параметром полученного слоя является шероховатость поверхности. Несмотря на то, что плазменное азотирование дает минимальную шероховатость по сравнению с азотированием в газе и солях металлов, в ряде случаев возникает необходимость полировки после азотирования и даже полного удаления твердого, но хрупкого белого слоя путем шлифовки. Поэтому исследование условий формирования и поиск режимов, не приводящих к образованию белого слоя и, соответственно, увеличению шероховатости остается важной задачей.

В статье особое внимание уделяется сталям российского производства. Несмотря на то, что существует множество исследований по азотированию импортных аналогов, информации по азотированию отечественных сталей относительно немного. Притом опыт азотирования импортных аналогов не всегда применим для азотирования российских сталей, так как они несколько отличаются химическим составом и предварительной термообработкой.

В работе приводятся результаты азотирования двух низколегированных конструкционных сталей (30ХГСА и 30ХН2МФА) и двух высоколегированных сталей с высоким содержанием хрома (коррозионно-стойкая мартенситная сталь 03Х11Н10М2Т-ВД и углеродосодержащая хромистая штамповая сталь Х12М). Азотирование проводилось в плазме импульсно-периодического аномального тлеющего разряда при низкой температуре (400–450 °C) в азотно-водородной газовой среде с 10–15% и с 50% содержанием азота и различном времени азотирования (2–8 ч). В статье описаны результаты анализа модифицированных слоев, приведены распределения микротвердости по глубине образца, изображения поверхности поперечных шлифов и ЭДС-анализ.

№ 5, том 84, 2020

К.М. Салихов, Проявление переноса когерентности в спектроскопии. Новая парадигма спинового обмена и его проявления в спектрах ЭПР // Известия РАН. Серия физическая. 2020. Том 84, № 5. C. 659–663.

Работа посвящена новой парадигме бимолекулярного процесса спинового обмена и его проявлений в спектроскопии электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), сформулированной на основе теоретических исследований автора. Создание новой парадигмы стало результатом осмысления полувековой работы и открыло возможности для использования идей и методов спинового обмена в других областях науки. Теоретические предсказания были подтверждены в экспериментах, проведенных в группе проф. Б. Бейлза (США) и в Казанском физико-техническом институте имени Е.К. Завойского РАН – одном из ведущих научных центров в области ЭПР-спектроскопии.

Статья сфокусирована на переносе когерентности данной парамагнитной частице от партнеров при столкновениях. Фактически, речь идет об эффекте “отдачи” квантовой спиновой когерентности при спиновом обмене. Изучение спинового обмена в растворах с помощью ЭПР спектроскопии стало важнейшим методом для определения частоты бимолекулярных столкновений частиц, в том числе, в сложных средах, растворах полимеров, пористых структурах, биологических объектах. В настоящее время метод ЭПР широко применяется для определения частоты бимолекулярных столкновений и не парамагнитных частиц. С этой целью используют близкие по структуре парамагнитные частицы. Изучаемую диамагнитную молекулу можно ковалентно связать с небольшим стабильным радикалом, имеющим один неспаренный электрон, т.е. “прицепить” к молекуле спиновую метку и получить спиновый зонд. При столкновении двух спиновых зондов электронные орбитали неспаренных электронов перекрываются и включается гейзенберговское обменное взаимодействие, изменяющее состояния спинов электронов. Эквивалентный обмен квантовыми состояниями спинов, т.е. спиновый обмен, является своеобразным аналогом противодействия по 3-ему закону Ньютона в механике.

Спиновый обмен часто используется как модельный процесс. Элементарный процесс спинового обмена сравнительно простой, поэтому удается теоретически рассчитать эффективный радиус столкновения в конденсированных средах или эффективное сечение спинового обмена в газовой фазе. С другой стороны, спиновый обмен и, прежде всего “отдача” квантовой спиновой когерентности, вызывает характерные трансформации формы спектра ЭПР, связанные с формированием коллективных мод движения когерентности спинов всей системы. В спектре ЭПР появляются резонансные линии асимметричной формы, которые можно представить в виде суммы симметричной (четной) линии поглощения и не симметричной (нечетной) линии дисперсии. Наблюдаются уширение и сдвиг линий коллективных резонансов с зависимости от частоты спинового обмена. С ростом частоты спинового обмена наступает коллапс всего спектра в одну однородно уширенную линию в центре тяжести резонансных частот индивидуальных спинов. Этот эффект обменного сужения спектра связан с тем, что в условиях достаточно быстрого спинового обмена внешнее СВЧ поле эффективно возбуждает только одну из коллективных мод движения спинов. Остальные коллективные моды, с другими резонансными частотами, становятся “запрещенными” линиями в спектре.

Развитая теория предлагает алгоритм определения частот спинового обмена из анализа формы спектров ЭПР, который позволяет повысить точность определения частоты бимолекулярных столкновений. Положения новой парадигмы спинового обмена могут быть непосредственно распространены на ряд других явлений, например, мономолекулярные химические реакции, перенос электрона в молекулярных кристаллах, диффузия молекул в сложных средах. Все эти процессы, включая спиновый обмен, можно свести к случайным изменениям резонансных частот электронных или ядерных спинов, т.е. к спектральной диффузии. Движение макроскопических намагниченностей подансамблей изохроматических спинов в приведенных примерах описывается формально одинаковыми кинетическими уравнениями. Во всех этих случаях спиновый обмен может служить моделью для их изучения. Новая парадигма спинового обмена позволяет ставить и решать совершенно новые задачи и дает импульс для дальнейшего развития науки.

№ 4, том 84, 2020

А.А. Воинов, В.К. Утенков, Ю.Ц. Оганесян, Ф.Ш. Абдуллин, А.Н. Поляков, Ю.С. Цыганов, И.В. Широковский, Р.Н. Сагайдак, В.Г. Субботин, С.Н. Дмитриев, М.Г. Иткис, М.В. Шумейко, Н.Д. Коврижных, А.В. Сабельников, Г.К. Востокин, Синтез и изучение свойств сверхтяжелых ядер 294Ts и 294Og // Известия РАН. Серия физическая. 2020. Том 84, № 4. C. 462–467.

Работа посвящена интереснейшей проблеме современной ядерной физики – определению границ существования материального мира, а именно, получению в лабораторных условиях ядер наиболее тяжелых элементов Периодической таблицы Д.И. Менделеева и изучению их стабильности (радиоактивных свойств). К концу 1990-х годов в разных лабораториях мира удалось синтезировать элементы с порядковым номером до 112 (Cn). Изотопы ядер этих элементов расположены в правой части карты ядер, вблизи числа нейтронов N=162. Но для получения более тяжелых элементов требовалось значительное повышение чувствительности эксперимента. Синтез элементов тяжелее 113 казался невозможным.

Однако с середины 1960-х годов теория предсказывала существование новой области ядер с повышенной стабильностью – «остров стабильности ядер сверхтяжелых элементов» с числом протонов около Z=114 и числом нейтронов около N=184. К ним удалось подобраться только в начале 2000-х годов благодаря экспериментам, выполненным в Дубне под руководством академика РАН Ю.Ц. Оганесяна. Была выполнена серия экспериментов на газонаполненном сепараторе Лаборатории ядерных реакций им. Г.Н. Флерова (ОИЯИ) в сотрудничестве с лабораториями США (Ливермор, Ок-Ридж), в которых мишени из изотопов от 238U до 249–251Cf (Z=92–98) облучались ускоренными ядрами 48Са. Слияние этих ядер привело к открытию новых тяжелых ядер элементов от 113 до 118 и самой области «сверхтяжелых элементов».

В работе представлены результаты экспериментов по синтезу изотопов наиболее тяжелых элементов Ts (Z=117) и Og (Z=118) в реакциях полного слияния ядер 249Bk+48Ca и 249Cf+48Ca. Дано описание экспериментальной установки и методов детектирования образующихся ядер. Обсуждаются пути дальнейшего исследования «острова стабильности» на новом сепараторе Фабрики сверхтяжелых элементов лаборатории ядерных реакций в реакциях слияния ядер 249Bk и 249–251Cf с ионами 50Ti, которые могут привести к открытию еще более тяжелых ядер элементов с Z=119 и 120.

№ 3, том 84, 2020

А.П. Низовцев, С.Я. Килин, Микроволны для эффективного манипулирования ядерными спинами в системах NV-13C в алмазе // Известия РАН. Серия физическая. 2020. Том 84, № 3. C. 310–316.

Статья посвящена актуальному направлению твердотельной квантовой физики – оптимизации квантовых операций на кубитах, реализуемых электронно-ядерными спиновыми системами NV-13C в алмазе, которые благодаря своим уникальным свойствам нашли широкое применение в квантовой информатике, нанометрологии и сенсорике.

Авторы статьи: доктор физ.-мат. наук Низовцев А.П., главный научный сотрудник Института физики им. Б.И. Степанова Национальной академии наук Беларуси, и академик НАН Беларуси Килин С.Я., заместитель председателя президиума НАН Беларуси, избранный недавно почетным иностранным членом Российской академии наук, являются признанными специалистами в области квантовой оптики и квантовой информатики. Еще в 2001 году они совместно с проф. Й. Врахтрупом (J. Wrachtrup, университет Штутгарта, Германия), основоположником экспериментального исследования одиночных NV центров в алмазе, предложили использовать сиcтемы NV-13C для реализации твердотельного квантового процессора и далее внесли значительный вклад в выяснение взаимосвязанных фотофизических и спиновых свойств NV центров. Недавно ими на основе моделирования методами квантовой химии углеродного кластера C510[NV]H252, содержащего NV центр, были получены данные о сверхтонких взаимодействиях для сотен различных систем NV-13С, которые неоднократно были подтверждены экспериментально.

В данной работе эти расчетные данные использованы для предсказания оптимальных условий когерентного манипулирования состояниями ядерного спина 13С в системах NV-13C с помощью микроволнового излучения, а не радиочастотных импульсов, как это делается обычно. На основе численных расчетов и аналитического анализа показано, что наиболее эффективно такое управление ядерным спином атома 13С реализуется при наличии резонансов в системе NV-13C, «одетой» микроволновым излучением.

№ 2, том 84, 2020

А.В. Матюнин, Г.М. Николадзе, П.А. Поляков, Временные аспекты 180° импульсного перемагничивания пленок ферритов-гранатов со сложной анизотропией // Известия РАН. Серия физическая. 2020. Том 84, № 2. C. 198–200.

В работе продемонстрирована возможность двукратного увеличения записи стандартной архитектуры магниторезистивной оперативной памяти (MRAM), на основе использования в качестве записывающего элемента магнитного слоя с плоскостной анизотропией, обладающего двухосной анизотропией в плоскости. Рассмотрен конкретный образец материала с такой структурой анизотропии, имеющий четыре устойчивых состояния ориентации вектора намагниченности. Показана возможность кодирования на подобных элементах 4 битов информации, в отличие от 2 битов в традиционных элементах MRAM.

Для реализации идеи практически не требуется изменять традиционную архитектуру организации MRAM и усложнять ее дополнительными управляющими элементами или уменьшать размеры ячейки памяти. Достаточно только изменить магнитный материал записывающего элемента и получить фактически «даром» двукратное увеличение плотности записи магниторезистивной оперативной памяти.

№ 1, том 84, 2020

В.В. Кулагин, В.В. Валуев, С.М. Конторов, Д.А. Прохоров, В.А. Черепенин, Высокочастотный радиофотонный АЦП с многоканальным измерением сигнала в спектральных интервалах // Известия РАН. Серия физическая. 2020. Том 84, № 1. C. 67–72.

Радиофотоника (микроволновая фотоника) изучает взаимодействие между оптическими и радиочастотными электромагнитными полями в различных нелинейных средах и устройствах с целью создания новых методов генерации и обработки СВЧ сигналов средствами фотоники. Преимуществами радиофотонных устройств являются чрезвычайно широкая полоса (100 ГГц и более), возможность удаленного программного управления режимами работы, гибкость формирования новых устройств, выполняющих определенные функции, защищенность от электромагнитных помех, малый вес и размеры, невысокая стоимость при массовом производстве.

Одним из перспективных типов устройств, разрабатываемых в настоящее время на радиофотонной элементной базе, является высокочастотный аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Выходной сигнал такого АЦП может быть получен только в результате совместной обработки всех отсчетов, что требует параллельной обработки информации. В то же время для СВЧ сигнала с ограниченной шириной полосы такой метод оцифровки является избыточным, т.к. часть полученных после обработки данных не будет содержать полезной информации и будет отброшена, причем эта часть растет с увеличением отношения несущей частоты к ширине полосы сигнала. Более эффективным в этом случае может быть подход, основанный на радиофотонном многоканальном преобразовании сигнала на промежуточную частоту с его последующим измерением.

В работе исследована схема радиофотонного АЦП с многоканальным измерением входного сигнала на основе высокостабильного непрерывного лазера. Создан макет двухканального преобразователя частоты для радиофотонного АЦП и проведены его экспериментальные исследования, которые подтвердили возможность деления входного СВЧ сигнала на спектральные интервалы с последующим их преобразованием на промежуточную частоту. Показано, что при использовании современных оптических элементов в оцифрованном сигнале может быть получено 8-10 эффективных бит независимо от средней частоты спектра сигнала.

№ 12, том 83, 2019

Е.В. Васильев, В.П. Кандидов, В.О. Компанец, С.В. Чекалин, С.А. Шленов, Формирование кольцевых световых пуль в вихревом пучке фемтосекундного излучения // Известия РАН. Серия физическая. 2019. Том 83, № 12. C. 1602–1608.

В Институте спектроскопии РАН и Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова исследуют световые пули – одноцикловые волновые пакеты высокой интенсивности, экстремально сжатые в пространстве и времени при филаментации фемтосекундного лазерного излучения среднего ИК – диапазона в прозрачных диэлектриках в условиях аномальной дисперсии групповой скорости. Новым объектом исследования являются кольцевые световые пули с локализацией излучения в узких тонких кольцах, формирующихся в вихревых пучках в результате самовоздействия и интерференции светового поля оптического вихря.

В отличие от унимодального излучения, световое поле в оптическом вихре локализуется в цилиндрической области, диаметр и ширина которой сокращаются при образовании световой пули. В излучении на длине волны 1800 нм длительность кольцевой световой пули не превышает 10 фс, ее диаметр составляет около десяти, ширина – пяти длин волн оптического излучения, пиковая интенсивность превышает 50 ТВт/см2. Кольцевые световые пули открывают новые перспективы в микрооптике (микроманипулировании поглощающими частицами и микромодификации оптических материалов).

№ 11, том 83, 2019

Е.С. Сергиенко, С.Ю. Янсон, А.А. Костеров, П.В. Флоренский, Н.С. Овчинникова, П.В. Харитонский, А.М. Кульков, Железосодержащие микровключения в иргизитах // Известия РАН. Серия физическая. 2019. Том 83, № 11. C. 1446–1454.

Статья посвящена актуальному направлению исследований в области наук о Земле — изучению импактных стекол астроблемы Жаманшин (Казахстан), уникального метеоритного кратера.

Авторы статьи, сотрудники Санкт-Петербургского государственного университета, представляют различные научные специальности, включая физику, геофизику, геологию и минералогию. Особо следует отметить участие в представленном исследовании Павла Васильевича Флоренского, профессора Российского государственного университета нефти и газа имени И.М. Губкина, который стоял у истоков изучения Жаманшина и посвятил этим работам более 50 лет.

Обширная экспериментальная база Научного парка Санкт-Петербургского университета охватывает самые современные методы исследования вещества. Благодаря этому авторами были получены новые результаты и показано существование микронных и субмикронных кристаллических железосодержащих минералов в иргизитах: сфероидов, скелетных агрегатов, кристаллов необычной структуры и сложного состава. Полученные данные позволяют значительно расширить представления об эволюции Земли, процессах импактитообразования, генезисе и онтогенезе железосодержащих фаз горных пород, а также о процессах кристаллизации и стабилизации магнитных наночастиц, применяющихся в области технологических разработок новых магнитных материалов.