В целях расширения фундаментальных исследований в области электрофизики и
электродинамики композитных материалов в 1987 г. в Российской Академии наук
создан Научно исследовательский центр прикладных проблем электродинамики в
рамках Объединенного института высоких температур РАН. Позже Центр был
преобразован в Институт теоретической и прикладной электродинамики (ИТПЭ).
Организатором и директором ИТПЭ является чл.-корр. РАН А.Н. Лагарьков.
Научный персонал ИТПЭ: 50 научных
сотрудников, в том числе 1 член-корреспондент РАН, 9 докторов и 23 кандидата
наук, 38 технологов и инженерно-технических сотрудников.
1.
Цели и предмет деятельности
ИТПЭ выполняет фундаментальные научные исследования и прикладные разработки в области электрофизики и электродинамики:
- фундаментальные исследования в области электрофизики и электродинамики композитных материалов с новыми электрофизическими, оптическими и радиофизическими свойствами, развитие теории и методов физического и математического моделирования и развитие технологии;
- фундаментальные исследования в области высокочастотного магнетизма и прикладные разработки магнтитометрических приборов и устройств;
- фундаментальные исследования в области электродинамики магнитоактивных сред – ферромагнетиков и сверхпроводников второго рода;
- фундаментальные исследования в области электрофизики и электродинамики процессов в плазменных системах, прикладные исследования и разработки плазменных технологий и плазменных систем,
- исследования, направленные на разработку технологии создания малогабаритных водородных топливных элементов.
- внедрение в оборонные и другие отрасти промышленности результатов исследований и создания технологий производства и применения материалов, поглощающих и рассеивающих электромагнитное излучение микроволнового и оптического диапазонов длин волн.
2.
Участие в целевых программах
- участие в Программе фундаментальных исследований ОЭММПУ РАН «Исследование электрофизических явлений в метаматериалах при прохождении потоков электромагнитной энергии», 2003-2006 г.г;
- участие в Программе фундаментальных исследований ОЭММПУ РАН "Изучение новых сверхпроводников и токонесущих элементов на их основе"», 2003-2006 г.г;
- участие в Комплексной программе Президиума РАН « Водородная энергетика», 2005-2006 г.г.
В рамках Президентской программы "Интеграция" Государственный контракт № И0875/2268 направлен на разработку и диагностику аморфных, нанокристаллических и наноструктурированных материалов, обладающих уникальными высокочастотными магнитными свойствами, 2001-2006 г.г.. Работа ведется в сотрудничестве с Физическим факультетом МГУ, Московским институтом электронной техники и Московским физико-техническим институтом.
3.
Результаты фундаментальных исследований последних лет
Среди результатов можно выделить следующие:
1. Проведены экспериментальные исследования и построена теория взаимодействия электромагнитных волн микроволнового диапазона с упорядоченными и неупорядоченными неоднородными материалами и средами, в том числе:
-
перколяционные системы;
- тонкие магнитные пленки;
- киральные материалы и искусственные
магнетики;
- мелкослоистые системы;
- структурированные мультислои и более
сложные метаматериалы;
- системы, наполненные спиральными
микрочастицами;
- фотонные кристаллы и другие
структуры.
Развитая теория и обширный экспериментальный материал послужили основой для создания новых композитных материалов с уникальными электрофизическими и магнитными свойствами.
2. Проведены исследования свойств электродинамических систем из материалов с отрицательными значениями диэлектрической и магнитной проницаемостей. Исследованы эффекты отрицательного преломления, прохождения потоков энергии и особенности фокусировки. Впервые экспериментально и теоретически получено изображение источников, расстояние между которыми существенно меньше длины волны. Таким образом, преодолено ограничение на степень детализации изображения, известное как «дифракционный предел». Это может стать основой технологического прорыва в микроэлектронике и в технологии производства фокусирующих систем, антенн, специальных материалов.
3. Развиты методики использования аппарата интегральных уравнений для расчета рассеяния на телах со сложной структурой и/или больших размеров (относительно длины волны). Разработаны численные методы расчета дифракции электромагнитных волн на трехмерных объектах, покрытых такими материалами, в том числе – новые комбинированные и гибридные алгоритмы, сочетающие экономичность асимптотических методик и высокую точность, характерную для строгих методов (интегральных уравнений, собственных функций, конечных элементов). Проведены эксперименты, выявившие многие особенности рассеяния электромагнитных волн на объектах сложных геометрических форм и разнородных по материалам.
4. Проанализирован ряд новых эффектов в магнитных оксидах с колоссальным магнитосопротивлением. Дано объяснение гигантского изотоп-эффекта в манганитах – перехода металл-диэлектрик при замещении кислорода 16O на более тяжелый изотоп 18O. Построена модель электронного транспорта в магнитных оксидах в состоянии фазового расслоения. Дано теоретическое объяснение зависимости магнитосопротивления от магнитного поля и температуры, а также гигантского фликкер-шума в подобных системах.
5. Проведены исследования по электродинамике анизотропных высокотемпературных сверхпроводников. Дано теоретическое объяснение новым эффектам в этих системах – макротурбулентной и дендритной неустойчивостям. При развитии этих неустойчивостей в сверхпроводниках возникает заметная диссипация энергии, сопровождающаяся образованием пространственно неоднородных магнитных структур. Показано, что макротурбулентность является аналогом турбулентной неустойчивости в классической гидродинамике, а образование дендритных структур инициируется термомагнитной неустойчивостью вихревого состояния.
6. Исследовано явление локализации электромагнитного излучения на планарных и трехмерных перколяционных системах. Показано, что это новое физическое явление во многом сходно с андерсоновской локализацией квантовых частиц в неупорядоченных системах. Исследовано распространение электромагнитных волн в магнито-фотонных кристаллах. Показана возможность усиления магнито-оптических эффектов в десятки раз, что указывает на перспективность использования исследуемых объектов при оптическом методе передачи информации.
4.
Результаты прикладных исследований
1. Выполнены прикладные исследования материаловедческого, радиотехнического и технологического характера, позволивших разработать оптимальные рецептуры:
- высоконаполненных полимерных и эластомерных композиций магнитодиэлектрического и диэлектрического типов;
- высокотемпературных композиционных материалов диэлектрического и магнито-диэлектрического типов.
На их основе создана серия высокоэффективных многослойных структур радиопоглощающих покрытий для решения проблем электромагнитной совместимости и радиолокационной заметности.
2. Выполнены исследования электродинамических свойств объемных плазменных и плазменно-диэлектрических структур, отражающих, либо поглощающих радиоволны. Результаты имеют прикладное значение для антенной техники, в частности, для создания электромагнитных экранов.
5.
Институтом разработаны новые технологии
1. Технологии создания новых материалов и покрытий, поглощающих, экранирующих и рассеивающих оптическое и сверхвысокочастотное электромагнитное излучение с использованием способов плазменно-дугового, плазменно-вакуумного и пневматического напыления и способов формирования поглощающих сотовых структур.
2. Технология изготовления тонкопленочных структур, обладающих гигантским магнитным импедансом, перспективных в качестве чувствительных элементов - сенсоров высокочувствительных датчиков слабых магнитных полей.
3. Технология изготовления интегрированных мембранных блоков для водородо-кислородных (водородо-воздушных) малогабаритных топливных элементов для автономной энергетики высокотехнологичных портативных устройств.
4. Технологии производства многослойных энергосберегающих покрытий для остекления промышленных, жилых и административных зданий и транспортных средств. Ее применение позволяет понизить в два раза потери тепла в зимнее время.
6.
Результаты решения прикладных проблем
1. Одной из важнейших прикладных работ является уменьшение радиолокационной заметности объектов спецтехники. Проведены экспериментальные и теоретические работы по снижению радиолокационной заметности современных истребителей. Разработаны электродинамические модели самолетов в целом и их отдельных узлов. Проведена модернизация машин. Проведены их летные испытания. Результаты соответствуют мировому уровню стелс-технологии, в частности, имеющемуся в США для подобного типа объектов. Работы ведутся в сотрудничестве с АООТ "ОКБ Сухого", ФГУП "Рособоронэкспорт", ФГУП "РСК "МиГ"", предприятием "Рыбинские моторы" и рядом других организаций.
2. Разработанная ИТПЭ технология производства сотово-структурных радиопоглощающих материалов позволила использовать их для оборудования безэховых камер (БЭК). БЭК представляет собою компактный полигон для проведения исследований взаимодействия радиоволн с объектами сложных форм, диаграмм направленности антенн, анализа проблем электромагнитной совместимости и др. По договорам Института с предприятиями “Звезда-Стрела”, ГУП ГРПЗ и Сингапурским национальным университетом построены и оборудованы БЭК с высоким уровнем безэховости.
3. Исследования аморфных и квазикристаллических магнитомягких материалов и магнитоимпедансных эффектов при пропускании через них высокочастотных токов позволили создать высокочувствительные сенсоры для датчиков слабых магнитных полей. Выполнены Проект МНТЦ “Разработка и исследование структур, обладающих гигантским магнитным импедансом, для высокочувствительных приборов” и Проект Mежведомственной научно-технической программы РФ “Интегральная система диагностики источников слабых магнитных полей”. Он был направлен на создание дефектоскопов металлических труб, построен пилотный прибор, фиксирующий подповерхностные трещины.
7.
Научная школа НШ-1694.2003.2 – «Исследование
электродинамики и электрофизики
гетерогенных сред»
Формально Научная школа (НШ), руководителем которой является чл.-корр.
РАН А.Н. Лагарьков, существует с момента учреждения грантов президента для
«Ведущих научных школ» (1996). Фактически НШ начала образовываться в начале
восьмидесятых годов. Все это время постоянно существующее ядро Школы (5-10
ведущих специалистов), работая в области электродинамики конденсированных сред,
определяет перспективные направления исследований всего коллектива Школы,
вовлекая в научные исследования молодые кадры. В рамках НШ защищено 7 докторских
и 12 кандидатских диссертаций.
В рамках НШ реализуется комплексный
подход к проблеме, включающей как фундаментальные аспекты исследования
электрофизических явлений, происходящих при прохождении электромагнитных волн в
различных гетерогенных системах (киральных средах, искусственных магнетиках,
материалах с отрицательным преломлением, квадрупольных средах, фотонных
кристаллах, нанокомпозитах), так и исследование возможности синтеза новых
метаматериалов с использованием вакуумного напыления металл-диэлектрических
нанокомпозитных систем, структуированных многослойных пленочных композитовов, а
также разработку приборов и устройств, использующих новые явления, наблюдающиеся
при взаимодействии метаматериалов с электромагнитным полем.
8.
Научно-организационная деятельность
1. Институт принимает участие в работе Научного совета «Электрофизика, электроэнергетика, электротехника», в частности, в работе секции «Электрофизика композиционных материалов» (чл.-корр. РАН А.Н. Лагарьков является председателем секции) и Научного совета по комплексной проблеме «Физика низкотемпературной плазмы».
2. Чл.-корр. РАН А.Н. Лагарьков является руководителем рабочей группы по совместным исследованиям и отработке технологий для перспективных авиационных комплексов в институтах Российской академии наук и на Государственном унитарном предприятии АВПК «СУХОЙ». План совместных работ утвержден Российской академией наук и Российским авиационно-космическим Агентством в 2002 году.
3. Институт имеет базовую кафедру «Прикладной теоретической физики» при Московском физико-техническом институте (Факультет проблем физики и энергетики), сотрудники Института ведут преподавательскую деятельность на этой кафедре и осуществляют научное руководство студентами и аспирантами.
4. При Институте работает диссертационный совет ОИВТ РАН на соискание ученой степени доктора наук по специальности «Электрофизика, электрофизические установки» (чл.-корр. РАН А.Н. Лагарьков – председатель совета).
5. Ученый совет Института проводит ежегодные Научные конференции Института по тематике своих научных направлений (в рамках Chapter 8 IEEE).
6. Институт является одним из организаторов Учебно–научного центра «Фундаментальные и прикладные проблемы электрофизики и малой энергетики», созданного совместно с НТЦ ЭПУ РАН, МГУ, МФТИ, МАИ и МГУИЭ в целях объединения усилий и ресурсов и для поддержки совместной учебной и научной деятельности сотрудников, аспирантов и студентов по приоритетным и перспективным направлениям науки и технологий.