Основные направления исследований

Институт физики является крупнейшим научно-исследовательским центром физики на Юге России центром, занимающимся исследованиями в области физики.

В институте проводятся исследования по ряду актуальных направлений физики: физика сегнетоэлектриков и создание материалов с особыми электрическими свойствами; рентгеноэлектронная и рентгеновская спектроскопия; исследование неупорядоченных конденсированных сред, физика поверхности и тонких пленок, физика фазовых переходов, космология и астрофизика, физика ионосферы, теоретическая физика высоких энергий, теория сверхпроводимости и сверхтекучести, хронобиология и др.

Основателями и руководителями научной школы Ростовского государственного университета по исследованию сегнетоэлектриков являются профессор Н.С. Новосильцев, доцент А.Л. Ходаков и профессор, заслуженный деятель науки и техники РФ, лауреат Государственной премии СССР Е.Г. Фесенко. Научной школой по рентгеновской и рентгенэлектронной спектроскопии в течение нескольких десятилетий руководил её основатель профессор Блохин М.А.

Институт обладает экспериментально-опытным производством общей площадью 3000 кв. м., способным производить до 5 тонн пьезокерамических изделий в год, имеет свою криогенную станцию и радиофизический полигон.

Основные научные результаты, полученные сотрудниками НИИ физики РГУ:

• Предложена и разработана теория фазовых переходов в частично разупорядоченных кристаллических средах. Развиты новые математические методы свойств кристаллических соединений и твердых растворов, опирающиеся на теорию симметрии и методы нелинейной физики. Теория применена при интерпретации экспериментальных данных по электрическим, механическим и тепловым свойствам перовскитоподобных кристаллов и керамических материалов.
• Установлена закономерность формирования фазовых состояний и экстремальных физических свойств в пространственно-неоднородных кристаллических сегнетоактивных средах на основе перовскитов металлов с учетом их кристаллохимических особенностей, термодинамической предыстории и характера возникающих при фазовом переходе дальнодействующих сил, а также определена возможность расширения практического использования этих объектов.
• С использованием развитых оригинальных методов рентгендифракционного анализа кристаллических порошков, керамики, монокристаллов и тонких пленок определены зависимости фазовых состояний и фазовых переходов от параметров структуры в масштабе элементарной ячейки кристаллического блока, кристалла (кристаллита) ряда сложных оксидов, обладающих сегнетоэлектрическими свойствами, свойствами высокотемпературной сверхпроводимости и свойствами колоссальной магнеторезистивности.
• Разработана теория предкраевой структуры в К-спектрах поглощения октаэдрически координированных атомов переходных металлов в оксидах. На ее основе развит новый метод исследования локальных искажений в кристаллах со структурой перовскита, позволивший в комбинации с EXAFS и дифракционными данными описать перестройку локальной атомной структуры с изменением температуры в кристалле KNbO₃ и с изменением концентрации атомов бария в твердом растворе Ba_xSr_(1-x)TiO₃.
• Установлена корреляция сегнетоэлектрических (степень размытия сегнетоэлектрического фазового перехода), структурных (область устойчивости фазы дипольного стекла, температура фазового перехода композиционный порядок-беспорядок) и полупроводниковых (ширина запрещенной зоны) характеристик тройных перовскитов AB'_nB"_mO3 с величинами ионных радиусов и потенциалами ионизации катионов B' и B".
• Разработана теория нелинейных процессов переноса заряда в мезоскопически неоднородных ацентричных средах, позволившая описать с единых позиций все известные подобные эффекты в сегнетоэлектриках-полупроводниках: позисторный, варисторный, гигантский пьезорезистивный, фотовольтаических, четного по полю тока, эмиссию электронов при переполяризации.
• Развиты методы, позволяющие исследовать связь диэлектрических, пьезоэлектрических и упругих свойств в иерархической цепи однодоменный кристалл - полидоменный кристалл - поликристалл с учетом доменно-ориентационных и релаксационных процессов.
• Установлено, что для объяснения физического механизма сегнето-параэлектрического фазового перехода в большинстве кислородно-октаэдрических сегнетоэлектриков необходимо привлечение мезоскопических (кластерных) представлений, а сам фазовый переход является результатом сложного взаимодействия фононной, релаксационной и пьезоэлектрической мод.
• Обнаружены и исследованы гигантский пьезоэлектрический эффект в слоистых композитах сегнетоэлектрик-полимер и гигантское пьезо- и диэлектрическое усиление в неупорядоченных гетерогенных системах типа сегнетокерамик и статистических смесей. Развитые методы исследований успешно применены при исследовании диэлектрических, пьезоэлектрических и упругих свойств полидоменных кристаллов и сегнетокерамик и анализе возможностей управления их физическими свойствами с помощью внешних воздействий
• Исследованы механизмы синтеза и кристаллизации пленок сложных оксидов и ВТСП в плазме емкостного ВЧ-разряда. Показано, что существует связь параметров плазмы со свойствами получаемых пленок, и, в частности, с их структурным совершенством. Определены параметры плазмы, которые обеспечивают максимальное структурное совершенство пленок, полученных в режиме in-situ.
• Построена теория подвижной вихревой структуры сверхпроводников и ее взаимодействия с ультразвуковыми волнами. Согласно теории было предсказано три новых физических эффекта: эффект усиления (генерации) ультразвуковых волн движущимися вихревыми структурами при скоростях движения меньших скорости звука; резонансный по скорости вихревой структуры акустический аналог диодного эффекта; акустоэлектрический эффект в сверхпроводниках с вихревой структурой. Последний эффект в настоящее время обнаружен экспериментально.
• Теоретически и экспериментально обоснован механизм информационных внутриклеточных и межклеточных связей физической природы и определены условия биорезонанса.