Сайт института: http://kirensky.krasn.ru/

Институт физики им. Л.В. Киренского СО РАН был основан в 1957 г. по инициативе и под руководством академика Л.В. Киренского.

Институт физики возглавляли: Герой Социалистического Труда академик Л.В. Киренский (1958-1969 гг.), академик И.А. Терсков — (1969-1981 гг.), лауреат Государственной премии СССР в области науки и техники академик К.С. Александров — (1981-2003 гг.).

В настоящее время директор Института — академик В.Ф. Шабанов

В настоящее время Институт функционирует в составе Отделения общей физики РАН и является одним из ведущих научных центров страны по физике диэлектрических, сегнетоэлектрических и магнитных кристаллов, тонких магнитных пленок и наноструктур, оптики и радиоспектроскопии. В составе Института 16 научных лабораторий, численность Института составляет 307 человек, в том числе 154 штатных научных сотрудника: 1 академик РАН, 38 докторов и 100 кандидатов наук, 47 молодых ученых, 40 аспирантов.

Основными направлениями фундаментальных исследований Института физики являются:

• физика магнитных явлений и магнитных материалов;
• физика конденсированных сред и материалов для электронной техники.

Широкое признание получили работы, выполняемые под руководством академика РАН К.С. Александрова, который возглавлял Институт с 1981 г. по 2003 г. Это работы в области исследований структуры и фазовых переходов в кристаллах, изучения физических свойств новых материалов. Комплексные исследования структурных фазовых переходов в кристаллах сегнетоэлектриков, сегнетоэластиков и других диэлектриков включали в себя поиск и выращивание кристаллов, всестороннее изучение их физических свойств и изменений структуры при фазовых переходах с помощью рентгеновских лучей, нейтронов и методов радиоспектроскопии, оптических, акустических и теплофизических измерений.

Параллельно развивалась теория фазовых переходов, начиная от термодинамического описания изменений физических свойств во многих семействах кристаллов, создания модельных теорий, а в последние годы и расчетов из первых принципов термодинамических и динамических свойств достаточно сложных структур (В.И. Зиненко). Основой целью этих работ является изучение механизмов фазовых переходов и причин, вызывающих спонтанные изменения симметрии и структуры кристаллов. Было исследовано несколько обширных семейств сегнетоэлектриков и сегнетоэластиков. За часть таких работ группе ученых, в т.ч. двум сотрудникам Института (К.С. Александров, И.П. Александрова) была присуждена Государственная премия СССР в 1989 г. Широко известны несколько монографий, посвященных этим проблемам, а также пионерские радиоспектроскопические и оптические исследования несоразмерно модулированных фаз (И.П. Александрова, В.Ф. Шабанов).

Важную роль сыграли систематические исследования структур известных и прогноз возможных новых перовскитоподобных кристаллов в таких семействах как перовскиты, эльпасолиты, анион- и катион-дефицитные родственные соединения, а также слоистые октаэдрические соединения, часто встречающиеся среди высокотемпературных сверхпроводников. За цикл этих работ К.С. Александрову и Б.В. Безносикову была присуждена премия РАН им. Е.С. Федорова в 1997 г., а монография этих авторов <Перовскитоподобные кристаллы>, Новосибирск, Изд. СО РАН, 1997г. стала библиографической редкостью.

Экспериментальные исследования этого плана были направлены на синтез ряда хлоридов, фторидов, оксифторидов и оксидов со структурами типа эльпасолита и криолита, а также соединений типа оксида рения, дефицитных по катионам. В этих соединениях были изучены фазовые переходы, определены структуры искаженных фаз и на основе калориметрических исследований выяснена природа переходов (И.Н. Флеров, М.В. Горев). Особенно полезным оказались калориметрические данные для понимания структурных превращений в сегнетоэлектриках-релаксорах, таких как магнониобат свинца, которые широко используются в практике.

Созданная в отделе уникальная технология группового выращивания кристаллов из растворов-расплавов (Л.Н. Безматерных) позволяет получать крупные качественные новые кристаллы для применений в микроволновых и магнитооптических устройствах. В качестве примеров можно назвать активированные неодимом гадолиний-галлиевые гранаты, которые оказались практически одноцентровой лазерной средой даже при содержании неодима выше 10 ат%. На них получена непрерывная лазерная генерация на четырех новых длинах волн. Другой пример — кристаллы галлогерманата свинца и метабората меди, обладающие высокой твердостью и достаточно сильным пьезоэффектом.

В Институте работает известная в стране и за рубежом школа специалистов по радиоспектроскопии твердого тела. Наряду с исследованиями твердых тел на микроскопическом уровне, ведутся работы по совершенствованию методов радиоспектроскопии. Развита динамическая теория систем ядерных магнитных моментов кристаллов на основе исследования сингулярностей корреляционных функций (В.Е. Зобов). Современными методами ядерного магнитного резонанса (ЯМР) проведены исследования динамических процессов в кристаллах. Уточнены представления о микромеханизмах протонного транспорта в кристаллах с водородными связями (И.П. Александрова, Ю.Н. Иванов, А.А. Суховский) и о спектрах ЯМР поликристаллов (О.В. Фалалеев). При выполнении уникальных измерений на полученном недавно современном ЯМР спектрометре AVANCE 300 помогает опыт, накопленный при разработке как импульсных, так и непрерывных спектрометров (ЯМР-213, ЯМР-МИКРО).

Актуальность исследований по физике неметаллических магнетиков определяется их важностью в науке и технике. Так, ферриты сыграли огромную роль в развитии современных представлений о природе магнитоупорядоченных веществ и привели к революционным достижениям в технике СВЧ, электротехнике, электронике. Интерес к этим соединениям связан с явлениями высокотемпературной сверхпроводимости и колоссального магнитосопротивления.

В рамках указанной тематики в Институте под руководством Г.А. Петраковского исследованы магнитоупругие и релаксационные свойств широкого класса ферритов со структурами граната, шпинели и гексаферритов. Проведены исследования эффекта Мессбауэра в этих соединениях и развита модель косвенной обменной связи, позволяющая прогнозировать обменные константы. Запатентованы устройства, основанные на использовании явления параметрического резонанса спиновых волн и магнитострикции в ферритах.

Проведены пионерские исследования влияния оптического возбуждения на магнитные свойства магнитодиэлектриков. Созданы уникальные установки для изучения магнитооптического резонанса (Г.С. Патрин) и СКВИД магнетометр с оптической накачкой (Д.А. Великанов). В результате обнаружены новые фотомагнитные материалы на основе легированных редкими землями иттриевого феррограната и гематита (Н.В. Волков).

Проведены исследования перехода металл-диэлектрик в сульфидах 3d-металлов. Обнаружены новые соединения этого класса с колоссальным магнитосопротивлением. За цикл этих работ в 2001 г. получена премия СО РАН и НАН Белоруссии им. В.А. Коптюга (Г.А. Петраковский, Л.И. Рябинкина, Г.М. Абрамова, Н.И. Киселев, Д.А. Балаев).

Синтезированы новые окисные соединения меди (К.А. Саблина) и исследованы в них магнитное состояние и спиновая динамика. Среди них впервые исследован спин-пайерлсовский магнетик CuGeO3, переходящий в синглетное спиновое состояние при температурах ниже 140 К. Впервые выращен магнетик CuB2O4, а методами упругого и неупругого рассеяния нейтронов, мюонной спиновой релаксации и магнитного резонанса детально исследованы его магнитная структура и спиновая динамика. Установлено, что кристалл является первым 3D магнетиком, в котором реализуется магнитное состояние типа спонтанной солитонной решетки. Разработана теория этого несоразмерного состояния и спиновой динамики. Обнаружено новое соединение Cu5Bi2B4O14 c ферримагнитным типом магнитного порядка. Получен патент на принципиально новую технологию создания тонкослойных пленок меди на основе кристаллов CuB2O4.

Еще одно направление исследований — физика тонких магнитных пленок и многослойных структур. Это направление в Институте заложено еще его основателем, академиком Л.В. Киренским и развивалось в работах Н.М. Саланского, В.Г. Пынько, Г.И. Фролова, П.Д. Кима, Р.С. Исхакова. Такие материалы нужны в первую очередь для изготовления магнитных носителей информации. Магнитные наноструктуры — это новый объект исследований, они состоят из магнитных наночастиц (размером меньшим 10 нм), пространственным расположением которых можно управлять технологией, формируя либо низкомерные спиновые системы, либо сложные объемные структуры.

Разработан метод корреляционной магнитометрии, позволяющий для наноструктурных ферромагнетиков измерять средние величины локальной магнитной анизотропии нанозерен и их размеры.

Разработана технология импульсно-плазменного испарения, позволяющая получать пленки сверхпересыщенных твердых растворов металлов группы железа с углеродом, азотом, бором. Получены немагнитные карбиды кобальта разлагающиеся при нагреве до 2000С на частицы кобальта, оболоченные графитом. Такое гетерофазное состояние представляет интерес как материал для магнитной записи.

Изучены условия твердофазного синтеза в пленках из двух слоев различных металлов, и показано, что величины взаимной диффузии существенно увеличиваются (на несколько порядков) при структурных превращениях; температура инициирования реакции синтеза совпадает с температурой данного превращения.

На основе исследований монокристаллических мультислойных пленкок CoPt предложена новая информационная среда для перпендикулярной магнитной записи в виде высокоанизотропных мультислоев, где размер бита определяется узкой доменной стенкой.

Отработана технология получения стабильных наноструктур Mn/Dy/Bi с рекордным значением магнитооптических параметров, на основе которых создан и успешно тестирован макет магнитооптического диска с лазерным считыванием информации.

Запущена трехкамерная установка молекулярно-лучевой эпитаксии <Ангара>, модернизированная для напыления сверхтонких (~1нм) магнитных слоев и наноструктур в сверхвысоком вакууме (~10-8 Па). Проведена работа по автоматизации технологического процесса, что позволило напылять повторяющиеся наноструктуры (Fe/Si)n, перспективные для устройств спинтроники. Показано, что изменение концентрации носителей в полупроводниковом слое при освещении изменяет магнитное взаимодействие между слоями Fe.

В Институте разработаны новые концепции синтеза фуллеренов (Г.Н. Чурилов) и на их основе создана установка для эффективного получения фуллереновых производных при атмосферном давлении. В ее основе лежит использование самовыдувающейся и самофокусирующейся струи углеродной плазмы, возникающей при питании дуги током килогерцевого диапазона частот.

Лаборатория спектроскопии, выросшая затем в отдел оптики, была основана А. В. Коршуновым одновременно с созданием института — в 1957 году. Сейчас отделом руководит академик В. Ф. Шабанов, в его состав входят лаборатории молекулярной спектроскопии и когерентной оптики. Традиционная тематика работ — исследования взаимосвязи спектральных, оптических и электрооптических свойств с атомными, молекулярными характеристиками и структурой сложных атомно-молекулярных сред: твердых и жидких кристаллов, жидкокристаллических композитов, фотоннокристаллических структур, фрактальных нанокластеров, газов.

Развиты методы определения полей световых волн в молекулярных и жидких кристаллах сложной структуры, исследуются проявления анизотропии этих полей в рефрактометрии, абсорбционной спектроскопии, комбинационном рассеянии света и люминесценции (Е. М. Аверьянов). Установленные взаимосвязи оптических свойств со структурными характеристиками дали толчок к исследованиям особенностей молекулярной оптики, структуры и фазовых переходов анизотропных конденсированных сред. Так, впервые были измерены абсолютные значения сечений комбинационного рассеяния для сильно нелинейных органических кристаллов, установлена их связь с величинами оптической нелинейности. В последние годы большое внимание уделяется исследованию кристаллов с неупорядоченной структурой, несоразмерными фазами (А.Н. Втюрин). Разрабатываются новые экспериментальные методы колебательной спектроскопии кристаллов, совершенствуется приборный парк, ведутся работы по автоматизации эксперимента.

Ведутся исследования распространения электромагнитных волн в композитных фотонных кристаллах, в том числе — с жидкокристаллическими компонентами. На их основе разрабатываются методы управления параметрами световых полей. Приоритетные работы в области оптических свойств композитных систем на основе жидких кристаллов, капсулированных в полимерных матрицах, привели к созданию качественно новых функциональных материалов и устройств для оптоэлектроники и информационных технологий, существенно расширив функциональные возможности и области применения ЖК композитов (В. И. Зырянов).

Обнаружен ряд уникальных оптических и фотохромных свойств фрактально-структурированных нанокомпозитов типа <металл — диэлектрик>, связанных с усилением локальных электромагнитных полей вблизи металлических наночастиц. Это позволяет получать гигантские оптические нелинейности, создавать материалы с оптической памятью. Разрабатываются методы экспресс-контроля за свойствами наночастиц, фотоиндуцированного образования подобных систем в золях металлов (С.В. Карпов).

Исследования нелинейно-оптические резонансных процессов в атомных и молекулярных средах сосредоточились на изучении динамической электромагнитно-индуцированной прозрачности с целью когерентного контроля и управления оптическими свойствами плотных атомных сред, записи и считывания световых импульсов (А.К. Попов, В.Г. Архипкин).

Разрабатываются оптические интерферометры со встречным направлением световых лучей в области электронной регистрации интерференционного поля. Эти компактные и надежные приборы предназначены для метрологии, голографии, спектроскопии Фурье, для измерений физических параметров, связанных с пространственным или временным распределением интерференционных полей.

Теоретический отдел был создан в Институте физики в 1963 г. под руководством В.А. Игнатченко. В первые годы здесь разрабатывалась теория доменной структуры ферромагнетиков, спин-волнового, магнитоупругого, ферромагнитного и ядерного магнитного резонансов в тонких магнитных плёнках. В работах В.А. Игнатченко, Ю.А. Куденко и В.Н. Цифриновича была обоснована возможность совмещения частот ФМР и ЯМР, а также предсказаны явления электронно-ядерного резонанса и инверсного спинового эха. Была развита феноменологическая теория аморфных магнетиков (В.А. Игнатченко, Р.С. Исхаков), которая послужила основой развития новых экспериментальных методик измерения корреляционных радиусов неоднородностей аморфных сплавов. Было показано, что основным состоянием электрических или магнитных диполей в кубической решётке является микровихревая структура. В последние годы развивается теория распространения волн в частично рандомизованных сверхрешётках (В.А. Игнатченко, Ю.И. Маньков); предложен новый метод их описания, основанный на обобщении теории случайной частотной модуляции радиосигнала. Впервые исследовано влияние смеси одно- и трёхмерных неоднородностей и анизотропии корреляционных свойств неоднородностей на спектр и затухание волн в сверхрешётках.

В 1973 г. в теоротделе была открыта лаборатория теории нелинейных процессов под руководством Г.М. Заславского, в которой развивалась теория нелинейных волн и зарождения стохастичности в динамических системах, возникновение спонтанной когерентности в системе атомов и молекул. В последние годы работы в этой лаборатории ведутся под руководством А.Ф. Садреева. Показано, что спин-орбитальное взаимодействие Рашбы в полупроводниковых микроструктурах приводит к эффекту Холла без магнитного поля. Предсказано образование вихрей в компонентах спинорного конденсата магнитной ловушки Иоффе-Причарда.

В 1980 г. в теоротделе была открыта лаборатория теории твёрдого тела под руководством Е.В. Кузьмина. В ней продолжены начатые в 70-е годы работы по сильным электронным корреляциям (С.Г. Овчинников, В.В. Вальков). Для исследования электронной структуры ВТСП был развит обобщенный метод сильной связи. Было объяснено, почему антиферромагнитное взаимодействие в купратах приводит к сверхпроводимости с критической температурой в сто раз больше, чем ферромагнитное в изоструктурных рутенатах. Проведено обобщение диаграммной техники для операторов Хаббарда, позволившее изучить влияние трёхцентровых взаимодействий на формирование сверхпроводимости. Обнаружены особенности спектральной теоремы в теории сильно коррелированных систем.

В Институте сформированы мощные направления реализации результатов фундаментальных исследований. На основе новых подходов к описанию СВЧ полей разработан обширный ряд малогабаритных интегрированных устройств СВЧ техники и приборов на их основе для систем связи, радиолокации и радионавигации. Разработки ведутся по заказу предприятий Министерства связи и Министерства обороны России. Создан автоматизированный комплекс, позволяющий конструировать и изготавливать микрополосковые структуры метрового, дециметрового и сантиметрового диапазонов длин волн. Основой комплекса является оригинальная узкоспециализированная экспертная система «FILTEX». Многие устройства, входящие в банк оптимизированных конструкций экспертной системы, защищены патентами России.

Сотрудники Института (Звегинцев А.Г., Елфимов С.А., Килин В.И.) работают над созданием новых технологий обогащения полезных ископаемых. На базе многолетних исследований взаимодействия различных минеральных смесей в пульсирующих и вращающихся высокоградиентных магнитных полях разработаны новые методы магнитной сепарации минералов. Изготовлены опытные образцы многофункциональных сепараторов с перестраиваемыми магнитными системами, позволяющие производить обогащение широкого класса железосодержащих руд, повысить извлечение железа при существенном снижении энергозатрат.

Институт принимает активное участие в программах интеграции академической науки с высшей школой.