Научные результаты:

Кафедра традиционно занимается разработкой технологии, синтезом и исследованием монокристаллических структур.

Разработаны технологии синтеза кристаллохимических рядов магнитноупорядоченных кристаллов на основе литиевой шпинели, гематита и бороферритов, охватывающих кристаллические классы кубической, ромбоэдрической и ромбической систем. Развита технология профилированного роста кристаллов корунда (сапфира).

Наиболее интересными в этом ряду являются монокристаллы бората железа, FeBO₃. Из-за необычного сочетания магнитных оптических, акустических и резонансных свойств эти кристаллы являются уникальными модельными объектами многочисленных исследований в области физики твердого тела и магнетизма. Борат железа – редкий материал, обладающий прозрачностью в видимой области спектра и спонтанной намагниченностью при комнатной температуре (прозрачный магнетик!). Кафедра занимает лидирующие позиции в мире в области синтеза таких материалов. На наших кристаллах выполнены многочисленные исследования совместно с ведущими научными центрами: ВНИИФТРИ, ИОФ РАН, ИФП РАН, РНЦ «Курчатовский ин-т», МГУ, Ин-т кристаллографии РАН, ИРЭ НАН Украины (Харьков), Институт микроэлектроники и нанотехнологий (Лилль, Франция), Radboud University (Неймеген, Нидерланды), University of Bordeaux (Бордо, Франция), University of Szczecin (Щецин, Польша), University of Bialystok (Белосток, Польша).

Ещё одним направлением научной деятельности кафедры в течении многих лет является физика сегнетоэлектриков (СЭ) – монокристаллических соединений, обладающих так называемой спонтанной поляризацией, которые являются как бы электрическим аналогом магнитоупорядоченных веществ. Сегнетоэлектрические материалы широко используются в современной нелинейной оптике, оптоэлектронике и электроакустике. Наиболее интересными устройствами, выполненными с использованием СЭ являются лазерные гироскопы. В лабораториях кафедры проводятся исследования структурных особенностей, электрических и оптических свойств таких сегнетоэлектриков, как ниобат лития LiNbO₃ и танталат лития LiTaO₃ и влияния на их свойства различных послеростовых обработок. Многие исследования ведутся совместно с Институтом химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева (г.Апатиты) – одним из лидеров РАН по разработке технологии выращивания сегнетоэлектриков с заданными физическими свойствами и их синтезу, а также с ООО «Оптолинк» (Зеленоград). Большинство экспериментов выполняется на специально разработанном оригинальном оборудовании. По этому направлению защищена 1 докторская и 4 кандидатские диссертации, опубликовано более 60 статей в научных журналах.

Наиболее значимые результаты последних лет:

1. На небазисных гранях изометричных монокристаллов бората железа, синтезированных газотранспортным методом, обнаружен и исследован поверхностный магнетизм (совместно с кафедрой магнетизма МГУ и University of Bordeaux). В частности, мы обнаружили на поверхности кристаллов доменную структуру, сходную с доменной структурой тонкопленочных ЦМД-содержащих материалов, что позволяет рассматривать поверхность бората железа в качестве новой среды для магнитной записи информации.

2.  Обнаружены и исследованы новые магнитоакустические эффекты, такие как магнитное двупреломление поперечного звука – акустический аналог хорошо известного оптического эффекта Коттона-Мутона (совместно с ИРЭ НАН Украины, Институтом микроэлектроники и нанотехнологий, Лилль, Франция).  Практическим приложением обнаруженных эффектов может быть разработка новых приборов – магнитоакустических преобразователей, позволяющих управлять параметрами звуковой волны с помощью магнитного поля.

3. Исследованы магнитоакустические возбуждения в кристалле FeBO₃, вызываемые сверхкороткими лазерными импульсами. Эксперимент по облучению синтезированных нами монокристаллов бората железа фемтосекундным лазером показал, что в этом случае в кристалле возбуждается продольная акустическая волна, вызывающая, в свою очередь, магнитные колебания (совместно с Radboud University, Неймеген, Нидерланды). Полученные экспериментальные результаты удалось интерпретировать на основе развитой теории.

4. Разработана технология синтеза высокосовершенных диамагнитно-разбавленных монокристаллов бората железа Fe_1-xGa_xBO₃ с широким диапазоном замещений (х <= 0 <= 1). Диамагнитное разбавление – это многообещающий метод, который дает возможность экспериментально исследовать отдельные механизмы, формирующие магнитные свойства материалов.

Развита технология легирования монокристаллов бората железа и бората галлия металлами Ni, Co, Mn, Cu и др.

Рис. 1 Монокристаллы GaBO3 (a) и FeBO3 (b).

Рис. 2 Монокристаллы серии Fe1-xGaxBO3 х <= 0 <= 1

6. Проведены комплексные магниторезонансные исследования монокристаллов Fе_1-xGa_xBO₃ (совместно с ИФП РАН и University of Bordeaux).

7. Выполнена работа по синтезу и аттестации высокосовершенных монокристаллических образцов на основе бората железа для применений в синхротонных технологиях нового поколения (так называемые установки Mega-Science) в качестве идеальных монохроматоров для выделения из «белого» синхротронного излучения интенсивного мессбауэровского пучка (совместно с Институтом кристаллографии РАН в рамках гранта РФФИ).

8. Получена обширная информация о механизмах электрической проводимости номинально беспримесных и примесных кристаллов LiNbO₃ и LiTaO₃ и их электрических свойствах.

9. Методами ядерного магнитного резонанса и компьютерного моделирования зучены особенности структуры кристаллов LiNbO₃  разной стехиометрии и кристаллов, легированных ионами Mg²⁺ и Zn²⁺.

10. Исследовано влияние пироэлектрического эффекта на работу интегрально-оптических чипов на основе х-среза кристаллов LiNbO₃.

11. Разработана оригинальная аппаратура для исследования электрических свойств высокоомных диэлектриков

История:

Кафедра физики конденсированных сред, физических методов и информационных технологий в медицине физико-технического института возникла три года назад в результате слияния двух кафедр – физики твердого тела (образована в 1972 г.) и медицинской физики и информатики. На первый взгляд может показаться, что эти составные части очень далеки друг от друга. Физика твердого тела занимается исследованиями вещества в конденсированном, точнее, кристаллическом состоянии. Задачи медицинской физики заключаются в применении законов физики к биологическим объектам и медицинской технике. На самом же деле мощные экспериментальные методы физики твердого тела в настоящее время оказываются весьма востребованными и в медицине. Все это, безусловно, положительно сказывается на качестве профессиональной подготовки студентов. Отметим  еще одну особенность нашей кафедры: у нас обучаются как студенты-физики, так и студенты медицинских специальностей Медакадемии КФУ.  Студенты-медики получают возможность более глубоко изучать физические основы функционирования биологических систем и современного высокотехнологичного медицинского оборудования. Такой подход находится в русле тенденций развития современной медицины. Студенты же физического направления в рамках своей подготовки наряду с изучением вопросов фундаментальной физики получают возможность приобщиться и к прикладным задачам, актуальным, в частности, и для медицины. Здесь мы сталкиваемся с одним из важнейших назначений физической науки – ускорять и обогащать развитие прикладных областей. Кроме медицины, экспериментальные методы физики твердого тела оказываются весьма эффективными в очень многих других прикладных областях, например, для решения задач экологии, биологии, археологии, криминалистики.  Все эти направления мы активно развиваем в сотрудничестве с заинтересованными организациями, ведем поиск новых сфер приложения мощного арсенала экспериментальных методов современной физики.  Наша кафедра является выпускающей – готовим бакалавров и магистров по направлению физика конденсированного состояния. Традиционно много времени и сил преподаватели и сотрудники кафедры уделяют научным исследованиям, диапазон которых весьма широк – от синтеза кристаллов до теоретических и экспериментальных исследований различных их свойств.  Сейчас осуществляется работа в рамках нескольких грантов, развивается традиционное для нашей кафедры международное научное сотрудничество. Мы тесно и плодотворно сотрудничаем с несколькими университетами Франции и Голландии, работаем с ведущими российскими научными и учебными центрами, такими как МГУ, Институт физических проблем РАН, Институт кристаллографии РАН, Институт физики СО РАН и др., выполняем совместные гранты.  Результаты проводимых на кафедре исследований публикуются в рейтинговых международных научных журналах. В решении всех этих задач, естественно, принимают участие и студенты. Это наиболее эффективный способ подготовки специалистов в университете. Высокое качество профессиональной подготовки позволяет нашим выпускникам уверенно чувствовать себя в непростых условиях нынешнего рынка труда. Имея хорошую основу, они легко осваивают многие области знаний и плодотворно работают в различных отраслях, иногда весьма далеких от физики. Лучшие выпускники продолжают обучение в аспирантуре и защищают диссертации. При кафедре имеется несколько лабораторий, которые в последние годы оснащаются современным дорогостоящим научным оборудованием. Приобретены новые рентгеновские установки для исследования структуры кристаллических и других материалов, новые ростовые комплексы для синтеза кристаллов. Все это способствует повышению уровня и качества научных исследований и подготовки студентов. Кроме уже упомянутой медицины, экспериментальные методы физики твердого тела оказываются весьма эффективными в очень многих других прикладных областях, например, для решения задач экологии, биологии, археологии, криминалистики.  Все эти направления мы активно развиваем в сотрудничестве с заинтересованными организациями, ведем поиск новых сфер приложения мощного арсенала экспериментальных методов современной физики.

Оснащение: