ФИЗИКА

В рамках модели потенциала нулевого радиуса проведен расчет коэффициента примесного электрооптического поглощения в квазинульмерной структуре с учетом дисперсии радиуса квантовых точек для случая произвольного направления вектора поляризации световой волны по отношению к направлению электрического поля. Показано, что квантово-размерный эффект Штарка проявляется в спектре поглощения квазинульмерной структуры в красном смещении энергии оптических переходов и в дихроизме примесного поглощения света, связанного с изменением правил отбора для осцилляторных квантовых чисел в y- и z-направлениях квантовой точки.

В модели потенциала нулевого радиуса теоретически исследовано примесное поглощение света в квазинульмерной структуре с дискообразными квантовыми точками. Показано, что особенность геометрического и потенциального конфайнмента квантового диска проявляется в пространственной анизотропии энергии связи D{-}-состояния и в существенной зависимости края полосы примесного поглощения от характерных размеров дискообразных квантовых точек.

Рассмотрен эффект резонансной передачи квантовой информации между двумя активированными наночастицами на большие расстояния с учетом запаздывающего диполь-дипольного взаимодействия атомов в поле непрерывного оптического излучения. Выделены два типа процессов передачи квантовой информации, которые связаны либо с изменением фазы локальных индуцированных дипольных моментов кубитов, либо с изменением инверсии в зависимости от интенсивности внешнего оптического излучения, селективно возбуждающего один из кубитов. Показано, что эти процессы могут быть идентифицированы при интерференции осциллирующих квантовых дипольных моментов кубитов. Отмечена значительная роль процессов передачи энергетической квантовой информации в системе ансамблевых кубитов из активированных двухуровневыми атомами наночастиц. Установлено, что процессы передачи фазовой квантовой информации возможны на произвольные расстояния и могут быть использованы в устройствах квантовой коммуникации.

Исследованы морфология поверхности, кристаллическая структура, электрофизические свойства (удельная электропроводность, концентрация и подвижность носителей заряда) и зависимость работы выхода сверхтонких (=8 нм) пленок Hf[x]Si[1-x] и Ni[x]Si[1-x], сформированных методом импульсного лазерного осаждения (ИЛО) на подложках SiO[2]/Si и HfO[2] + SiO[2]/Si, от состава пленок x. Электронографические исследования показали, что сформированные пленки являются аморфными. Шероховатость поверхности пленок составила для Ni[x]Si[1-x] и Hf[x]Si[1-x]0, 23+[-]0, 05 нм и 0, 49+х[-]0, 5 нм, соответственно, и не зависела от x. Работа выхода в слоях Ni[x]Si[1-x] и Hf[x]Si[1-x] варьировалась в пределах 4, 9-5, 0 эВ и 4, 3-4, 8 эВ, соответственно, в зависимости от x. Удельное сопротивление пленок Hf[x]Si[1-x] и Ni[x]Si[1-x] изменяется в пределах (4Х10{-5}) - (2Х10{-3}) Ом {. } см и (5Х10{-6}) - (3Х10{-5}) Ом {. } см, соответственно, в зависимости от x.

Предлагается оригинальный алгоритм стохастического моделирования роста двухкомпонентного кристалла, в состав которого может входить как основное вещество, так и примесь. Показано, что в зависимости от ряда параметров модели возможно получение как равномерного, так и квазипериодического распределения примеси, т. е. формирование зонарной микроструктуры кристалла. Проведен анализ условий, приводящих к неравномерному распределению примеси. Получено качественное согласие результатов моделирования с экспериментальными данными.

Методом атомно-силовой микроскопии (АСМ) на воздухе исследована зависимость параметров морфологии поверхностных нанокластеров GeSi/Si (001) (размеры, форма, поверхностная плотность, однородность по размерам и пр. ), выращенных методом сублимационной молекулярно-лучевой эпитаксии (СМЛЭ) в среде GeH[4], от параметров технологического процесса выращивания структур (температура подложки, парциальное давление GeH[4] в ростовой камере, время роста). Установлено, что закономерности трансформации морфологии кластеров с увеличением количества осажденного Ge отличаются от таковых для традиционной МЛЭ. Нанокластеры, выращенные в определенных условиях, характеризуются би- и тримодальным распределением по размерам. Определены условия роста, обеспечивающие получение однородных массивов кластеров с заданными геометрическими параметрами.

В импульсных магнитных полях наблюдались квантовые осцилляции прохождения излучения лазера с длиной волны 10, 6 мкм через волновод, представляющий собой два монокристалла висмута, разделенных зазором, сравнимым с длиной волны излучения. Показано, что магнитное поле при межзонных переходах существенным образом влияет на время релаксации.

Разработка мультисенсорных систем для качественного и количественного анализа газового состава окружающей среды с высокой чувствительностью и низким энергопотреблением является актуальной задачей для нефтегазовой промышленности, медицины и т. д. Использование возмущающего электрического воздействия с переменной частотой при заданной рабочей температуре позволяет увеличить чувствительность и селективность элементов мультисенсорных систем. Целью работы является контролируемое изменение проводимости и емкости наноструктур на основе диоксида олова за счет условий получения для определения максимальной чувствительности и селективности сенсоров. Исследованы частотные зависимости емкости наноструктур на основе SiO[2]-SnO[2] при различной массовой доле диоксида олова. Установлено, что в диапазоне частот от 100 Гц до 100 кГц наблюдается степенной вид частотной зависимости емкости с показателем степени n = 0, 3–0, 5 с последующим насыщением в области высоких частот.

Принцип действия приборов наноэлектроники в основном базируется на поверхностных эффектах, что обуславливает интенсивное использование для их создания материалов с развитой поверхностью, к каким относится пористый оксид алюминия. Однако до сих пор отсутствует единая теория, объясняющая рост при различных условиях формирования упорядоченной оксидной структуры на алюминии, определяющей выходные параметры приборов наноэлектроники. Проанализированы основные модели формирования гексагонально-упорядоченной структуры оксида алюминия: физико-геометрическая, коллоидно-электрохимическая, плазменная и механических напряжений.

Экспериментально исследовано действие турбулентного потока на вдуваемую нормально низкоскоростную осесимметричную струю. Получены эмпирические зависимости, описывающие геометрию оси струи в поперечном воздушном потоке. Показано, что линии максимальной температуры и максимальной скорости не совпадают, при этом тепловая ось лежит ниже динамической. Получены эмпирические зависимости, описывающие геометрию динамического и теплового пограничного слоев струи в поперечном потоке.

Предложен механизм образования нанокластеров в объеме микротрещины поверхностного слоя металла в условиях кавитационного режима звукокапиллярного эффекта. Основу механизма составляет представление об электронном обмене между наночастицами посредством диссипативного туннелирования с последующим образованием диполей. Показано, что эффективный модуль Юнга наноструктурированной части поверхностного слоя определяется соотношением между темпом туннельных переходов и частотой ультразвуковой волны.

Теоретически исследован кавитационный механизм управления эффективным модулем Юнга поверхностного слоя металла с цепочкой микротрещин при наличии смазывающе-охлаждающих жидкостей с нанодобавками. Проведена модификация формулы Кенига для случая парного взаимодействия наночастиц с учетом дисперсии их характерного размера. Предложена одномерная модель поверхностного слоя металла с цепочкой микротрещин. Показано, что в случае достаточно плотной регулярной цепочки микротрещин эффективный модуль Юнга поверхностного слоя определяется в основном модулем Юнга материала наночастиц.

Работа посвящена моделированию медленного движения вязкоупругой жидкости со свободной поверхностью, реализующейся при входе полимерной жидкости в формующую насадку и выходе из нее. Движение жидкости описывается уравнениями сохранения массы, импульса и энергии, дополненными реологическим уравнением состояния среды Гиесекуза. На основе метода конечных элементов разработан устойчивый численный алгоритм решения задачи. Проведены численные исследования по определению формы выходной струи для различных режимов течения и формы насадки. Исследована картина распределения скорости жидкости, давления, напряжений и температуры при увеличении степени нагрева стенки насадки. Получены численные результаты зависимости эффекта разбухания полимера от параметров реологической модели и температурных факторов.

На основе метода дискретных вихрей разработана математическая модель, вычислительный алгоритм и компьютерная программа для расчета вихревых течений воздуха в щелевых неплотностях аспирационного укрытия, снабженных тонкими козырьками, произвольно расположенными в пространстве. Выявлены закономерности изменения характеристик отрывного течения при установке на входе в щелевую неплотность козырька. Производится сравнение полученных расчетных величин с экспериментальными данными и расчетами, выполненными другими методами. Обсуждается вопрос снижения энергоемкости аспирационных укрытий за счет использования эффекта отрыва струи.

Разработан приближенный метод расчета эффективности многослойных вибродемпфирующих покрытий применительно к несущим конструкциям сложной формы. Конструкция с покрытием рассматривается как многослойная гетерогенная вязкоупругая структура. Метод основан на задании форм собственных колебаний несущей конструкции, локальной аппроксимации этих форм, локальной аппроксимации покрытия на криволинейной поверхности плоским покрытием и вычислении относительного рассеяния энергии с использованием квазистатического приближения для поля деформаций в покрытии. Показана удовлетворительная точность предложенного метода.

Гетерогенная структура рассматривается как трехмерная периодическая структура, в которой выделяется ячейка в виде прямоугольного параллелепипеда (автономного блока) с вязким и сжимаемым неоднородным заполнением. Для автономного блока из решения краевых задач для уравнений Навье-Стокса определяется дескриптор в виде матрицы импеданса. Из условий теоремы Флоке для матрицы импеданса получено характеристическое уравнение определения комплексных постоянных распространения волн в периодической структуре.

Сферическая оболочка с покрытиями рассматривается как многослойная вязкоупругая система. Эффективность демпфирования определяется по результатам динамического расчета свободных колебаний гетерогенной системы. Исследовано влияние параметров и места расположения покрытий на характеристику демпфирования оболочки. Результаты исследований могут быть использованы при практическом проектировании вибродемпфирующих покрытий.

Гетерогенная структура расчленяется условными границами на подобласти в виде прямоугольных параллелепипедов с неоднородным заполнением, которые рассматриваются как автономные блоки, для которых из решения краевых задач определяются дескрипторы - математические описания в виде матриц импеданса или рассеяния. Решение волновой задачи для гетерогенных структур ищется как объединение дескрипторов автономных блоков по правилам, которые следуют из уравнения непрерывности.

Разработана математическая модель распространения электромагнитных волн в гиромагнитных наноструктурированных средах на основе декомпозиционного подхода с применением автономных блоков (АБ) с магнитными нановключениями и каналами Флоке. Получено характеристическое уравнение для определения постоянных распространения волн в трехмерной периодической решетке, включающее матрицу расеяния (дескриптор) АБ. Рассчитаны постоянные распространения правополяризованной и левополяризованной волн (при продольном подмагничивании) и обыкновенной и необыкновенной волн (при поперечном подмагничивании), и комплексные значения эффективных электромагнитных параметров магнитного наноматериала.

Рассматриваются и обосновываются подходы к отбору и освоению содержания проблематики современных наукоемких технологий в условиях уровневой подготовки педагогических кадров по физике. Особое внимание уделяется отражению в содержании теоретической и экспериментальной подготовки будущих учителей ключевых концептов нанофизики.

В статье рассмотрены различные виды компьютерного эксперимента, их классификация. Устанавливается соответствие между типом компьютерного эксперимента и задачами, выполняемыми компьютером.

В статье анализируется традиционный для курса общей физики подход к изучению нормальной дисперсии света с помощью гониометра и треугольной призмы. Предложенные направления модернизации традиционной методики реализованы в виде компьютерной лабораторной работы. Даны рекомендации по использованию данной методики в лабораторном практикуме курса общей физики.

Авторами дается описание лабораторного эксперимента, позволяющего исследовать связанные механические колебания, используя визуализацию в виртуальных технологиях.

Приведено описание и результаты выполнения лабораторной работы для изучения механических колебаний и резонанса. Осциллятором служит гальванометр.

В рамках лабораторного практикума по газодинамике, создаваемого в СарФТИ НИЯУ МИФИ, разработана модель динамики простейшей термоядерной мишени для ИТС. В модели в качестве драйвера используется внутренняя энергия воздуха в окружающей среде. В силу безопасности модели работа с ним не требует специальных допусков. Ключевые слова: практикум по газодинамике, динамика термоядерной мишени, ИТС,

В статье рассмотрены ключевые физические идеи, приведшие к экспериментальной верификации бозона Хиггса. Обозначены концептуальные проблемы теории суперсимметрии в контексте данного открытия. Рассмотрена гипотеза о техницветовой природе бозона Хиггса.

В рамках концепции «снизу – вверх» современной наноэлектроники рассматриваются баллистический и диффузионный транспорт фононов и его роль в теплопроводности.

Приведено два решения задачи о формировании электрического и магнитного полей устанавливающимся во времени током: одно на основе уравнений Максвелла, другое с использованием малоизвестных формул О.Д. Ефименко. Эти формулы являются решением уравнений Максвелла и демонстрируют непосредственную зависимость полей E и B от их источников: плотностей заряда ρ и тока j, а также их производных по времени ρ и j. Второй метод, в отличие от первого, доступен студентам, изучающим вводный курс физики, позволяет более просто решать ряд задач электродинамики, и не использует представлений, согласно которым переменное электрическое поле является источником магнитного, а переменное магнитное – источником электрического, которые часто приводят к предрассудкам о природе электромагнитного поля.

Обсуждаются вопросы математического моделирования деформирования образцов пород и, в частности, проблема жесткого и мягкого нагружения. Формулируется обратная задача идентификации механических свойств, граничных условий и геометрии ослаблений с использованием переопределенных условий по замерам смещений и акустической электромагнитной эмиссии, характеризующей разрушение пород под нагрузкой.

Рассмотрена возможность обучения технологии и развития культуры физического эксперимента на примере решения задачи определения показателя преломления порошкообразных твердых тел. Обсуждаются все основные этапы исследования – от постановки эксперимента до окончательной обработки полученных результатов.

Обосновывается необходимость и раскрывается сущность интеграции содержания образования при подготовке педагогических кадров по физике. Показаны возможности реализации интеграции содержания образования на предметной основе проблематики современных наукоемких технологий.

Приводится описание лабораторной установки для измерения разности фаз между внешним переменным полем и полем индукционных токов. Показано, что разность фаз можно определить из отношения амплитуд ЭДС, наведенных в индукционном датчике внешним полем и полем индукционных токов. На основе измерений разности фаз проведено бесконтактное измерение индуктивного и активного сопротивлений исследуемого соленоида.

Дан обзор исследований по дифракции волн различной природы на дифракционных решетках в ближней зоне – дифракции Френеля. Отмечены особенности самоизображения структуры решетки – ковра Тальбота – для случаев пропускающей и отражающей решеток. Дан анализ эффекта Лоу и рассмотрены возможности интерферометра Тальбота–Лоу в исследовании волновых свойств очень крупных молекул. Подчеркнута необходимость изучения дифракции Френеля и ее практических приложений в курсе общей физики технических университетов.

В рамках концепции наноэлектроники «снизу – вверх» рассматриваются ключевые темы спинтроники – спиновый вентиль, граничное сопротивление при несовпадении мод проводимости, спиновые потенциалы и разность нелокальных спинпотенциалов, спиновый момент и его транспорт, обращение намагниченности спиновым током, поляризаторы и анализаторы спинового тока.

Рассмотриваются педагогические условия, реализованные в учебном процессе на кафедре физики в Дальневосточном рыбохозяйственном университете. Предлагаются различные формы и методы проведения самостоятельной работы. Показано, что модернизация учебного процесса в соответствии с новыми стандартами образования способствует формированию профессиональных компетенций в процессе обучения в техническом университете.

Обсуждаются результаты оценки степени сформированности компетенций студентов направления 111500.62 «Промышленное рыболовство» при изучении физики с использованием материалов организационного и методического обеспечения.

Рассмотрены примеры передачи импульса статического электромагнитного поля источникам. Анализируется различие в импульсах, передаваемых электрическим зарядам при выключении магнитного поля плоского соленоида и круглого соленоида. Показано, что в некоторых случаях передаваемый зарядам момент импульса поля нельзя выразить с помощью вектора Пойнтинга и необходимо описание с помощью векторного потенциала и зарядов.

На основании анализа содержания университетской профессиональной подготовки студентов в области физики и ее преподавания сделан вывод о необходимости построения единой взаимно согласованной системы естественнонаучного образования, органически включенной в систему профессиональной подготовки.

Обсуждаются примеры применения процедуры нормировки из различных разделов курса общей физики. Показано, что во всех случаях нормировка – это устранение неоднозначности в количественном выражении физической величины.

Рассматриваются взгляды выдающихся физиков на философию и влияние философии на развитие физической науки.

Изложены основы атомной и квантовой физики. Главное внимание уделено экспериментальным основам физики атомов и молекул, а также методам определения мировых констант в области атомной физики. Недогматически написанный двухтомный учебник содержит четыре главы — «Дискретность вещества», «Дискретность электрического заряда», «Дискретность электромагнитного излучения» (том 1) и «Дискретность динамических переменных классической физики» (том 2), а также четыре приложения, помещенных во втором томе. Материал, изложенный в учебнике, максимально облегчает необходимость принятия нерелятивистской квантовой механики в качестве теоретического описания явлений атомного и субатомного масштаба. Для контроля знаний в конце каждой из глав приведены задачи, рекомендуемые для решения.

Изложены основы атомной и квантовой физики. Главное внимание уделено экспериментальным основам физики атомов и молекул, а также методам определения мировых констант в области атомной физики. Недогматически написанный двухтомный учебник содержит четыре главы — «Дискретность вещества», «Дискретность электрического заряда», «Дискретность электромагнитного излучения» (том 1) и «Дискретность динамических переменных классической физики» (том 2), а также четыре приложения, помещенных во втором томе. Материал, изложенный в учебнике, максимально облегчает необходимость принятия нерелятивистской квантовой механики в качестве теоретического описания явлений атомного и субатомного масштаба. Для контроля знаний в конце каждой из глав приведены задачи, рекомендуемые для решения.

Словарь-справочник раскрывает содержание свыше 2500 наиболее употребительных научных терминов по всем разделам физики, которые изучаются в высших технических и средних учебных заведениях. Каждому термину посвящена отдельная статья, включающая в себя его определение и наиболее важную информацию по затрагиваемой физической проблеме. Все термины приводятся в их общепринятом произношении и имеют английские эквиваленты. Статьи расположены в алфавитном порядке, некоторые из них дополнены иллюстрациями, облегчающими понимание текста.

Рассмотрены элементы механики сплошной среды и теории теплопередачи применительно к анализу процессов в высоковольтном электрооборудовании. Описаны основные аналитические и численные методы анализа тепловых полей. Приведен ряд примеров анализа конкретных элементов электрооборудования в виде компьютерного практикума.

Рассмотрены элементы квантовой механики, статистической физики, механики сплошной среды и теории теплопередачи применительно к анализу процессов в высоковольтном электрооборудовании и в аппаратуре больших импульсных токов, сильных и сверхсильных магнитных полей. Разделы учебного пособия снабжены упражнениями и задачами для самоконтроля.

Содержит теоретический материал, необходимый для постановки задач расчета физических полей высоковольтных электротехнических и электрофизических установок и объектов методом конечных элементов. Рассмотрены многочисленные примеры задач с решениями.

Измерение тепловых потоков (теплометрия) как важнейшая часть теплотехнического эксперимента до настоящего времени не получило должного развития – в первую очередь из-за малой номенклатуры и низкого уровня современных датчиков теплового потока. Большинство разработанных и присутствующих на рынке датчиков предусматривают измерение перепада температуры на вспомогательной стенке с помощью дифференциальных термопар и элементов Пельтье. Эти датчики обладают недостаточным быстродействием и термостойкостью, а также низкотехнологичны. Предлагаемые в качестве средства теплометрии градиентные датчики теплового потока (ГДТП) реализуют поперечный эффект Зеебека: их термоЭДС пропорциональна градиенту температуры, линейно связанному с плотностью теплового потока.

В задаче о больших перемещениях и поворотах гибкого криволинейного стержня в качестве параметров поворота удобно использовать компоненты вектора конечного поворота, но при численной реализации алгоритма решения нелинейной краевой задачи возникают определенные затруднения для значений модуля этого вектора, кратных полному обороту (2?). Они выражаются в невозможности определения производных от компонентов вектора поворота по длине стержня (определитель соответствующей СЛАУ становится равным нулю), что, в свою очередь, приводит к невозможности получения численного решения. В данной статье предложена методика, позволяющая использовать в численном алгоритме вектор конечного поворота для описания деформирования стержня для любых углов поворота поперечного сечения стержня (больше 2?), описан численный подход и представлен алгоритм подпрограммы для ЭВМ.

В задаче о больших перемещениях и поворотах гибкого криволинейного стержня в качестве параметров поворота удобно использовать компоненты вектора конечного поворота, но при численной реализации алгоритма решения нелинейной краевой задачи возникают определенные затруднения для значений модуля этого вектора, кратных полному обороту (2?). Они выражаются в невозможности определения производных от компонентов вектора поворота по длине стержня (определитель соответствующей СЛАУ становится равным нулю), что, в свою очередь, приводит к невозможности получения численного решения. В данной статье предложена методика, позволяющая использовать в численном алгоритме вектор конечного поворота для описания деформирования стержня для любых углов поворота поперечного сечения стержня (больше 2?), описан численный подход и представлен алгоритм подпрограммы для ЭВМ

В учебном пособии приведены способы решения большого класса задач. Сборник задач по гидравлике может использоваться в качестве учебного пособия для практических занятий по курсу гидравлики и являться дополнением к лекционному курсу.