Научно-исследовательская работа на кафедре

На кафедре общей физики проводятся научные исследования в следующих областях:  физика конденсированного состояния, физика низких температур, физика магнитных явлений,  физика магнитных наноструктур и спинтроника, технология наноструктур, атомная и молекулярная физика, нелинейная оптика, приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий, теория и методика обучения и воспитания (по областям и уровням образования), теория и методика профессионального образования

Преподаватели и сотрудники кафедры тесно сотрудничают с научными группами других кафедр Института физики: теоретической физики, физики твёрдого тела, квантовой электроники и радиоспектроскопии, физики молекулярных систем, оптики и нанофотоники. Совместная научная работа и научные стажировки образуют сильную связь с Казанским физико-техническим институтом РАН и с зарубежными партнерами. 

Сотрудники и преподаватели кафедры общей физики выступают с докладами на международных и всероссийских конференциях по физике конденсированного состояния, физике низких температур, сверхпроводимости, физике магнитных явлений, магнитных наноструктур и спинтронике, нелинейной оптике, фракталам, теории и методике обучения и т.д. Научные труды ежегодно публикуются в статьях, как в центральных научных журналах страны, так и за рубежом. Обширные международные контакты кафедры позволяют проходить научную стажировку сотрудникам в Японии, Германии, Франции. Кафедра общей физики имеет долговременные научные и образовательные контакты с теоретическими и экспериментальными группами, как российскими, так и зарубежными. Сотрудники кафедры читали лекции и выступали с докладами на международных конгрессах в Японии, США, Франции, Германии, Англии,  Австрии, Польше,  Турции,  Корее, Швеции, Испании, Малайзии и во многих других странах мира.

Проводится большая научно-исследовательская работа со студентами и аспирантами, активно приобщая их к научно-исследовательской деятельности. Ежегодно студенты кафедры принимают участие в Студенческой конференции КФУ по физике. 

Направления научной работы кафедры общей физики:

• Физика конденсированного состояния
  • ​область фундаментальной науки,  изучающая поведение сложных систем (систем с большим числом степеней свободы) с сильной связью, эволюцию которой не удаётся «разделить» на эволюцию отдельных частиц. Теоретическое и экспериментальное исследование направлено на изучение физической природы свойств кристаллических и аморфных, неорганических и органических веществ в твердом и жидком состояниях, в зависимости от их химического, изотопного состава, температуры и давления, и их изменение при различных внешних воздействиях. Примеры конденсированных сред с самыми разнообразными свойствами: материалы со сложной внутренней структурой (мягкие конденсированные среды), квантовые жидкости (сверхтекучие среды, электронная жидкость в металлах), спиновые цепочки, сильно коррелированные системы, сложные сети, магнитные моменты, физика неупорядоченных систем и т.д. Область исследований: разработка математических моделей построения фазовых диаграмм состояния и прогнозирование изменения физических свойств конденсированных веществ в зависимости от внешних условий их нахождения; разработка экспериментальных методов изучения физических свойств и создание физических основ промышленной технологии получения материалов с определенными свойствами (паспорт специальности ВАК 01.04.07). 

  • Область будущей деятельности – исследование свойств твердых тел и процессов, происходящих с ними (органические материалы, различные наноструктуры, фуллерены, полупроводники и сверхпроводники, магнитные материалы,  кластеры из молекул и атомов). Трудоустройство возможно на предприятиях, в учреждениях и исследовательских центрах тех отраслей экономики, где используются и развиваются результаты исследований.

• Физика низких температур

  • область фундаментальной науки, изучающая физические явления и состояния вещества, характерные для температур, близких к абсолютному нулю. Включает теоретические и экспериментальные исследования структуры и свойств вещества в основном квантовом состоянии и физической природы и характеристик различных элементарных возбуждений, а также квантовых кооперативных явлений, таких как сверхтекучесть, сверхпроводимость, бозе-конденсация, магнитное, зарядовое и другие типы упорядочения. Области исследования: квантовые жидкости и кристаллы; сверхпроводящие системы, включая высокотемпературные сверхпроводники; квантовые газы; сильно коррелированные электронные и фононные системы;  низкотемпературный магнетизм: магнитные структуры, фазовые переходы, магнитный резонанс; низкоразмерные квантовые системы и системы с беспорядком; мезоскопические системы; исследование механических, электрических, магнитных, оптических, тепловых и других физических свойств вещества при низких температурах; разработка методов получения и измерения низких и ультранизких температур (паспорт специальности ВАК 01.04.09).

  • Область будущей деятельности – научные разработки в лидирующих научных центрах России: энергетика, ядерная физика, криогенная медицина, холодильные производства; специалисты производят холодные нейтроны для потребителей, создают уникальные технологии, в том числе медицинское оборудование.

• Компьютерный дизайн новых материалов 

  • область физики, которой насчитывается лишь несколько лет, объединившая устремления многих ученых различных областей на протяжении нескольких десятилетий. Фундаментальные знания в физике,  химии, материаловедении и технологии производства материалов позволяют предсказывать кристаллическую структуру новых материалов с помощью специально разрабатывамых подходов в программном обеспечении. Предсказание вещества с нужными свойствами предполагает, что новый материал будет обладать определенным составом и структурой. Достаточно сложной задачей является описание всех вариаций расположения атомов в кристаллической структуре нового материала, каждая из которых будет обладать различными свойствам. Одним из направлений решения данной проблемы является подход последовательного совершенствования системы решений. Другими словами, подход предполагает предсказание на основе так называемого экспертного обучения, когда наиболее эффективные и интересные вариации структуры, морфологии и образуемых свойств нового материала берутся за основу создания еще более интересных вариантов. 

  • Область будущей деятельности - специалисты могут заниматься научными разработками в научно-исследовательских лабораториях, институтах, центрах высокотехнологичных производств в любой области и любом профиле, в том числе в столь актуальном направлении как фармацевтика, а также в исследовательских лабораториях предприятий по вторичной переработке. 

• Физика магнитных явлений

  • область науки, занимающаяся изучением взаимодействий веществ и их структурных элементов (молекул, атомов, ионов, ядер, электронов), обладающих магнитным моментом, между собой или с внешними магнитными полями; магнитных явлений, а также разработкой материалов с заданными магнитными свойствами, магнитных установок и приборов. Применение возможно в области магнитного резонанса для исследования квантовых жидкостей, монокристаллов и нанокристаллов, материалов квантовой электроники, высокотемпературных сверхпроводников, нефти, а также междисциплинарных задач на стыке физики и химии, биологии и медицины (паспорт специальности ВАК 01.04.11).

  • Область будущей деятельности - разработка магнитных установок в конструкторских бюро, материалов с магнитными свойствами, приборов, использующих магнитные материалы, усовершенствование технологических процессов на основе магнитных явлений в учреждениях, исследовательских центрах тех отраслей экономики, где используются и развиваются результаты исследований.

• Теоретическая физика 
  • область физики, занимающаяся математической формулировкой закономерностей физических явлений, наблюдаемых экспериментально. Теоретическая физика является единой наукой, внутренние связи в которой устанавливаются путем аналитических вычислений или численных расчетов и сравнением с экспериментальными данными.  Целью исследований является наиболее полное описание фундаментальных физических законов. Области исследований: теория конденсированного состояния классических и квантовых систем, а также макроскопических и микроскопических; изучение различных состояний вещества и физических явлений в них; статистическая физика и кинетическая теория равновесных и неравновесных систем; квантовая теория информации и квантовые вычисления; разработка теории мезоскопических систем; развитие теории и исследования общих свойств и закономерностей нелинейной динамики сильно неравновесных систем; разработка теории хаоса и турбулентности (паспорт специальности ВАК 01.04.02).
  • Область будущей деятельности - научно-иследовательские ведущие центры РАН, высококвалифицированные программисты процессов моделирования систем квантовой памяти и квантовых вычислений, департаменты неразрушающего контроля, эксперты в тех областях экономики, где используются результаты фундаментальных и прикладных наукоемких исследований. 
• Физика и технология наноструктур, атомная и молекулярная физика

  • область фундаментальной и прикладной науки и техники, включающая экспериментальные и теоретические исследования физических свойств объектов с характерными размерами порядка 100 нм и меньше, хотя бы в одном направлении, а также систем из таких объектов, для которых ключевые характеристики определяются размером системы. Данная область включает как исследование фундаментальных физических явлений, так и разработку технологических процессов получения таких систем, а также создание оригинальных приборов и интегральных устройств на их основе. Области исследования: методы исследования и технологические методы получения наноматериалов и композитных структур, структур пониженной размерности, приборов и интегральных устройств на их основе; структурные, морфологические и механические свойства; атомно-молекулярное конструирование, самоорганизация, топологически-ориентированные, биомиметические, биофункционализированные, энергособирающие и адаптивные (самоприспосабливающиеся) наноструктуры и наноматериалы; электронный транспорт в наноматериалах и композитных структурах и т.д (паспорт специальности ВАК 01.04.15).

  • Область будущей деятельности - нанотехнолог междисциплинарной области, занимающийся созданием материалов с заданной атомной (молекулярной) структурой; контролируемое воздействие на отдельные молекулы (атомы) для «сборки» новых материалов при помощи электронных микроскопов высокого разрешения; разработка электронных схем размером с атом; создание нанороботов.  Трудоустройство в исследовательских центрах, лабораториях, предприятиях тех передовых отраслей экономики, где развиваются и используются результаты прикладных и фундаментальных исследований. 

• Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

  • область науки и техники, занимающаяся созданием научных основ методов аналитического и неразрушающего контроля природной среды, веществ, материалов и изделий, разработкой и внедрением приборов, средств и систем экологического, аналитического и неразрушающего контроля указанных объектов с улучшенными характеристиками; повышение качества продукции и природной среды, увеличение безопасности техногенных объектов и срока из службы, расширение автоматизации производственных процессов. Области исследований: научное обоснование новых и усовершенствование существующих методов аналитического и неразрушающего контроля природной среды, веществ, материалов и изделий; разработка и оптимизация методов расчета и проектирования элементов, средств, приборов и систем аналитического и неразрушающего контроля с учетом особенностей объектов контроля; разработка, внедрение и испытания приборов, средств и систем контроля природной среды, веществ, материалов и изделий, имеющих лучшие характеристики по сравнению с прототипами; разработка алгоритмического и программно-технического обеспечения процессов обработки информативных сигналов и представление результатов в приборах и средствах контроля, автоматизация приборов контроля и т.д (паспорт специальности ВАК 05.11.13).

  • Область будущей деятельности - создание систем контроля экологического аудита объектов окружающей среды, а также систем экологического самоконтроля предприятий; разработка систем мониторинга качества пищевой продукции, а также обнаружение отравляющих веществ; разработка систем мониторинга атмосферы; разработка неконтактных методов мониторинга окружающей среды и тп.

• Мультимедийные образовательные пособия по физике
  • неотъемлемая часть электронных образовательных ресурсов,  включающая в себя мультимедийные вспомогательные материалы, обеспечивающие доступность и стимулирующие познавательную деятельность студентов в изучении основных физических явлений, законов и понятий. Развитие современных информационных технологий, их технических и дидактических возможностей приводит к быстрому росту количества мультимедийных учебных изданий по физике, в которых появились интерактивные модели, виртуальные физические лаборатории, видеофрагменты экспериментов из всех областей физики, которые невозможно повторить или провести в лаборатории. Область исследований: электронно-образовательные ресурсы и электронные учебные пособия; электронные учебники-тренажеры; контролирующие среды; адаптивные электронные учебные пособия с элементами искусственного интеллекта с учетом индивидуальных особенностей обучающихся; творческие мультимедийные среды, позволяющие учащимся выдвигать свои версии, формировать свои виртуальные миры.

Поддержанные научные проекты:

• Новые микро- и наноустройства на основе низкоразмерных систем сильнокоррелированных электронов 
• Новые материалы для квантовых технологий. Квантовые жидкости и квантовые газы (Риплон)
• Развитие инструментальной и методической базы для атомно-абсорбционного анализа нефти и нефтепродуктов на содержание микроэлементов 
• Туннельное магнитосопротивление и перенос спинового момента в слоистых магнитных наноструктурах
• Комплекс электронных образовательных ресурсов по физике "Учебная среда 21+"