Школа "Физика атомов и молекул"

Казанская научно-педагогическая школа "Физика атомов и молекул" берет свое начало с образования специализации "Оптика и спектроскопия" в КГУ в 1947 году. Научно-исследовательская работа в период с 1950 по 1990 гг. велась в области атомной и молекулярной спектроскопии, атомной абсорбции и спектроскопии кристаллов. По атомной спектроскопии работы велись под руководством профессора И.С.Фишмана. Здесь наметился ряд направлений, первое из них - спектроскопия оптически плотной плазмы. Научное направление - атомная абсорбция и флуоресценция - получило развитие в 1969 г. Были проведены работы по созданию абсолютных методов анализа, основанных на численном учете главных факторов, влияющих на абсорбционный сигнал. В области молекулярной спектроскопии научные исследования проводились под руководством профессора И.С.Поминова, они положили начало широкому применению спектроскопических методов изучения ионных и межмолекулярных взаимодействий в жидкостях и растворах в широком интервале температур. Спектроскопия лазерных кристаллов возникла в Казанском университете вскоре после того, как стало известно о создании первого лазерного генератора.

С 1988 года данная научная школа исследует молекулярную и спиновую динамику в фотохимических и фотофизических процессах, исследует наноструктуры и спиновые кластеры, развивает методы магнитно-резонансной томографии. Под руководством К.М.Салихова была создана лаборатория химической физики в КазФТИ КазНЦ РАН и кафедра химической физики физического факультета КГУ.

В школе создана хорошая экспериментальная база.
- Твердотельный фемтосекундный лазер с продолжительностью импульса 70 фс,
- спектрометр электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) с временным разрешением 50-100 нс,
- уникальный ЭПР спектрометр субмиллиметрового диапазона с перестраиваемой частотой в интервале 60-500 ГГц,
- атомно-силовой и магнитно-силовой сканирующие микроскопы,
- установка ЭПР томографии

Имеющееся оборудование соответствует мировому уровню и дает возможность проводить фундаментальные научные исследования структуры и свойств конденсированных сред, изучать молекулярную и спиновую динамику фотохимических и фотофизических процессов с разрешением во времени, с разрешением по частоте и с разрешением в координатном пространстве.

Отличительной чертой данной школы является то, что в фокусе ее научных интересов находится исследование быстропротекающих процессов, исследование эффектов спиновой квантовой когерентности, исследование спектроскопических проявлений спиновой когерентности и переноса когерентности, изучение новых механизмов поляризации спинов, создание новых методов исследования фотохимических и фотофизических процессов, основанных на использовании эффектов спиновой когерентности, исследование эффектов когерентности колебательного и вращательного движения молекул, когерентный контроль фотохимических и фотофизических процессов.

В настоящее время научно-педагогическую школу "Физика атомов и молекул" возглавляют доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой оптики и спектроскопии, академик АН РТ, ректор КГУ М.Х.Салахов и доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой химической физики, член-корреспондент РАН К.М.Салихов.

Данная научная школа имеет результаты, которые получили признание мирового научного сообщества и стимулировали развитие мировой науки в конкретных направлениях. Создана теория времяразрешенных спектров ЭПР разделенных зарядов на первичных стадиях фотосинтеза. Предсказаны узкие линии двухквантовых переходов в спектрах ЭПР спин-коррелированных радикальных пар. Впервые с помощью ЭПР томографии визуализирован скин-слой.

Развиты методы спектроскопической диагностики низкотемпературной плазмы по асимметричным спектральным линиям излучения и поглощения. Создан комплекс алгоритмов и программ по обработке и интерпретации физического эксперимента на основе решения некорректных обратных задач. Исследованы оптические и транспортные свойства плазменно-пылевых структур и проведено компьютерное моделирование коллективных процессов в низкотемпературной турбулентной плазме. Получены результаты для дальнейшего развития теории подобия, теории кинетических уравнений с самоподобными флуктуациями, теории релаксационных состояний в турбулентной плазме и разработан комплекс программного обеспечения для решения некорректных обратных задач в спектроскопии плазмы и моделирования плазмы с газопылевыми структурами.

Разработаны физические принципы оптической фазовой памяти на основе долгоживущего фотонного эха; оптимальные режимы лазерного охлаждения в твердых телах; четырехмерная оптическая голография. Развитие фемтосекундной оптики. Разработаны оптимальные сверхизлучательные режимы генерации "сжатого" света.

Развит формализм обобщенной квантовой динамики, который позволяет описывать эволюцию квантовой системы, взаимодействие в которой является нелокальным во времени. Этот формализм открывает новые возможности для решения многих задач атомной физики, квантовой оптики, теории уширения спектральных линий атомов.

Развиты методы антистоксова когерентного рассеяния света в конформационном анализе. Развит метод изучения локальной подвижности и распределения свободного объема в полимерах по оптическим спектрам конформационных зондов.

Предсказано и экспериментально обнаружено мюонное спиновое эхо. Предсказан новый тип однофотонного светового эха, экспериментальное обнаружение которого открывает перспективы реализации оптической квантовой памяти и однофотонных технологий.

Разработаны новые методы атомно-силовой микроскопии для изучения in situ химических и фотохимических процессов на границе между жидкостью и твердым телом, используемых в технологических процессах микро- и наноэлектроники. Методами магнитно-силовой микроскопии установлены особенности перемагничивания однодоменных и многодоменных ферромагнитных микро- и наночастиц.

Разработаны и внедрены теоретические методы квантовой химии и молекулярной динамики для изучения поверхностей потенциальной энергии основного и возбужденного состояния молекул с целью дальнейшей интерпретации экспериментальных данных по фемтосекундной спектроскопии.

В рамках научно-педагогической школы проводится подготовка инженеров-физиков, бакалавров-физиков и магистров физики по направлению "Физика атомов и молекул".