Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д.В. Скобельцына
Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова

Отдел физических проблем квантовой электроники был создан в 1955 году на базе лаборатории радиоспектроскопии. Именно в этой лаборатории был создан и заработал первый в мире твердотельный рубиновый мазер. Работы проводились под руководством А.М.Прохорова (впоследствии вместе с Н.Г.Басовым и Ч.Таунсом ставшим Нобелевским лауретом) и Л.С.Корниенко. С момента образования этого подразделения и до 1996 года отделом руководил д.ф.-м.н., профессор Леонид Сергеевич Корниенко. На этом посту его сменил д.ф.-м.н., профессор Виталий Васильевич Михайлин, руководивший отделом до октября 2013 года. В.В.Михайлин был одним из инициаторов работ в СССР по спектроскопии кристаллов с использованием синхротронного излучения в области от видимого света до рентгена. В настоящее время заведует отделом д.ф.-м.н. Андрей Николаевич Васильев.

Лауреат Нобелевской премии акад. А.М.Прохоров (1916-2002)	Проф. Л.С. Корниенко (1931 -1997)	Проф. В.В. Михайлин (1935 - 2013)	Трехуровневый мазер на 3 ГГц на монокристалле корунда с хромом (1954 г.)

В отделе физических проблем квантовой электроники НИИЯФ МГУ в настоящее время работает 11 научных сотрудников (из них 4 доктора наук, 11 кандидатов наук) и 12 человек научно-вспомогательного персонала. Исследования проводятся по двум госбюджетным темам «Экспериментальные и теоретические исследования взаимодействий синхротронного, лазерного, ионизирующего и радиочастотного излучений с веществом» и «Формирование наноструктурных объектов и их исследования спектроскопическими методами».

В рамках этих тем проводятся работы по исследованию взаимодействия синхротронного, лазерного и ионизирующего излучения с диэлектрическими кристаллами и наноразмерными объектами (как исследование нанокристалов, так и исследование эффектов, связанных с наноразмерными неоднородностями возбужденной области, созданной в кристаллах ВУФ, ультрамягким рентгеновским и ионизирующим излучением) (д.ф.-м.н. А.Н.Васильев, к.ф.-м.н. Д.А.Спасский). Актуальность и перспективность этой темы связаны в первую очередь с разработкой новых сцинтилляционных материалов для различных применений (в физике высоких энергий, астрофизике, медицине, в системах диагностики и неразрушающего контроля), для чего требуется более глубокое исследование взаимосвязи процессов в сильно возбужденных областях вещества с характерными особенностями пространственной, электронной и фононной структурой вещества. К этому относятся работы по новым направлениям инженерии сцинтилляторов и люминофоров - разработке сцинтилляторов на основе твердых растворов, наноразмерных и композитных сцинтилляторов, сцинтилляторов с предельно достижимыми характеристиками по выходу и энергетическому разрешению, сцинтилляторов с высокой радиационной стойкостью для суперколлайдеров, криогенных сцинтилляторов-болометров для экспериментов по поиску "темной материи", детекторов для регистрации излучения лазеров на свободных электрона (в частности, European XFEL).

Новым направлением, возникшим в последние годы, является разработка детекторов со сверхвысоким временным разрешением (до 10 пс) для будущих поколений суперколлайдеров и для медицинской позитрон-эмиссионной времяпролетной томографии с высоким пространственным разрешением. Еще одним новым направлением является развитие методов анализа цифровой формы импульсов сцинтиллятора, что позволяет на основе современных методов обработки больших данных существенно повышать энергетическое разрешение сцинтилляционных детекторов. Все эти работы проводятся в тесной кооперации с другими научными группами и учреждениями: физический факультет и химический факультет МГУ, Физический институт им. П.Н.Лебедева РАН, Институт общей физики РАН, ИРЕА НИЦ «Курчатовский институт», Институт физики Белорусского госуниверситета, Институт физики Тартуского университета, Вильнюсский университет, Львовский университет, Институт сцинтилляционных материалов НАН Украины, Институт света и вещества университета Лион-1, CERN, Лаборатория интенсивных лазеров и их применений CELIA университета Бордо и рядом других научных центров. Эти работы частично поддержаны договорами о сотрудничестве с НИИЯФ МГУ, а также тем, что большинство из перечисленных организаций являются участниками коллаборации Crystal Clear Collaboration (ССС), созданной на базе CERN. Имеется положительный опыт проведения экспериментальных исследований на источниках синхротронного излучения MaxLab (Швеция), DESY (Германия) и других европейских центров коллективного пользования. Эти возможности существенно будут расширять работы на имеющейся в отделе экспериментальной базе.

В твердом растворе YxSc1-xPO4:Eu3+, при изменении концентрации компонент x меняется соотношение каналов переноса энергии на примесные и собственные центры свечения. Это связано с существенным отличием положений зон YPO4 и ScPO4 и возникновением пространственных флуктуаций потенциала в твердом растворе. N.R. Krutyak, D.A. Spassky et al, Crystallography Reports, 65 (2020) 857	Кинетики люминесценции CeF3, измеренные при возбуждении фотонами с различными энергиями, и результат моделирования для времен разгорания 1 пс. Сплошной заливкой показаны инструментальные функции различных установок.

В группе к.ф.-м.н. А.О.Рыбалтовского проводятся работы по созданию и исследованию плоских и объемных структур с определенными функциональными свойствами на основе пористых материалов путем введения в их матрицу металлорганических комплексов и наночастиц (металлических, полупроводниковых и диэлектрических) с использованием лазерных и сверхкритических флюидных технологий. Полученные пленки с люминесцентными молекулами и наночастицами, в частности, могут рассматриваться в качестве эффективных преобразователей ультрафиолетового (в том числе и солнечного) излучения в «красную» люминесценцию, которые могут использоваться в сенсорике и биомедицинских технологиях. Проводятся исследования, которые касаются вопросов дальнейшего развития новых методов синтеза металлических наночастиц, создания линейных микроструктур в полимерах и получения нанокомпозитных материалов с применением лазерных и сверхкритических флюидных (СКФ) технологий. Продолжаются эксперименты по изучению физико-химических свойств люминесцирующих наночастиц кремния, синтезированных из монооксида кремния. Работы ведутся в тесном сотрудничестве с химическим факультетом МГУ, ИПЛИТ РАН, ИОНХ РАН и Московской академией тонкой химической технологии.

Изображение с электронного микроскопа (ЭМ) «нарисованной» с помощью лазерного излучения (непрерывное, 405нм) пеноподобной структуры на поверхности полимерной пленки из полибензимидазола (а), фотография с оптического микроскопа люминесцирующих областей в «нарисованной» структуре, связанных с введением европийсодержащих молекул (б), изображение с ЭМ фрагмента структуры на пленке, после введения европия (в). Более светлый фон на фотографии соответствует участкам на пленке, где содержится европий, а его концентрация в отдельных точках на поверхности пленки представлена сбоку от рисунка (в). Из статьи A. O. Rybaltovskii, … Yu. S. Zavorotny, N. V. Minaev et al., Russ. J. of Phys. Chem. B, 2020, Vol. 14, No. 7, pp. 1081–1089.

В отделе в группе д.ф.-м.н., проф. Н.Е.Каска проводятся работы по исследованию эффектов, связанных с взаимодействием интенсивного лазерного излучения с веществом, в частности, исследование лазерной плазмы, возникающей при абляции металлических мишеней в условиях контакта с другой средой (воздух, буферный, вода, стекло, глицерин, др. жидкости и их комбинация), в том числе спектроскопическими методами, исследование перколяции и образования наноструктур, возникающих в лазерной плазме, формирование в лабораторном эксперименте и изучение структур, аналогичных по составу космической пыли, а также изучение физических процессов, возникающих при воздействии лазерного излучения на поверхность сплавов и композитов, применяемых в технике.

Группа, основанная Н.В.Кравцовым и руководимая в настоящее время д.ф.-м.н., проф. Е.Г.Ларионцевым, имеющая большой опыт по исследованию твердотельных лазеров, развивает физические основы лазерной гироскопии на базе твердотельных кольцевых лазеров, связанных с внешними резонаторами.

Группа, руководимая д.ф.-м.н. Р.М.Умарходжаевым, много лет изучала различные практические применения ядерного магнитного резонанса, возбуждаемого оптическим излучением, начиная от квантового магнитометра с лазерной накачкой при спин-обменном взаимодействии для сверхслабых магнитных полей, и кончая участием в работах по поиску арионов и запрещенных дипольных моментов. На базе последних работ по разработке макета гироскопа на основе спинового генератора, в отделе продолжают развиваться работы по изучению особенностей динамики спиновых генераторов, работающих на атомах благородных газов, ориентированными обменным взаимодействием с оптически накаченными атомами щелочных металлов.

Таким образом, в отделе проводятся работы, имеющие перспективы для получения новых научных результатов в ближайшие годы, и для публикации этих результатов в высокорейтинговых научных журналах. Основой для таких ожиданий являются показатели публикационной активности отдела за последние годы.

По данным Web of Science, сотрудники ОФПКЭ имеют высокие показатели публикационной активности (А.Н.Васильев – 198 статей, 5 монографий и учебных пособий, индекс Хирша – 25, 2065 цитирований; Д.А.Спасский – 166 статей, индекс Хирша – 22, 1676 цитирований, Е.Г.Ларионцев – 157 статей, индекс Хирша – 15, 766 цитирований; А.О.Рыбалтовский – 143 статьи, индекс Хирша – 11, 404 цитирований). Начиная с 2015 года, в отделе опубликовано 145 статей из журналов, индексируемых в основном списке Web of Science, из них 37 статей в журналах из списка Top25% WoS, на которые имеются 660 ссылок, что показывает международно признанный уровень работ сотрудников отдела. Успех этих работ связан с развитием плодотворного научного сотрудничества с другими научными группами из МГУ, других организаций России и в рамках международного сотрудничества.

Отдел ФПКЭ активно сотрудничает с кафедрой оптики, спектроскопии и физики наносистем физического факультета МГУ. Магистрам кафедры сотрудниками ОФПКЭ читаются спецкурсы «Оптика конденсированного состояния вещества» (1 год магистратуры, осенний семестр, д.ф.-м.н. А.Н.Васильев) и «Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом» (2 год магистратуры, осенний семестр, д.ф.-м.н. А.Н.Васильев), осуществляется руководство дипломниками и аспирантами кафедры.