Кафедра фундаментальних проблем загальної та прикладної фізики є базовою кафедрою Київського академічного університету при Інституті фізики НАН України.

Кафедра готує бакалаврів, магістрів та докторів філософії з сучасних напрямків квантової та нелінійної оптики, лазерної фізики. Головними напрямками досліджень є:
1.    фізика лазерів та лазерних матеріалів;
2.    нелінійна та сингулярна оптика;
3.    фундаментальні дослідження взаємодії лазерного випромінювання з речовиною та розвиток наукових основ лазерних технологій;
4.    голографія.
Під час навчання студенти долучаються до проведення досліджень з фізики газових, твердотільних лазерів та лазерів на барвниках. Вивчаються нелінійні оптичні явища у напівпровідникових, молекулярних та рідких кристалах, фоторефративних матеріалах, полімерах, органічних молекулах, фотополімерні матеріали для голографії та запису інформації. Активно ведуться роботи з нелінійної лазерної спектроскопії надвисокої роздільної здатності, розробляються нові методи лазерного керування рухом вільних атомних часток.  Поряд з традиційними для інституту напрямами, такими як динамічна голографія та оптика багатопучкових процесів, фізика спекл-полів та голографічні кореляційні методи трансформації лазерних пучків, вивчаються нові — наприклад, сингулярна оптика лазерних пучків.

Можливі наукові керівники та теми магістерських робіт:


Морозовська Ганна Миколаївнадоктор фізико-математичних наук, провідний науковий співробітник Інституту фізики НАН України, Відділ магнітних явищ (Фізик-теоретик, h фактор = 48 за Google Scholar, h фактор = 39 за Scopus, >6900 цитувань), Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її., http://www.iop.kiev.ua/en/morozovska-g-m/

Тематика магістерської роботи: вплив розмірних ефектів, поверхонь та меж розділу, топологічних дефектів (дислокацій, границь зерен, магнітних та сегнетоелектричних доменних стінок) на структуру та локальну динаміку наноматеріалів, зокрема сегнетоелектриків та мультифероїків.

Ці фундаментальні проблеми є важливими для широкого кола наноматеріалів та вдосконалення елементів пам'яті з довільним доступом, п'єзоелектричних актюаторів, піроелектричних детекторів та електрооптичних пристроїв.

Студенти магістратури зможуть вивчити такі дисципліни та фізичні явища:

  • феноменологічна теорія фероїків (сегнетоелектриків, сегнетоеластиків, феромагнетиків);
  • розмірні ефекти в наноматеріалах (сегнетоелектриках та мультифероїках);
  • розрахунки впливу поверхневих та розмірних ефектів на функціональні властивості фероїків;
  • доменна структура фероїків;
  • динаміка реверсування поляризації в нанорозмірних областях;
  • вплив порушення симетрії поблизу поверхні або інтерфейсу, дефектів, неоднорідних напруг і розмірних ефектів на структуру доменної стінки;
  • вивчення незвичних сегнетоелектричних наноструктур; графен-на-сегнетоелектрику
  • флексоектричні явища у мезо- та наноматеріалах; їх вплив на фонноні спектри та просторово-модульовані фази
  • напівпровідники із мішанним типом провідності, супер-іоніки, феро-іоніки

Магістри опанують такі методи теоретичних досліджень як феноменологічна теорія фазових перетворень Ландау-Гінзбурга-Девоншира, класична електродинаміка та термодинаміка, статистична фізика, різноманітні методи математичної фізики. Чисельне моделювання у COMSOL та MathLab

Ознайомляться з такими сучасними методиками експериментальних досліджень як скануюча зондова мікроскопія, зокрема п'єзоелектрична силова мікроскопія, дослідження динаміки реверсування поляризації в наномасштабі, електрохімічна мікроскопія деформацій.

Спільні проекти передбачають взаємний обмін та стажування для студентів.

Співробітництво з експериментаторами та теоретиками:

  • Університет штату Пенсильванія (Pennsylvania State University, USA) відділ професора Венкатрамана Гопалана (Venkatraman Gopalan), та група професора Лон-Кин Чена (Long-Qing Chen), Department of Materials Science and Engineering, Pennsylvania State University;
  • Окріджська національна лабораторія (The Center for Nanophase Materials Sciences and Materials Science and Technology Division, Oak Ridge National Laboratory, USA), група професора С.В. Калініна (S.V. Kalinin).
  • Інститут матеріалознавства Дармштатту (Institut für Materialwissenschaft, Technische Universität Darmstadt, Germany), група професора Юрія Гененка (Yuri A. Genenko)

Вайнберг Віктор Володимирович, доктор фіз.-мат.наук, провідний науковий співробітник відділу Електроніки твердого тіла Інституту фізики НАН України, Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

Тема магістерської роботи: "Електропровідність у гетероструктурах з тунельно- зв’язаними квантовими ямами в сильних електричних і магнітних полях".

Анотація: Гетеростуктури з тунельно- зв’язаними квантовими ямами є новим об’єктом, перспективним для створення сучасних електронних та оптоелектронних приладів. В науковій періодиці пропонуються нові ідеї таких приладів, зокрема, для опанування актуального на сьогодні терагерцового спектрального діапазону електромагнітних хвиль, як для генерації, так і детектування, НВЧ генераторів, тощо. Такі гетероструктури надають широкі можливості у керуванні спектром електронних станів і пов’язаних електричних властивостей. Для цього необхідні дослідження їх гальвано-магнітних властивостей в широких діапазонах температур, електричних і магнітних полів. При виконанні магістерської роботи передбачається, перш за все, опанування студентом експериментальної техніки досліджень з використанням кріогенних рідин, сильних електричних та магнітних полів. Засвоєння методики виготовлення зразків для досліджень, електричних контактів. Теоретична частина включає вивчення фізичних основ гальвано-магнітних явищ, що зумовлюють електропровідність досліджуваних структур, включаючи, зокрема, ефект Холла (в тому числі, квантовий ефект Холла), квантові поправки до провідності, магнітоопір. При цьому, будуть вивчатись методи розрахунку енергетичного спектру електронних станів, провідності та інш. у таких складних об’єктах (включаючи чисельні методи з використанням комп’ютерних програм).

Посилання на публікації
VVVainberg ,OGSarbey,AS Pylypchuk,VNPoroshin andNVBaidus. A peculiarity of quantum hot-electron real space transfer in dual-channel GaAs-based heterostructures. J. Phys. Commun. 1 (2017) 045002 https://doi.org/10.1088/2399-6528/aa90c9
V.V. Vainberg, A.S. Pylypchuk, V.N. Poroshin, O.G. Sarbey,N.V. Baidus, A.A. Biryukov. Influence of conduction via a channel of an impurity δ-layer on the magneto-quantum effects in AlGaAs/GaAs/AlGaAs heterostructures. Physica E 60 (2014) 31–36.
Yu. N. Gudenko, V. V. Vainberg,a) V. M. Vasetskii, V. N. Poroshin, O. G. Sarbey,and S. V. Chirchik. Negative residual infrared photoconduction in the p-SiGe/Si heterostructures with selectively doped quantum wells. J. Appl. Phys. 112, 083715 (2012); doi: 10.1063/1.4759283


Бугайчук Світлана Анатоліївна, кандидат фізико-математичних наук, старший науковий співробітник відділу фізики кристалів Інституту фізики НАН України, Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

Теми магістерських робіт:
1) Дослідження екстремальних подій при взаємодії лазерних пучків в нелінійних динамічних середовищах з релаксацією. (Теоретична робота)
2) Ефекти гіганського підсилення лазерних пучків при їх нелінійній взаємодії в динамічних середовищах з релаксацією. (Експериментальна робота)

Анотація теми

Одним із сучасних напрямків нелінійної фотоніки є ефекти самовпливу хвиль, що виникають при взаємодії когерентних лазерних пучків в нелінійному середовищі. При цьому недощавно було відкрито, що в динамічних середовищах з релаксацією нелінійності можливо здійснювати збудження поздовжніх дисипативних солітонів. Пропонуються дві магістрівські роботи, теоретична і експериментальна, присвячені дослідженню цих солітонів і ефектів пов’язаних з ними, що виникають при взаємодії лазерних імпульсів в комірках рідких кристалів.

Одним із цікавих і досі мало вивчених явищь, які зв’язують із дисипативними солітонами, є генерація екстремальних подій (імпульсів великої інтенсивності), а також гіганських імпульсів (так званих “хвиль-вбивць”). Такі імпульси виникають в нелінійних системах, але окрім високих інтенсивностей, які значно перевищують середню інтенсивність вихідних імпульсів, вони також характеризуються так званою “затягнутою” статистикою (“long-tail statistics”), тобто частота появи таких високо-інтенсивних імпульсів значно перевищує статистику випадкових подій. Також слід відмітити, що екстремальні хвилі і “хвилі-вбивці” являються предметом сучасних геофізичних досліджень хвиль в океанах і морях. Оскільки дисипативні солітони в оптиці и на поверхні води описуються одними і тими ж нелінійними диференціальними рівняннями, їхні властивості зазвичай досліджуються паралельно.

Таким чином, запропоновані магістрівські роботи є міждисциплінарними, які поєнують нелінійну оптику, математичний апарат дисипативних солітонів, математичну статистику, нелінійно-оптичні властивості рідких кристалів, а також результати цих досліджень можуть бути застосовані для прогнозування екстремальних хвиль і “хвиль-вбивць” на воді.

При виконанні теоретичної роботи 1) планується:
- розробити програму, яка розраховує виникнення дисипативних солітонів в нелінійній системі взаємодії хвиль в динамінчих середовищах з релаксацією;
- дослідити умови виникнення екстремальних хвиль і “хвиль-вбивць” в залежності від параметрів системи, зокрема, від співвідношення між періодичністю лазерних імпульсів і часом релаксації нелінійності в рідкому кристалі, Т/t;
- провести розрахунки вихідних інтенсивностей хвиль в залежності від Т/t, а також статистичні розрахунки для цих інтенсивностей.

Програму планується створити на базі пакету MatLab; або розроботи оригінальну програму на С++, або Delphy.

Експериментальна магістрівська робота 2) включає наступні дослідження:
- приготування рідкокристалічних комірок;
- розробка експериментальної установки двох-пучкової взаємодії лазерних хвиль в комірці рідкого кристалу, з урахуванням прикладання напруги (постійної, змінної) до рідкого кристалу, використання чопера для формування імпульсів лазерного випромінювання різної тривалості і частоти, і використання цифрового осцилографа для комп’ютерної реєстрації вихідних інтенсивностей;
- проведення вимірювань вихідних інтенсивностей лазерних імпульсів для різних співвідношень частоти лазерних імпульсі і часів релаксацій нелінійності в різних типах рідких кристалів;
- статистичну обробку результатів вимірювань.

Запропоновані роботи є оригінальними, по результатам досліджень пропонується підготувати публікації до друку.

Публікації наукового керівника по темі магістрівських робіт:
S. Bugaychuk, E. Tobisch, “Single evolution equation in a light-matter pairing system”,  J. Phys. A: Math. Theor., 51 (12), 125201 (2018).
S. Bugaychuk, A. Iljin, O. Lytvynenko, L. Tarakhan, L. Karachevtseva, “Enhanced nonlinear optical effect in hybrid liquid crystal cells based on photonic crystal”, Nanoscale Research Letters, 12:449, 1-9 (2017).
S. Bugaychuk, A. Iljin, K. Chunikhina, “Extereme events induced by self-action of laser beams in dynamic nonlinear liquid crystal valves”, Journal of Physics: Conference Series 867 (1), 012007 (2017).
S. Bugaychuk and R. Conte, “Nonlinear amplification of coherent waves in media with soliton-type refractive index pattern”, Phys. Rev. E. 86,  026603-1-8 (2012).


Гончаров Олексій Антонович, проф., д. ф.-м. наук, гол. н.с., Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

1. Визначення розподілу по енергіях іонів у йонно-плазмовому потоці, що генерується за допомогою модифікованого холівського прискорювача нового покоління 

Визначення електро-фізичних та плазмодинамічних  характеристик іонно-плазмового потоку. Ознайомлення з загальними методами діагностики плазми. Експериментальне визначення розподілу іонів по енергіях у іонно-плазмовому потоці. Зондові виміри у низькотемпературній плазмі. Ознайомлення з роботою  вакуумних систем. Освоєння принципів дії плазмодинамичних систем середніх енергій холівського типу. Можливість публікацій наукових статей та доповідей на конференціях за результатами досліджень.

A.A. Goncharov, A.N. Dobrovolskiy, I.V. Naiko, L.V. Naiko, I.V. Litovko. Modes of Plasma-Dynamical System with Closed Electron Drift and Open Walls. DOI10.1109/YSF.2017.8126633 
A.A. Goncharov, I. V. Litovko, A. N. Dobrovolsky, L. V. Najko, and I. V. Najko. Novel modification of Hall-type ion source (study and the first results). Review of Scientific Instruments  87, 02A501 (2016) 

2. Дослідження взаємодії швидких електронів з макрочастками у щільній запорошеній металевій плазмі (аналітичні розрахунки та комп'ютерне моделювання) 

Ознайомлення з аналітичними та чисельними методами досліджень фізичних процесів у запорошеній  плазмі. Участь у створенні фізико-математичної моделі, яка описує енргетичну взаємодію швидких електронів з макрочастками щільної металевої плазми. Надбання досвіду в розв'язанні складних математичних рівнянь і встановленні домінуючих фізичних факторів, що визначають процеси ефективного руйнування макрочасток. Можливість публікацій наукових статей та доповідей на конференціях за результатами досліджень.

A.A. Goncharov. Plasma dynamical devices: review of fundamental results and applications. Apple Acad. Press 2017, chapter 2 in book  “Plasma and Fusion Science” pp.17-30.