Решена важнейшая задача изучения высокоэнергичных ионов изотопов водорода и α–частиц в термоядерной плазме. Разработана и успешного применена оригинальная гамма–спектрометрическая диагностика ядерных реакций с участием высокоэнергичных частиц. Метод был апробирован на крупнейшем токамаке ДЖЕТ (Евроатом) при активном участии ФТИ. В настоящее время гамма–диагностика включена в список приоритетных для международного термоядерного реактора ИТЭР, а ФТИ поручена ее реализация.

Развитая в Институте на основе нелинейной оптической спектроскопии оригинальная методика применена для изучения магнитных и электрических доменов и стенок в гексагональных манганитах RMnO₃ (R=Sc, Y, In, Er-Lu). Обнаружены явление взаимодействия магнитных и электрических доменных стенок и сильная зависимость размеров доменов от термоциклирования с переходом через температуру магнитного упорядочения. Обнаруженные явления объяснены на основе механизма пьезомагнитного взаимодействия. Сегнетоэлектрические доменные стенки деформируют решетку и возникает возможность пьзомагнитного взаимодействия деформации с магнитным моментом стенок антиферромагнитных доменов. Установлено, что взаимодействие между электрическими и магнитными стенками на малых расстояниях является притягивающим, а на больших — отталкивающим.

Проведен комплекс исследований динамики спектров генерации лазеров на основе квантовых ям и квантовых точек при накачке импульсами тока длительностью порядка десяти - ста наносекунд и амплитудой порядка ста пороговых значений. Показано, что возникающее при высоких уровнях накачки перераспределение энергии между основными и возбужденными состояниями электронов и дырок вызывает насыщение усиления для оптических переходов между основными уровнями и полное прекращение лазерной генерации на время порядка десятков наносекунд через несколько наносекунд после первоначального включения. Влияние насыщения усиления возрастает с увеличением амплитуды импульса тока накачки, что вызывает увеличение задержки возобновления лазерной генерации и обусловливает «нетемпературный» спад ватт-амперной характеристики таких лазеров в отличие от «температурного»спада, известного для лазеров при высоких уровнях накачки в непрерывном режиме.

Построена теория магнитопроводимости электронов в полупроводниковых квантовых ямах высокой подвижности с сильным спин-орбитальным взаимодействием. Учитываются структурный и объемный спин-зависимые вклады в эффективный гамильтониан электронов. Конкуренция этих вкладов существенным образом модицифирует интерференцию носителей заряда, что проявляется в качественном изменении характера аномального магнитосопротивления структур. Показано, что в структурах высокого качества магнитосопротивление не описывается предыдущими теориями, в то время как разработанная нами модель описывает эксперименты, выполненные на гетероструктурах высокой подвижности в различных лабораториях мира.

Найдено, что линия люминесценции триона в одиночной квантовой точке имеет заметную линейную поляризацию, а в магнитном поле расщепляется на квартет линейно поляризованных линий, причем направление поляризации от направления поля не зависит. Причиной является анизотропия квантовой точки и перемешивание состояний тяжелых и легких дырок. Предложен актуальный метод идентификации типа трионного состояния в наноструктуре по эффекту Ханле в наклонных магнитных полях. Обнаруженная зависимость ширины контура деполяризации от угла наклона поля выявила, что формируются X-трионы, состоящие из двух электронов и одной дырки. Теоретически и экспериментально исследованы магнитооптические поляризационные конверсии в ансамбле квантовых точек. Правильное понимание всего комплекса результатов дает двухступенчатая схема конверсии. На основе полученных экспериментальных данных восстановлена функция распределения квантовых точек по направлениям их удлинения в плоскости слоя.

Принципиальным требованием к создаваемым в мире устройствам спинтроники является возможность достижения и сохранения при комнатной температуре высокой спиновой поляризации электронов. Важным шагом в решении этой задачи явился фундаментальный результат, полученный в ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН. Суть его состоит в открытии того, что в твердых растворах GaAs_1-xN_x при комнатной температуре оптическая спиновая поляризация электронов достигает 90% и сохраняется дольше 1 наносекунды, превышая на порядок время спиновой релаксации свободных электронов. Установлено, что рекордно высокие значения поляризации и спиновой памяти обусловлены эффектом формирования нелинейной связанной системы свободных и локализованных спинов, в основе которого лежит спин-зависимый захват свободных электронов на глубокие парамагнитные центры и их динамическая поляризация.

Методами линейной и нелинейной оптики исследованы статические и динамические свойства объемных и интерфейсных намагниченностей в обменно-связанных структурах Fe/Cr/Fe и эпитаксиальных пленках Fe/Cr с двухосной магнитной анизотропией. В гетеро- структурах Fe/Cr/Fe обнаружены новые магнитные переходы при намагничивании вдоль трудной оси. В пленках Fe/Cr при намагничивании вблизи трудной оси показано существование ранее не наблюдавшейся доменной структуры, обусловленной латеральными флуктуациями магнитной анизотропии. Изучена динамика объемной и интерфейсной намагниченности в структурах Fe/Cr, индуцированная сверхкоротким лазерным импульсом.

Обнаружена необычная зависимость процесса возбуждения когерентных магнонов от поляризации света при облучении субпикосекундными лазерными импульсами ферромагнетика FeBO₃ Впервые построена общая феноменологическая теория явления, основанная на рассмотрении процесса импульсного вынужденного рамановского рассеяния света с участием магнонов. Теория позволила сформулировать основные закономерности наблюдаемого явления для любой магнитоупорядоченной среды.

Разработан оригинальный метод получения планарных периодических структур на основе чередующихся слоев a-SiO_x/a-Si:H, легированных ионами эрбия, который впервые обеспечил независимый контроль скорости осаждения a-SiO_x/a-Si:H слоев, концентрации ионов Er³⁺ и профиля их пространственного распределения по толщине структуры. Обнаружено, что частотный сдвиг края фотонной зоны в область спектрального положения излучательного перехода иона Er³⁺ позволяет более чем на порядок увеличить интенсивность спонтанной эмиссии ионов Er³⁺ за счет сильного изменения плотности оптических мод в планарных брэгговских отражателях. Реализовано увеличение более чем на два порядка интенсивности фотолюминесценции ионов Er³⁺, находящихся в активном слое планарного микрорезонатора, по сравнению с одиночной пленкой a-SiO_x(Er). Рекордное увеличение достигается в результате мультипликативного действия двух процессов —вывода излучения через резонансную моду и резонансного поглощения возбуждающего излучения в спектральной области собственных мод микрорезонаторной структуры.

Обнаружен новый фотовольтаический эффект в ячейке сегнетоэлектрической (СЭ) памяти - конденсаторе с СЭ поликристаллической пленкой цирконата титаната свинца M/Pb(Zr_1-xT_1x)O₃(PZT)/M, в которой СЭ гранулы PZT разделены наноразмерными слоями полупроводниковой фазы PbO, формирующей проводящие каналы между электродами. Показано, что при облучении M/PZT/M светом с определенной длины волны, во внешней цепи наблюдается фототок, величина и направление которого определяется величиной и направлением СЭ поляризации. Показано, что в такой наноразмерной среде на интерфейсе PZT/PbO возникает некомпенсированный поляризационный заряд, создающий электрическое поле, разделяющее возбуждаемые светом в PbO носители, что и вызывает фототок во внешней цепи. Предложен метод оптического неразрушающего считывания в СЭ памяти, в котором весь массив ячеек облучается светом определенной длины волны, а записанная информация (положительная либо отрицательная остаточная поляризация) определяется по направлению фототока, протекающего через выбранную ячейку.

Теоретически и экспериментально изучен импульсный периодический разряд с рекомбинационным механизмом излучения. На его основе предложен экологически чистый (безртутный) экономичный источник света для мощных осветительных систем, обладающий высоким качеством цветопередачи (Ra = 95-98) при большой световой отдаче (η= 80-90 лм/Вт), энергетическим КПД (в видимой части спектра) более 50%. Изготовлен опытный образец-прототип, включающий в себя источник импульсного питания (генератор) и цезиевую сапфировую лампу. Изучено, как изменение формы и амплитуды импульса тока позволяет изменять в широком диапазоне величину светового потока, а также его цветовые характеристики.

Для вещества нейтронных звезд плотностью в миллиард тонн на кубический сантиметр в ФТИ им.  А.Ф. Иоффе РАН построена кинетическая теория с учетом динамического плазменного экранирования при обмене поперечными плазмонами. В результате кардинальным образом изменились наши представления о кинетических свойствах сверхплотного вещества: теплопроводности, вязкости и др. Полученные результаты исключительно важны для моделирования эволюции нейтронных звезд и других объектов, состоящих из вещества сверхъядерной плотности, изучение которого невозможно в лабораторных условиях.

При исследовании планарного квантового магнитотранспорта в одиночных разъединенных гетероструктурах GaInAsSb/p-InAs с 2D электронным каналом на гетерогранице в сильных магнитных полях до 35 Тл при Т=1.8 К впервые показано, что в ультраквантовом пределе (ν≤1) при одновременном заполнении первых уровней Ландау для 2D-электронов и пограничных состояний на гетерогранице II типа происходит переход из полуметаллического состояния (режим квантового эффекта Холла для электронов в канале на интерфейсе) в диэлектрическое состояние в условиях антипересечения дисперсионных кривых для электронных и пограничных дырочных состояний.

Впервые были проведены исследования вертикального магнитотранспорта (вектор тока направлен параллельно вектору магнитного поля и нормали к плоскости гетероперехода) в магнитных полях до 14 Тл при Т=1.4-4.2 К. Показано, что увеличение локализации двумерных электронов в полуметаллическом канале на гетерогранице приводит к образованию «мягкой» кулоновской щели в туннельной плотности состояний. Обнаружен переход в диэлектрическое состояние (жесткая энергетическая щель) при величине проводимости σ_tun~10^-8 Ом^-1, когда плотность состояний на уровне Ферми пренебрежимо мала по сравнению с интервалом энергий между соседними уровнями Ландау в магнитном поле.

Предсказан новый эффект — оптическая ориентация электронных спинов линейно поляризованным светом. Продемонстрировано, что симметрия наноструктур, в отличие от объемных кубических полупроводников, допускает возможность спиновой ориентации электронов и дырок светом, несущим нулевой угловой момент. Микроскопическая теория оптической ориентации электронных спинов линейно поляризованным излучением построена для всех основных механизмов поглощения света в квантовых ямах: прямых межзонных оптических переходов, а также прямых межподзонных и непрямых внутриподзонных переходов в легированных структурах. Показано, что оптическая ориентация линейно поляризованным светом представляет собой двухступенчатый процесс, включающий (а) асимметричное спин-зависимое фотовозбуждение, обусловленное правилами отбора, и (б) спиновую прецессию в эффективном магнитном поле, индуцированном спин-орбитальным взаимодействием Рашбы или Дрессельхауза.

Эффективный метод инжекции зарядов из зонда атомно-силового микроскопа применен для инжекции зарядов в нано тонких окислах кремния с встроенными нанокристаллами кремния и германия, которые являются перспективным материалом для разработки новых систем электрической памяти большой емкости. Выполненные исследования латерального дрейфа и диффузии зарядов в таких слоях послужили основанием для оптимизации технологических процессов приготовления слоев. Обнаружена возможность существенного снижения приборного уширения области зарядки за счет измерения градиента силы электростатического взаимодействия вместо ее абсолютной величины. Усовершенствование методики локальной зарядки позволило получить первые рисунки с разрешением 50 нм и временем сохранения заряда в десятки часов, что превышает достигнутый ранее мировой уровень (100 нм и один час).

Разработан оригинальный метод синтеза тонких пленок аморфного гидрогенизирован-ного кремния в высокочастотном тлеющем разряде, позволяющий оптимизировать структуру пленок для последующей интеркаляции лития. В результате подробного исследования механизма интеркаляции и деинтеркаляции лития в такие пленки убедительно показано, что аморфный кремний способен выступать в качестве высокоэффективного материала катода для внедрения лития, по своей зарядовой емкости и другим функциональным характеристикам значительно превышающего традиционные углеродные материалы используемые для этих целей.

Результаты исследований представляют значительный научный и практический интерес для современной электрохимической энергетики.

Впервые экспериментально наблюдался сверхбыстрый (за время ~1 пс) пьезоспектроскопический эффект в полупроводниковых наноструктурах. Эффект обусловлен возникновением акустического солитона —импульса деформации, распространяющегося со скоростью звука. Обнаружено что воздействие акустического солитона на полупроводниковую наноструктуру вызывает чрезвычайно сильные изменения в оптических спектрах, обусловленные сдвигом энергии электронных уровней при деформации. Обнаруженный эффект открывает возможности для сверхбыстрого управления электронным спектром и оптическими свойствами материалов, используемых в приборах нанофотоники и оптоэлектроники.

Исследована высокочастотная проводимость двумерных дырок в гетероструктуре p-Si/SiGe акустическим бесконтактным методом в ультраквантовом пределе сильных магнитных полей. Обнаружено образование запиннингованного вигнеровского кристалла (стекла) при низком уровне легирования. Вывод сделан на основании сравнительного анализа температурных (температуры 0.3—0.8°К) и магнитополевых (магнитные поля до 14—18 Тл) зависимостей высокочастотной и статической проводимостей и вольтамперных характеристик. Нелинейность вольтамперных характеристик в ультраквантовом пределе соответствует модели прыжков по центрам пиннинга.

Разработана новая триодная методика для исследования вольт-амперных характеристик в сильных электрических полях, что позволило впервые обнаружить отрицательную дифференциальную проводимость, обусловленную блоховскими осцилляциями в естественной сверхрешетке политипов карбида кремния. Пороговые поля блоховских осцилляций в политипах 8Н-, 6Н-, 4Н-SiC (110, 150 и 290 кВ/см) изменяются в соответствии с меняющейся шириной первой минизоны в этих политипах, что убедительно свидетельствует об указанной выше природе отрицательной дифференциальной проводимости. Амплитуда отрицательной проводимости по абсолютной величине равна или превосходит значение дифференциальной проводимости на положительном участке вольт-амперных характеристик, что свидетельствует о стабильном, незатухающем характере блоховских осцилляций. Полученные результаты важны для создания эффективных твердотельных источников и усилителей микроволнового и терагерцового излучения.

Рассмотрены особенности перехода металл - диэлектрик в отщепленной примесной зоне двумерных полупроводников. Проведено исследование транспорта по локализованным примесным водородоподобным состояниям, полученным путем легирования ямы и барьеров. Выращены структуры GaAs/Al_0,3Ga_0,7As, 1-10 ям (10 and 15 nm) и барьеров (25-100 nm). Легирование — мелкий акцептор Be. С ростом концентрации в структурах GaAs/AlGaAS с двукратным заполнением примеси наблюдался переход изолятор (сильная локализация-SL) — грязный металл (слабая локализация-WL). Показано, что переход к грязному металлу WL происходит в отщепленной верхней примесной зоне Хаббарда. Величина эффективной массы в данной примесной зоне оценена m~3mo. Для структур второго типа реализована ситуация узкой примесной зоны за счет расположения фоновых компенсирующих центров вне области легированного слоя. В них наблюдались активационная зависимость проводимости ε₄, возрастание холловской подвижности с понижением температуры; смена знака низкотемпературного эффекта Холла; нелинейность пробойного типа, характеризуемого S-образной ВАХ. Эффекты объясняются переходом Андерсона, происходящим в примесной зоне с ростом концентрации примеси. Делокализация состояний в центре примесной зоны не приводит к металлической проводимости, поэтому данный переход назван «виртуальным».

Метод динамической оптической голографии впервые использован для изучения силы Казимира между двумя макроскопическими объектами (тонкая проводящая мембрана и проводящая сфера). Теоретически предсказано и экспериментально подтверждено наличие высших гармоник в силе Казимира в условиях, когда расстояние между взаимодействующими объектами меняется по гармоническому закону. Обнаружено и проанализировано влияние конечной проводимости и конечной толщины взаимодействующих объектов на величину силы Казимира. Для определения абсолютной величины силы Казимира впервые экспериментально использовано давление света в качестве эталона силы. Полученные результаты могут быть применены при разработке устройств наномеханики.

Явление нарушения киральной симметрии существует в мире элементарных частиц, в молекулах и в макромире, однако до последнего времени не было известно в атомных ядрах. Ядрами-кандидатами являются нечетно-нечетные ядра, когда 3 угловые момента—валентных нейтрона, протона и коллективного вращения трехаксиально деформированного остова перпендикулярны друг другу и могут существовать в двух зеркально-симметричных взаимных ориентациях. Решающим аргументом в пользу существования киральности является близость значений вероятностей электромагнитных переходов между уровнями, построенными на состояниях с «левой» и «правой» ориентациям угловых моментов. Эти значения оцениваются на основе измерений времен жизни возбужденных уровней. Решающие эксперименты с применением уникальной доплеровской γ — спектроскопической методики, разработанной в циклотронной лаборатории ФТИ, были проведены в 2003—2007 гг. на пучке тяжелых ионов Варшавского Циклотрона. В результате в ядре ¹²⁸Cs впервые были обнаружены полосы с искомыми электромагнитными свойствами и, таким образом, явление киральности в атомных ядрах было, наконец, открыто.

Новый комплексный подход к реализации квантового М_х-магнитометра с оптической накачкой включает в себя: 1) многофакторную оптимизацию параметров М_х-резонанса; 2) новые методы привязки частоты управляемого генератора к частоте М_х-резонанса; 3) новые методы контроля параметров резонансной линии. Cоздана теоретическая модель, учитывающая все основные факторы, определяющие характеристики М_х-резонанса, в том числе спин-обменное и световое уширение и поглощение в толстом слое вакуумной ячейки с сохраняющим спин покрытием, позволяющая провести оптимизацию параметров резонанса в схеме М_х-магнитометра, и проведен эксперимент, продемонстрировавший жизнеспособность модели и ее способность давать как качественные, так и количественные предсказания. Существенно новым результатом многофакторной оптимизации является то, что учет жесткой связи спин-обменного уширения и поглощения света в кювете приводит к увеличению оптимума спин-обменного уширения в десять и более раз, что ограничивает возможность реализации преимуществ сверх-узких резонансов в магнитометрических схемах. Увеличение длины ячейки вдоль направления луча накачки в магнитометрической схеме позволяет за счет снижения концентрации атомов снизить полную ширину линии и, тем самым, пропорционально уменьшить сдвиги и ошибки магнитометра.

Впервые в мире разработан и изготовлен источник чистой и плотной водородной плазменной струи, основанный на взрывном принципе образования сгустка газа с последующей ионизацией и ускорением. Скорость и плотность плазменной струи составляют 200 км/с и 2*10²² м^-3 и на порядок превышают параметры существующих аналогов. В экспериментах на сферическом токамаке Глобус-М объяснен механизм преодоления плазменной струей магнитного поля и доказано проникновение струи в центральную область плазмы. Показана возможность управления профилем плотности плазмы в токамаке с помощью плазменной струи. Полученные результаты существенны для решения проблемы подпитки термоядерного реактора топливом.

Понижение симметрии низкоразмерных гетероструктур по сравнению с объёмными полупроводниками приводит к анизотропии физических свойств этих систем. Нами предсказано, что такая анизотропия может проявляться в виде подавления одних механизмов спиновой релаксации другими. Для обнаружения эффекта был разработан специальный дизайн структуры, реализованный методом молекулярно-пучковой эпитаксии. Эффект анизотропии времен спиновой релаксации обнаружен по зависимости ширины контура Ханле от ориентации магнитного поля в плоскости ямы. Предложен дизайн «оптимальной»структуры для создания приборов, использующих спиновые степени свободы, c максимально длинными временами спиновой релаксации.

Показано, что фемтосекундные лазерные импульсы возбуждают осцилляции спиновой системы. Обнаружены два механизма фотомагнитного возбуждения антиферромагнитного резонанса - тепловой и нетепловой. Тепловой механизм реализуется в редкоземельных ортоферритах TmFeO3 и HoFeO3, при спиновой переориентации посредством фазового перехода второго рода с характерным временем порядка пикосекунд. Прямое нетепловое воздействие фемтосекундных лазерных импульсов на магнитоупорядоченную спиновую систему наблюдалось в редкоземельных ортоферритах, пленках магнитных гранатов и борате железа. Обнаруженные явления по сверхбыстрому управлению спиновой системой с помощью света представляют собой новое направление в физике магнитных явлений.

Экспериментальные и теоретические исследования фотолюминесценции и пропускания эпитаксиальных слоев InN позволили оценить важнейшие фундаментальные параметры — ширину запрещенной зоны и величину эффективной массы электронов. Установлено, что ширина запрещенной зоны InN соответствует ИК области спектра и равна 0.67 эВ, а не 1.9&–2.0 эВ, как считалось ранее. Показано, что экспериментальные спектры поглощения и фотолюминесценции хорошо согласуются с результатами модельных теоретических расчетов в предположении непараболической зоны проводимости с линейной зависимостью эффективной массы от кинетической энергии и с эффективной массой в ?-точке m*=0.07m0. Полученные результаты открывают новые перспективы практического использования InN и твердых растворов на его основе в электронике, оптоэлектронике и солнечной энергетике.

Осуществлена оптимизация структуры энергетической зоны и транспортных свойств в системе полупроводниковых твердых растворов Mg2Si-Mg2Sn для разработки новых термоэлектрических материалов с эффективностью ZT>1. Полученные термоэлектрические материалы n-типа превосходят по своим характеристикам в области высоких температур 600 ? 870 К все известные аналоги, экологически безопасны, не содержат дорогостоящих, дефицитных и токсичных компонентов. Натурные испытания подтвердили полученные результаты и позволили создать совместно с фирмой «Коматсу» (Япония) термоэлектрические модули с КПД - 12%.

Разработана технология получения металлических нанокатализаторов, обладающих рекордной активностью. Технология основана на использовании разработанного в ФТИ РАН метода лазерного электродиспергирования металлов. Получены каталитические покрытия, состоящие из аморфных металлических наночастиц (Pt, Pd, Ni, Cu и др.) с малой дисперсией размеров. Вследствие аморфности наночастицы не коагулируют при соприкосновении, что позволяет получать структуры с предельно высокой плотностью частиц, обладающие рекордной каталитической активностью. В практически важных химических реакциях превращения хлорорганических соединений полученные наноструктуры Pt, Pd и Ni обладают каталитической активностью на два-три порядка большей, чем у известных в мире аналогов. Чрезвычайно высокая каталитическая активность наноструктур Pt в электрохимических реакциях окисления водорода и восстановления кислорода решает одну из ключевых проблем водородной энергетики – позволяет уменьшить более чем на порядок расход Pt в топливных элементах.

Разработана технология создания трехмерных высококонтрастных фотонных кристаллов высокого совершенства на основе композитов опал-полупроводник. В оптических экспериментах с фемтосекундным временным разрешением впервые продемонстрирована возможность сверхбыстрого (~100 фс) управления световыми потоками в трехмерных фотонных кристаллах на основе композитов опал-Si и опал-VO₂.

Впервые с помощью оптического возбуждения в высокоомных полупроводниках экспериментально обнаружена (в Cd Te : Ge) мода волн перезарядки ловушек, обладающая линейным законом дисперсии. Построена теория, описывающая волны перезарядки ловушек в полупроводниках с низкой подвижностью и малой концентрацией ловушек, что позволило объяснить экспериментальные результаты.

Впервые в мире в условиях сферического токамака на «Глобусе-М» продемонстрирована возможность эффективного нагрева плазмы в диапазоне ионных циклотронных частот. При сравнительно небольшой мощности нагрева 0, 15 МВт удалось получить увеличение ионной температуры плазмы с 160 эВ до 320 эВ. Численное моделирование нагрева ионов, выполненное с помощью международного транспортного кода АСТРА, основанного на неоклассических транспортных коэффициентах, хорошо согласуется с экспериментом.

Проведено экспериментальное и теоретическое исследование неадиабатических взаимодействий при диссоциации оптически возбужденных двух- и трехатомных молекул HCl, HBr, RbI, BrCl< SO₂, N₂O, O₃ и OCs. Разработаны новые методики, позволяющие детектировать пространственные распределения продуктов реакции, находящихся в определенном квантовом состоянии, в том числе орбитальном и спиновом. Проведены квантово-механические расчеты неадиабатических взаимодействий в молекулах и динамики изучаемых фотопроцессов. Определены амплитуды и фазы рассеяния при диссоциации ряда практических важных атмосферных молекул.

Впервые изготовлены лазеры среднего ИК диапазона (3 – 4 мкм), использующие дисковые резонаторы, работающие на модах «шепчущей галереи» (WGM). Особенностью таких резонаторов является их высокая добротность, что облегчает получение лазерного излучения в слабо усиливающих оптических средах. Лазеры изготовлялись из стандартной двойной гетероструктуры на основе InAs. Показано, что в WGM-лазерах пороговая плотность тока в 3-4 раза ниже, чем в стандартных полосковых лазерах, сделанных с использованием той же самой гетероструктуры. Максимальная рабочая температура WGM-лазеров оказалась на 40^oС выше, чем у аналогичного полоскового лазера. Данные исследования открывают новые возможности в разработке лазерных источников излучения среднего ИК диапазона, работающих при комнатной температуре.

Выполнены теоретические исследования явления резонансного туннелирования в двумерных гетероструктурах: резонансном туннельном диоде и в системе из двух самосогласованных квантовых ям. Предложен и проанализирован эффективный способ управления формой вольтамперной характеристики и величиной пикового тока в таких структурах путем приложения поперечного магнитного поля в плоскости интерфейса. Метод обеспечивает высокую прецизионность управления параметрами туннельных гетероструктур.

Разработана технология и впервые получены управляемые квазиодномерные фотонные кристаллы на основе кремниевой матрицы щелевой структуры, заполняемой жидким кристаллом. Управление положением края запрещенной фотонной зоны обеспечивается приложением электрического поля или изменением температуры и может достигать 0.25 мкм в диапазоне длин волн порядка 10 мкм. Важнейшим достоинством полученных устройств является их совместимость с кремниевыми интегральными схемами.

Разработана технология изготовления сегнетоэлектрических микроэлектронных элементов памяти, обеспечивающих хранение информации без потребления энергии (энергонезависимая память). Усовершенствована методика измерений остаточной поляризации, разработаны оригинальные методы контроля важнейших параметров, определяющих надежность работы сегнетоэлектрических элементов памяти: плотности и асимметрии ловушечных состояний на интерфейсах структуры, величины связанных с ними встроенных внутренних полей. Разработанные методы обеспечивают возможность контроля технологии и оптимизации характеристик устройств памяти, а также повышение их надежности.

Предложен механизм возникновения высокотемпературного ферромагнетизма в слоистых полимеризованных фуллеренах. На основании расчетов ab initio показано, что в присутствии рассеянных в матрице парамагнитных примесей, таких как водород, фтор, группы OH, NH₂ или CH₃, часть молекул C₆₀ становится магнитно-активной вследствие переноса спина и заряда с радикалов. Расчет обменного взаимодействия между парами спинов, локализованных на таких молекулах, дает значение внутриплоскостного обменного интеграла ~ 0,3 эВ для ближайших и следующих соседей, что показывает возможность формирования ферромагнитного состояния в слоистом полимеризованном фуллерене с температурой упорядочения ~ 900 K.

Изучена генерация второй оптической гармоники, связанная с магнитным порядком и внешним магнитным полем в ряде диэлектриков и полупроводников. Определены магнитные структуры в гексагональных манганитах RMnO₃ (R – редкоземельный ион, In). Установлены вклады различных механизмов в формирование второй гармоники: магнитодипольный вклад в антиферромагнетиках CoO, NiO и KNiF₃, обусловленный многофотонным резонансом; объемный электродипольный вклад в борате меди CuB₂O₄ и мультиферроике GaFeO₃. В полупроводниках GaAs и CdTe обнаружена генерация второй гармоники в магнитном поле в области края фундаментального поглощения, связанная с орбитальным квантованием и определяемая как электродипольным вкладом, так и нелинейной магнитооптической пространственной дисперсией.

На основе кинетических представлений сформулированы физически обоснованные критерии формирования очаговой стадии процесса разрушения, общие для твердых тел, включая горные породы. Они подтверждаются как лабораторными исследованиями, так и анализом статистики горных ударов на одном из рудников за 20-летний период и полной базы данных сейсмического режима региона Камчатки, содержащей параметры более 70000 землетрясений различной силы. Выделены очаговые области 37 сильных землетрясений, из которых в 32 случаях были обнаружены предвестники, т.е. вероятность прогноза землетрясения составляет 0,89. Выполненные исследования позволили разработать методику прогнозирования места, времени и энергии сейсмических явлений.

Развита аналитическая теория рефлектометрической диагностики, широко используемой для измерения параметров плазменной турбулентности в установках токамак. Показано, что вопреки господствующей точке зрения, наряду с рассеянием назад в окрестности точки отражения зондирующей волны, существенный вклад в рефлектометрический сигнал вносит малоугловое рассеяние на всей трассе распространения. Впервые определено пространственное разрешение диагностики как в режиме формирования сигнала в результате однократного рассеяния, так и при многократном рассеянии, реализующемся в крупных термоядерных установках. Обнаружены новые возможности локального измерения параметров плазменной турбулентности и скорости вращения плазмы, применимые, в том числе, и в токамаке-реакторе ИТЭР.

Проведены уникальные наблюдения гигантского всплеска гамма-излучения от источника повторных всплесков SGR1806 с одновременной регистрацией сигналов аппаратурой КОНУС на американском спутнике «Винд» и аппаратурой ГЕЛИКОН на отечественной астрофизической станции «Коронас-Ф». Станция «Коронас-Ф» находилась на близкой околоземной орбите и в момент всплеска 27 декабря 2004 г. Земля заэкранировала ее от гамма-источника. Аппаратура ГЕЛИКОН зарегистрировала при этом отраженный от поверхности Луны импульс гамма-излучения от гигантского всплеска. Таким образом, впервые проведена естественная локация Луны мощным потоком рентгеновского и гамма-излучения. Регистрация отраженного от Луны сигнала впервые позволила с высокой достоверностью восстановить интенсивность, временную историю и энергетику начального импульса гигантского всплеска гамма-источника. Осуществить это при прямом облучении детекторов не удавалось из-за их «ослепления».

Экспериментально и теоретичеcки исследованы свойства 2D-дырок в размерно-квантованном аккумулирующем слое, возникающем на интерфейсах Те-ТеО₂ и Те-SiO₂. Установлен закон дисперсии дырок и его анизотропия, которые отличаются от 2D-спектров для кубических полупроводников отсутствием спинового вырождения валентной зоны вследствие сильного спин-орбитального взаимодействия. Обнаружен эффект слабой локализации 2D-дырок на поверхности теллура при низких температурах и определена роль междолинных переходов, приводящих к снятию спинового вырождения. Установлено, что явления переориентации спина происходят также в системе нанокластеров теллура в решетке опала вследствие образования 2D-слоя на интерфейсе Те-SiO₂.

В широкозонных полупроводниках во внешнем электрическом поле впервые реализовано резонансное усиление сигнала нестационарной фотоэдс в области высоких (> 100 кГц) частот фазовой модуляции при приложении знакопеременного электрического поля. Теоретически предсказан и экспериментально обнаружен эффект нелинейного взаимодействия низко- и высокочастотных собственных типов колебаний зарядов. На его основе предложена и реализована в кристаллах Bi₁₂SiO₂0, Bi₁₂TiO₂0 оригинальная методика прямых измерений дрейфовой подвижности носителей заряда.

Предсказан новый эффект - генерация поперечного электрического тока при туннелировании спин-поляризованных электронов через нецентросимметричные полупроводниковые барьеры. Направление этого тока определяется спиновой ориентацией электронов и симметрийными свойствами барьера; в частности, ток меняет направление на противоположное, если спин носителей меняет знак. Микроскопическая природа такого «туннельного спин-гальванического эффекта» связана с зависимостью туннельной прозрачности барьера от электронного спина и волнового вектора. Показано, что возможен и обратный эффект - спиновая поляризация электронов, наклонно прошедших через барьер. Построена теория резонансного спин-зависимого туннелирования через двухбарьерные структуры, в которых спиновые эффекты значительно усиливаются. Такие туннельные структуры могут быть использованы в качестве спиновых фильтров и инжекторов.

В асимметричных лазерных гетероструктурах раздельного ограничения в системе AlGaAs/GaAs/InGaAs со сверхшироким волноводом (1.7 мкм), изготовленных методом МОС-гидридной эпитаксии, удалось снизить величину внутренних оптических потерь до 0.34 см^-1. Получена генерация на основной поперечной моде за счет различия между пороговыми концентрациями (10-20%) для неё и мод высших порядков. На основе полученных гетероструктур в лазерах со 100 мкм апертурой и длиной резонатора Фабри–Перо ~ 3.5 мм достигнуты рекордная мощность излучения 16 Вт в непрерывном режиме генерации и максимальное значение КПД - 74 %.

Экспериментально и теоретически исследованы процессы спиновой релаксации электронов в полупроводниковых соединениях n-типа. Обнаружен новый механизм спиновой релаксации, обусловленный анизотропным обменным взаимодействием локализованных на донорах электронов, ограничивающий спиновую память при низких температурах. В высокотемпературной области, напротив, обнаружено удлинение времени жизни спина почти на два порядка по сравнению с предсказаниями существующей теории. Оба этих результата важны как для фундаментальной физики твердого тела, так и для приложений в спиновой электронике, где сохранение неравновесного электронного спина имеет принципиальное значение.

Впервые определена фотонная зонная структура синтетических опалов для всей поверхности зоны Бриллюэна. Предложен новый метод изучения фотонных кристаллов посредством визуализации фотонной зоны в дифракционных экспериментах по аналогии дифракцией рентгеновских лучей на обычных кристаллах.

Применительно к атмосферам нейтронных звезд впервые выполнено самосогласованный расчет термодинамических функций, поляризационных характеристик и коэффициентов поглощения для сильно замагниченной (B>10¹² Гс) водородной плазмы с учетом ее частичной ионизации. Показано, что необходимо учитывать зависимость структуры атомов от движения их центра масс в сильном магнитном поле. Показано, что ионизация замагниченной плазмы в атмосферах нейтронных звезд приводит к появлению спектральных особенностей и изменениям уровня спектрального континуума, которые должны проявляться в наблюдениях. Полученные теоретические результаты нашли применение при объяснении спектра ближайшей нейтронной звезды RX J1856.5-3754.

С помощью разработанных в ФТИ допплеровских методов γ-спектроскопии впервые измерены времена жизни ≈ 200 ядерных уровней ¹¹⁸Te, ¹¹⁹I, ¹²⁰Xe, ¹⁴¹Eu, ^142,144,145Gd в диапазоне 10^-14÷10^-9 с и изучено взаимодействие коллективных и квазичастичных степеней свободы в экстремальных условиях предельно больших значений энергий возбуждения (до ≈30 MeV) и спинов (до I≈60 ћ). Установлено, что в ядрах новой околомагической области с Z≈64 и N≈82 магнитное вращение квазичастиц комбинируется с коллективным вращением остова.

Заложены теоретические основы электрического и оптического управления дифракцией света на Брэгговских решетках в фоторефрактивных кристаллах, разработана технология изготовления интегрально-оптических фильтров. Изготовлены и исследованы опытные образцы оптических фильтров с перестраиваемой передаточной характеристикой. Разработаны объемная и интегрально-оптическая модификации фильтров. В объемном варианте перестройка фильтра обеспечивается за счет динамической перезаписи решетки в кристалле с внесением скачков фазы. В интегральном варианте перестройка фильтра достигается за счет приложения электрического поля к различным участкам Брэгговской решетки, записанной в оптическом волноводе в кристалле LiNbO₃. При этом обеспечивается быстрое (~1 нс) оперативное управление величиной показателя преломления для разных участков решетки и, соответственно, изменение условий Брэгга.