II. Физические науки

6. Актуальные проблемы физики получение экспериментальных и теоретических данных, позволяющих выработать

конденсированных сред, в том критерии прогноза важнейших физических свойств новых уникальных материалов.

числе квантовой макрофизики, Ожидаются новые фундаментальные знания на стыке физики, химии и биологии с

мезоскопики, физики использованием самой современной базы физических исследований. Выявление

наноструктур, спинтроники, закономерностей поведения веществ в наносостоянии и установление свойств

сверхпроводимости мезоскопических систем. Разработка гетероструктур на широком классе материалов

для целей наноэлектроники, оптоэлектроники и спинтроники. Нахождение путей

реализации высокотемпературной сверхпроводимости. Изучение свойств магнитных

наносистем, нанокомпозитов и многослойных гетероструктур, перспективных для

спинтроники. Разработка физических принципов и технологий получения новых

функциональных элементов полупроводниковой наногетероэлектроники,

оптоэлектроники и спиновой электроники. Исследование транспорта электронов и

эмиссионных характеристик слоев с углеродными нанотрубками. Разработка

физических основ нового поколения систем отображения информации с

использованием полярных и фотонных свойств жидких кристаллов. Разработка

эпитаксиальной технологии синтеза гетероструктур с двумерным электронным газом

для полевых транзисторов СВЧ диапазона (10 - 100 ГГц и выше), в том числе приборов

большой мощности. Исследования влияния примесей на сверхтекучие фазы гелия-3.

Выяснение механизма явления неклассического вращения квантовых кристаллов при

низких температурах. Исследование локализации и транспорта электронов в

мезоскопических структурах для создания сверхвысокочастотных транзисторов

(100 ГГц и в перспективе приближение к терагерцовому диапазону), а также так

называемых "одноэлектронных" систем, то есть систем, чувствительных к изменению

зарядового состояния при добавлении или уводу одного электрона. Изучение

оптических свойств наноструктур, определяющих возможность разработки

высокоэффективных полупроводниковых излучателей света - светодиодов широкого

спектра свойств и лазеров, а также преобразователей световой энергии в электрический

ток и высокочувствительных фотоприемников. Решение проблемы создания больших

интегральных схем с высокой плотностью элементов. Создание совершенных

прецизионных методов и способов размерной обработки полупроводниковых

наноструктур с использованием литографических методов. Ожидается создание

прецизионных оптических систем ультрафиолетового и рентгеновского диапазона. Для

исследований в области нанотехнологий необходима разработка тонких

диагностических методов. Переход к наноразмерным элементам требует разработки

высокоскоростных и высокочувствительных приборов с высоким пространственным

разрешением - атомно-силовых, туннельных микроскопов, оптических микроскопов

ближнего поля, в том числе с применением фемтосекундной лазерной техники

7. Физическое материаловедение: ожидается реализация и оптимизация синтеза одностенных углеродных нанотрубок.

новые материалы и структуры, в Развитие технологии синтеза 2 типов оптических сред, включающих одиночные

том числе фуллерены, углеродные нанотрубки: водные суспензии и тонкие полимерные пленки. Создание

нанотрубки, графены, другие гетероструктур с квантовыми точками, обеспечивающих рекордные мощности и

наноматериалы, а также эффективность преобразования электрической энергии в оптическое излучение в

метаматериалы полупроводниковых лазерах. Разработка элементной базы для производства

высокопроизводительных компьютеров нового поколения. Поиск при высоких

давлениях новых фаз материалов с необычными и полезными свойствами.

Исследование и разработка технологий полупроводниковых структур для солнечной

энергетики. Разработка гетероструктур на основе широкозонных нитридов в системе

Al-Ga-In-N и узкозонных твердых растворов A3B5-N с малым содержанием азота для

микро- и оптоэлектроники. Разработка новых композиционных конструкционных

материалов и материалов со специальными физическими свойствами на основе систем

металл-металл, металл-керамика, керамика-керамика в наноструктурном состоянии.

Формирование аморфных твердых соединений легких элементов с дейтерием и тритием

для альтернативных ядерных топливных элементов для инерциального термоядерного

синтеза. Разработка новых кристаллических и керамических элементов для фотоники и

лазерной физики

8. Актуальные проблемы оптики ожидается достижение теоретически возможных концентраций энергии во времени,

и лазерной физики, в том числе пространстве и спектральном диапазоне, освоение новых диапазонов спектра. Развитие

достижение предельных фемтосекундной и аттосекундной оптики. Создание лазерных источников

концентраций мощности и сверхкороткого оптического излучения для управления динамическими процессами в

энергии во времени, пространстве физических, химических и биологических системах и их модификации на

и спектральном диапазоне, 14

освоение новых диапазонов молекулярном и атомном уровнях, передачи информации с плотностью на уровне 10

спектра, спектроскопия бит/с по оптоволоконным каналам связи, практического освоения сверхсильных

сверхвысокого разрешения и 15

стандарты частоты, оптических полей петаваттного (10 Вт) уровня мощности и с интенсивностями на

прецизионные оптические 22

измерения, проблемы квантовой уровне 10 Вт/см2 в интересах фундаментальных и прикладных исследований

и атомной оптики, экстремального состояния вещества. Использование таких источников для

взаимодействие излучения с инициирования и лабораторного моделирования процессов, развивающихся в ядерных

веществом и термоядерных реакциях, создания компактных источников высокоэнергичных

заряженных частиц и жесткого электромагнитного излучения для адронной терапии

раковых заболеваний и дефектоскопии. Разработка методов и средств фемто- и

аттосекундной электронно-оптической регистрации быстропротекающих процессов в

лазерной физике, физике лазерной плазмы, спектроскопии, биологии и медицине.

Изучение взаимодействия сверхинтенсивного фемтосекундного лазерного излучения с

веществом, генерации быстрых частиц и коротковолнового вакуумного

ультрафиолетового и мягкого рентгеновского излучений в лазерной плазме. Проведение

экспериментов по высокотемпературному нагреву лазерной плазмы. Разработка нового

класса интегрально-оптических устройств с оперативным управлением спектральной

передаточной характеристикой для систем оптической связи и метрологии. Разработка

волоконно-оптических фемтосекундных лазерных источников нового поколения в

-17

телекоммуникационном диапазоне длин волн со стабильностью частоты ~ 10 для

создания оптических стандартов частоты. Разработка методов когерентного

суммирования пучков мощных многоканальных лазерных систем с использованием

эффектов нелинейного взаимодействия световых волн и обращения волнового фронта и

создание лазерных источников излучения и мультикиловаттных средних мощностей

для решения ряда фундаментальных и технологических проблем, в том числе и для

решения задач в области обороноспособности страны. Развитие методов адаптивного

самонаведения лазерного излучения в системах передачи энергии и локации. Создание

высокоэффективных узкополосных оптических усилителей для приема сверхслабых

сигналов, а также тепловизионных приемников

9. Фундаментальные основы развитие нового направления по синтезу наноматериалов - лазерный плазмохимический

лазерных технологий, включая синтез композитных наноматериалов, что важно для создания сверхтвердых покрытий и

обработку и модификацию углеродных наноструктур на металлах и других конструкционных материалах, развития

материалов, оптическую машиностроения, микроэлектроники, энергетики и авиационно-космического

информатику, связь, навигацию и машиностроения. Создание основ проектирования сосредоточенных и распределенных

медицину волоконно-оптических датчиков физических величин с заданными параметрами.

Разработка стандартов частоты и времени для системы ГЛОНАСС. Исследование и

разработка светодиодных источников белого света нового поколения для целей

освещения. Исследование голографических и оптоэлектронных принципов

регистрации, обработки и визуализации информации, разработка голографических

экранов, динамических переключателей, оптоэлектронных приборов для регистрации и

обработки оптической информации. Развитие и создание новых сверхчувствительных

методов обнаружения и анализа органических и биоорганических соединений

(взрывчатых веществ, наркотических и лекарственных препаратов). Создание методов

прецизионной модификации и обработки материалов, направленных на создание

элементной базы нового поколения для микро- и наноэлектроники, интегральной

оптики, механоэлектроники, биосенсорики и биотехнологий. Управление процессами

синтеза в химических реакторах. Разработка оптической томографии биотканей,

позволяющей неинвазивным образом диагностировать их структуру и функциональные

характеристики на клеточном уровне. В области лазерной медицины разработка ряда

лазерных приборов и устройств с уникальными характеристиками для диагностики и

лечения человека

10. Современные проблемы создание специализированных гиротронных комплексов мощного микроволнового

радиофизики и акустики, в том излучения для установок управляемого термоядерного синтеза, а также для других

числе фундаментальные основы научных и технологических применений. Разработка новых методов компрессии

радиофизических и акустических импульсов электромагнитного излучения для использования в высокочастотных

методов связи, локации и ускорителях нового поколения, новых радарных системах и получения

диагностики, изучение мультигигаваттных импульсов для физических экспериментов. Изучение условий

нелинейных волновых явлений распространения электромагнитных волн в различных геофизических средах в

интересах развития дистанционных средств зондирования земной атмосферы и

подстилающей поверхности, практической радиосвязи, исследования динамики

околоземной плазмы. Построение теории сверхдальнего (до нескольких тысяч

километров) распространения низкочастотного звука в реальном океане. Разработка

томографических методов и создание средств низкочастотного акустического

мониторинга окраинных морей и шельфовых зон океана на масштабах ~ 100 км.

Разработка систем подводного видения. Разработка прецизионных методов нелинейной

акустической диагностики сред и создание систем неразрушающего контроля.

Разработка методов дистанционной диагностики экологического состояния природных

водоемов и земных покровов в регионах с высокой антропогенной нагрузкой,

акустического мониторинга глубокого океана и окраинных морей, в том числе в

интересах промышленного освоения шельфовых зон, разработка моделей волновых

процессов в геофизических приложениях, средств диагностики структуры

неоднородных сред с высокой разрешающей способностью в приложениях к

биомедицине, материаловедению, неразрушающему контролю и сейсморазведке.

Ожидается получить новые результаты в области пассивной и активной шумозащиты,

средств обнаружения и локации

11. Фундаментальные проблемы развитие методов вакуумной электроники, наиболее перспективных для генерации

физической электроники, в том больших мощностей, необходимых в радиолокации, физике плазмы, ядерной физике и

числе разработка методов промышленных технологиях новых материалов. Исследование эффектов

генерации, приема и сверхизлучения нано- и пикосекундных электронных пучков. Создание малогабаритных

преобразования субнаносекундных генераторов нового поколения. Разработка и исследование методов

электромагнитных волн с ближнепольной СВЧ-диагностики различных сред, включая земную кору и

помощью твердотельных и биологические ткани. Диагностика напряженного состояния земной коры с помощью

вакуумных устройств, электромагнитной эмиссии в очень низкочастотном диапазоне. Разработка принципов

акустоэлектроника, создания твердотельных устройств для генерации, манипуляции и излучения

релятивистская СВЧ-электроника сверхширокополосных сверхкоротких импульсных электромагнитных сигналов

больших мощностей, физика гигагерцового (субнаносекундного) диапазона. Разработка методов создания

мощных пучков заряженных когерентных источников в субмиллиметровом и терагерцовом диапазонах на основе

частиц достижений вакуумной и полупроводниковой электроники. Разработка нелинейно-

динамических методов анализа и прогноза эволюции сложных систем с приложением к

климатическим, атмосферно-океаническим, геофизическим процессам и биологическим

объектам. Реализация методов вакуумной электроники для генерации больших

мощностей, необходимых в радиолокации, физике плазмы, ядерной физике,

промышленных технологиях новых материалов и др. Использование гиротронов

мегаваттного уровня для нагрева плазмы в установках термоядерного синтеза.

Использование коротких сверхмощных импульсов электромагнитного излучения для

радиолокации сверхвысокого разрешения и для применения в линейных электрон-

позитронных ускорителях нового поколения. Исследования в области

акустоэлектроники, релятивистской СВЧ-электроники больших мощностей, физики

мощных пучков заряженных частиц. Создание нового поколения фемтосекундных

электронно-оптических преобразователей, камер и дифрактометров на их основе,

обеспечивающих уникальные возможности регистрации быстропротекающих явлений в

области физики, биомедицины и нанохирургии, фемтохимии и оборонных технологий

12. Современные проблемы основным направлением исследований по физике плазмы станет участие России в

физики плазмы, включая физику программе Международного экспериментального термоядерного реактора. Одна из

высокотемпературной плазмы и основных целей - реализация режимов улучшенного удержания плазмы. Важную роль в

управляемого термоядерного этом играют теоретические и экспериментальные исследования по проблеме

синтеза, физику астрофизической стабилизации магнитогидродинамических неустойчивостей. Важным аспектом

плазмы, физику деятельности в интересах Международного экспериментального термоядерного

низкотемпературной плазмы и реактора является разработка плазменных источников нейтральных атомных пучков с

основы ее применения в большими энергиями и токами. Предполагается ведение работ по альтернативным

технологических процессах термоядерным концепциям, которые могут составить конкуренцию токамаку-реактору

на стадии сооружения демонстрационной термоядерной электростанции, например,

открытым магнитным системам, и многопробочным конфигурациям. Концепция

газодинамического принципа удержания плазмы привела к идее создания мощного и

экономичного источника термоядерных нейтронов для термоядерного

материаловедения. Реализация проекта по созданию компактного стелларатора Л-5 с

малым аспектным отношением. Экспериментальные исследования по проблеме

инерционного термоядерного синтеза в рамках проекта "Искра-6". Методы создания и

управления параметрами низкотемпературной плазмы с большим удельным

энерговкладом. Определение основных параметров плазмы и физических процессов в

межпланетной и межзвездной среде, областях звездообразования, магнитосферах

нейтронных звезд и черных дыр. Исследование электрических явлений в атмосфере.

7 8

Разработка генератора плазмы со скоростью потока ~ 10 - 10 см/с и высокой

плотностью мощности для тестирования и модификации материалов атомной и

космической отрасли. Разработка плазменных методов фильтрации радиоактивных

отходов

13. Современные проблемы крупнейшие события последнего времени в физике микро- и макромира - это

ядерной физики, в том числе обнаружение взаимопревращений (осцилляций) нейтрино различных типов и открытие

физики элементарных частиц и астрономическими методами существования темной материи неизвестной пока

фундаментальных природы. Главной задачей является всестороннее определение свойств нейтрино и

взаимодействий, включая физику прямой регистрации частиц темной материи. Для сохранения и упрочения позиций

нейтрино и астрофизические и России в этом направлении необходимо существенное развитие расположенных в

космологические аспекты, а стране подземных и глубоководных лабораторий и комплексов. Это отвечает интересам

также физики атомного ядра, и бурно прогрессирующего направления на стыке наук - нейтринной астрофизики.

физики ускорителей заряженных Прецизионное изучение новых явлений предполагается вести на электрон-позитронных

частиц и детекторов, создание коллайдерах, действующих как в России, так и за рубежом. Одним их новых

интенсивных источников направлений является исследование свойств ядерного вещества при экстремальных

нейтронов, мюонов, плотностях энергии, создание и изучение нового состояния ядерной среды - кварк-

синхротронного излучения и их глюонной плазмы. Оно связано с экспериментами на пучках тяжелых ядер. Развитие

применения в науке, технологиях квантовой теории поля и теории струн с целью построения объединенной теории

и медицине фундаментальных частиц. Изучение взаимосвязей физики частиц и космологии.

Участие российских научных организаций в глобальном мегапроекте "Большой

адронный коллайдер". Завершение сооружения исследовательского реактора в Санкт-

Петербургском институте ядерной физики имени Б.П. Константинова ("Гатчина").

Развитие комплексов лучевой терапии и проведение исследований в области

радиологии и медицины. Развитие новых методов получения и применения изотопов

для медицинских целей. Особенностями этой области науки являются

межведомственный характер исследований, индустриальный масштаб ускорителей и

экспериментальных установок, привлечение к их созданию предприятий наиболее

высокотехнологичных отраслей промышленности. В связи с этим ключевые проекты в

области фундаментальной ядерной физики имеют уровень мегапроектов и требуют

целенаправленной поддержки государства

14. Современные проблемы исследование ранних этапов эволюции Вселенной. Разработка космологических

астрономии, астрофизики и моделей с учетом скрытой массы и темной энергии. Развитие теории формирования

исследования космического галактик и основных галактических структур. Исследование химической и

пространства, в том числе динамической эволюции Галактики. Изучение физических процессов в окрестностях

происхождение, строение и сверхмассивных черных дыр в ядрах галактик. Создание Российской виртуальной

эволюция Вселенной, природа обсерватории в рамках проекта "Международная виртуальная обсерватория" с целью

темной материи и темной объединения архивов наблюдательных данных, астрономических баз данных и

энергии, исследование Луны и каталогов для изучения проблем строения, эволюции и происхождения объектов

планет, Солнца и солнечно- Вселенной. Комплексные исследования нестационарных звезд, звездных атмосфер и

земных связей, исследование процессов звездообразования. Исследование солнечно-земных связей, строения Солнца

экзопланет и поиски внеземных и планет Солнечной системы. Изучение проблем астероидно-кометной опасности и

цивилизаций, развитие методов и экологии околоземного космического пространства. Определение динамических

аппаратуры внеатмосферной параметров Земли по данным наблюдений и развитие единой модели координатно-

астрономии и исследований временного обеспечения. Исследование влияния антропогенных и природных факторов

космоса, координатно-временное как на процессы, происходящие в атмосфере Земли, так и на эволюцию климата Земли в

обеспечение фундаментальных целом. Изучение различных проявлений и механизмов данного влияния является

исследований и практических чрезвычайно актуальным для прогнозирования будущего Земли и минимизации

задач негативного воздействия на окружающую среду