Темы курсовых работ для студентов 2 курса

Плазменная сверхзвуковая аэродинамика

профессор Шибков Валерий Михайлович, ПДК-9, тел. 8(495)939-13-37, Ц-64, тел. 8(495)939-25-47, e-mail: shibkov@phys.msu.ru

м.н.с. Логунов Александр Александрович, ПДК-9, тел. 8(495)939-13-37, e-mail: logunov_aa@physics.msu.ru

  1. Пробой молекулярных газов в электромагнитных полях СВЧ диапазона.
  2. Поверхностный СВЧ разряд в воздухе.
  3. Механизмы распространения поверхностного СВЧ разряда в воздухе.
  4. Нестационарный продольно-поперечный разряд, создаваемый в сверхзвуковом воздушном потоке.
  5. Стабилизация горения воздушно-углеводородных смесей в сверхзвуковом воздушном потоке.

доцент Черников Владимир Антонович, П-78, тел. 8(495)939-38-85, ПДК-9, тел. 8(495)939-13-37, e-mail: vachernikov@rambler.ru

  1. О возможности управления режимами горения топливной смеси в сверхзвуковом потоке при помощи неоднородного магнитного поля.
  2. Исследование работы импульсного малогабаритного магнитоплазменного компрессора в частотном режиме.
  3. Исследование возможности использования маломощных генераторов плазмы для инициации воспламенения и горения топливной смеси в сверхзвуковом потоке.
  4. Механизмы распространения импульсного разряда над поверхностью жидкости при наличии диэлектрических преград.

Плазменные и ионно-пучковые технологии

в.н.с. Кралькина Елена Александровна, ЦКП 1-1, тел. 8(495)939-47-73, e-mail: ekralkina@mail.ru

  1. Как получить тягу в космосе? Электрореактивные двигатели.
    Для создания тяги в космосе используют электрореактивные двигатели, в которых хаотическое движение атомов и ионов преобразуется в направленное движение частиц, создающее реактивную силу. Конструкция большинства известных электрореактивных двигателей включает в себя газоразрядную камеру, где создается плазма, и систему ускорения ионов.
  2. Две модификации высокочастотного разряда.
    Высокочастотный газовый разряд широко используется в наземных и космических технологиях. В зависимости от стоящей технологической задачи используют различные модификации ВЧ разряда, в частности, емкостную или индуктивную. Для организации емкостного ВЧ разряда используют обкладки конденсатора, к которым прикладывается ВЧ напряжение. Между обкладками конденсатора располагается газ, как правило, при пониженном давлении. Для организации индуктивного ВЧ разряда используют индуктор, по которому пропускают ВЧ ток. Внутри индуктора располагается колба с газом, как правило, при пониженном давлении.
  3. Что такое плазмохимическое травление? Плазменные реакторы.
    Травление - группа технологических приёмов для управляемого удаления поверхностного слоя материала с заготовки под действием специально подбираемых химических реактивов. При плазмохимическом травлении удаление материала происходит в результате химических реакций между химически активными частицами, образованными в плазме, и поверхностными атомами материала с образованием летучих соединений. Для осуществления травления разработаны плазменные реакторы, где происходит генерация плазмы и необходимых химически активных веществ.

в.н.с. Бычков Владимир Львович, П-78, тел. 8(495)939-38-85, e-mail: bychvl@gmail.com

  1. Долгоживущие светящиеся плазменные образования (эксперименты с эрозионными плазмотронами, Гатчинский разряд, эксперименты с аэрозольными структурами, природные наблюдаемые долгоживущие светящиеся образования, модели).
  2. Плазма над поверхностью жидкостей (коронные разряды в лаборатории и природе, эксперименты с эрозионными плазмотронами над поверхностью жидкости)
  3. Электронно-пучковая плазма и плазма несамостоятельных газовых разрядов.
  4. Плазма тропосферы, образующаяся в результате действия космических лучей и реакций с радоном в связи с зарядкой облаков и объектов на Земле.
  5. Плазма нижней ионосферы и ее свойства в связи с проблемами воздействия на ионосферу мощным источником излучения.

доцент Двинин Сергей Александрович, 1-72, тел. 8(495)939-14-48, e-mail: s_dvinin@mail.ru, dvinin@phys.msu.ru

  1. Геликоны и волны Трайвелписа Гоулда в космических двигателях и технологических установках.
    Высокочастотные разряды в газе, помещенном в магнитное поле, широко применяются в современной технике (в том числе в электроразрядных космических двигателях) и технологии. Для оптимизации характеристик этих устройств, необходимо знать пространственное распределение электромагнитного поля, поддерживающего разряд. Поле в разряде определяется протекающим по плазме внешним током (если такой есть, а также распространяющимися по ней возбуждаемыми этим током волнами. Существенную роль в поддержании разряда играют нераспространяющиеся моды поля, существующие вблизи внешнего источника (антенны). В данный момент роль различных мод поля изучена для разряда без магнитного поля. В работе предполагается провести приближенные аналитические, а также численные расчеты с помощью пакета Комсол Мультифизикс в пространственно однородном и неоднородном магнитных полях.
  2. Граничные слои пространственного заряда в плазме, находящейся в магнитном поле.
    Для расчета характеристик газового разряда необходимо знать не только параметры плазмы, но также и параметры слоев пространственного заряда (СПЗ), которые всегда возникают на границе между плазмой и твердотельной стенкой (энергию ионов, бомбардирующих подложку, толщину слоя, для разряда поддерживаемого ВЧ полем также импеданс слоя). Для плазмы без магнитного поля слои пространственного заряда не только определяют энергии частиц, но также приводят к изменению электродинамических параметров плазмы, и появлению в определенных условиях слоев, новых типов волн (поверхностные волны, распространяющиеся вдоль границы плазмы с металлом). Для магнитоактивной плазмы такие расчеты отсутствуют. В предлагаемом исследовании предполагается ликвидировать этот пробел.
  3. Релаксация молекулярных и ионных потоков при взаимодействии с поверхностью в условиях низкого давления окружающего газа.
    При анализе многих процессов (например воздействие молекулярных и ионных пучков на подложки, натекание плазменного потока на твердые тела или движение космических тел с большой скоростью в плазме) необходимо правильно описывать взаимодействие набегающих потоков вещества (включающих сложный химический состав, присутствие заряженных частиц (ионов и электронов)). В данном исследовании предполагается исследовать взаимодействие потоков частиц с телом сложной формы в условиях, когда размеры тела существенно меньше длины свободного пробега частиц.
  4. Скорость распространения и устойчивость волн ионизации при учете сложной химической кинетики и пространственного заряда.
    Иногда переход среды из одного состояния в другое при внешнем воздействии переходит не одновременно во всем объеме, а постепенно: граница контакта областей с различными свойствами перемещается в пространстве и объем, занимаемый одной областью, увеличивается, а второй – уменьшается. Примером таких процессов являются фазовые переходы, волны химических реакций (в частности волны горения), а если при химической реакции происходит обмен зарядом различных частиц – волны ионизации, которые мы часто наблюдаем в атмосфере – это стримеры, положительные и отрицательные лидеры, наблюдающиеся при каждой грозе. Теория волн ионизации в данный момент развита только для одномерных волн и простых химических реакций, хотя в большинстве случаев наблюдаемые процессы гораздо более сложны.
  5. Управление пространственными распределения плотности плазмы в технологических плазменных реакторах. Аналитические и численные модели.
    Для создания эффективных плазменных реакторов необходимо обеспечить однородность протекания физических и химических процессов на границе между плазмой и подложной на всей поверхности подложки. При обеспечении однородности ионизации в пространстве плотность плазмы (а, следовательно, и скорость химических реакций) будет падать от центра подложки к ее краям. Поэтому в технологических установках используются специальные технические решения, обеспечивающие увеличение напряженности высокочастотного (ВЧ) поля в периферийной области, которые, однако, работают только для одного выбранного режима технологического процесса. В данной работе будут проводиться аналитические расчеты и численное моделирование в пакете «Comsol Multiphysics®», которые позволят исследовать соотношение между амплитудами различных типов полей, поддерживающих плазму и обеспечивать необходимую однородность химических процессов для различных режимов работы.

Волны и неустойчивости в плазме и плазменная СВЧ электроника

профессор Кузелев Михаил Викторович, Ц-64, тел. 8(495)939-25-47, e-mail: kuzelev@mail.ru

доцент Карташов Игорь Николаевич, Ц-64, тел. 8(495)939-25-47, e-mail: igorkartashov@mail.ru

  1. Релятивистские электронные пучки в плазме
  2. Плазменные источники электромагнитных волн СВЧ диапазона
  3. Лазеры на свободных электронах
  4. Плазменные волноводы и их применение в научных исследованиях и технологиях
  5. Компьютерное моделирование нелинейных явлений в плазме
  6. Поверхностные волны на границах плазменных сред
  7. Линейные и нелинейные волны в плазме

Взаимодействие заряженных частиц с поверхностью и ионно-пучковые технологии

профессор Черныш Владимир Савельевич, 3-57, тел. 8(495)939-29-89, e-mail: chernysh@phys.msu.ru

с.н.с. Миннебаев Кашиф Файзелхакович, Ц-60, тел. 8(495)939-19-79, e-mail: minnebaev@mail.ru

с.н.с. Иешкин Алексей Евгеньевич, e-mail: ieshkin@physics.msu.ru

  1. Кластерные ионы - новый инструмент инженерии поверхности
    Ускоренные ионы уже десятки лет используются для модификации и анализа материалов при решении задач микро- и наноэлектроники, материаловедения, при создании разнообразных покрытий и т.д. В конце прошлого века в этой области возникло новое направление исследований, связанное с кластерными ионами. Такие ионы содержат от нескольких атомов до нескольких тысяч атомов, и в отличие от обычных ионов, не проникают вглубь бомбардируемого материала. Вся их энергия выделяется в одной точке поверхности, в результате создаются огромные локальные давления и температуры, что приводит к новым физическим процессам и новым возможностям модификации свойств поверхности. В рамках курсовой работы можно будет познакомиться с физическими особенностями взаимодействия кластерных ионов с веществом и принять участие в экспериментах на ускорителе кластерных ионов, созданном в нашей лаборатории.
  2. Самоорганизация нанорельефа поверхности под действием ионного облучения
    Удивительно, что под действием потока ионов, хаотически падающих на поверхность различных веществ, при определенных условиях формируется упорядоченный нанорельеф. Такой рельеф можно использовать, например, для придания поверхностям особых оптических или каталитических свойств. В рамках курсовой работы можно будет познакомиться с современными подходами к описанию возникающих структур и принять участие в экспериментах по исследованию закономерностей появления этого рельефа и возможностей его практического использования.
  3. Ионно-пучковые методы анализа поверхности, тонких пленок и наносистем
    Для разработки и создания современных электронных, оптических, квантовых устройств необходимо иметь как можно более полную информацию о составе, структуре и других свойствах поверхности на каждом этапе разработки. Целый спектр ионно-пучковых методик анализа позволяет получать разнообразные данные об исследуемых структурах. Такие методики повсеместно используются как в научных исследованиях, так и в производственных процессах. Выполнение курсовой работы позволит ориентироваться в уже существующих на сегодняшний день методах анализа и принять участие в разработке новых.
  4. Моделирование новых устройств электронной и ионной оптики
    Заряженными частицами можно управлять с помощью электрических и магнитных полей подобно тому, как оптические устройства управляют движением фотонов. Устройства ионной оптики позволяют ускорять, отклонять, фокусировать, определять энергии и массы частиц. Они используются во всех приборах, работа которых связана с потоками электронов и ионов, от осциллографа до ускорителя. При выполнении курсовой работы студент ознакомится с принципами работы электронно-оптических устройств и сможет принять участие в разработке систем ускорителя ионов, создаваемого на кафедре.
  5. Свойства газовых кластерных ионов и их взаимодействие с твердым телом: суперкомпьютерное моделирование
    Одним из способов исследования процессов, происходящих при столкновении ускоренных ионов с веществом, является компьютерное моделирование. Метод молекулярной динамики подразумевает точное решение уравнений движения каждого атома, составляющего мишень или ион. А поскольку атомов в области моделирования может быть несколько миллионов, решать эту задачу лучше с помощью суперкомпьютера. При выполнении курсовой можно будет познакомиться с методами и особенностями такого моделирования и провести самостоятельное исследование в рамках решения актуальной задачи.

Суперкомпьютерное моделирование наносистем

доцент Гайнуллин Иван Камилевич, Ц-62, e-mail: Ivan.Gainullin@physics.msu.ru

  1. Высокопроизводительное многопоточное моделирование физических задач на графических вычислителях
  2. Изучение электронного обмена атомных частиц с наносистемами
  3. Моделирование квантового транспорта в наносистемах
  4. Моделирование электронных свойств молекул и поверхности твердых тел с помощью теории функционала плотности
  5. Изучение взаимодействия ионных пучков с поверхностью твердых тел методом молекулярной динамики

Современные методы сканирующей электронной микроскопии в микро- и наноэлектронике

профессор Рау Эдуард Иванович, 1-57а, тел. 8(495)939-38-95, 1-70, тел. 8(495)939-54-33, e-mail: rau@phys.msu.ru

с.н.с. Зайцев Сергей Владимирович

с.н.с. Татаринцев Андрей Андреевич, e-mail: tatarintsev@physics.msu.ru

доц. Зыкова Екатерина Юрьевна, e-mail: zykova@phys.msu.ru

  1. Рентгеновский микроанализ в сканирующем электронном микроскопе.
    В рамках курсовой работы студент освоит основные функции управления электронным микроскопом и методику рентгеновского микроанализа. Студенту предлагается провести количественное исследование химического состава разнородного образца и получить карты распределения элементов на микросхеме.
  2. Топографический и композиционный контраст при детектировании отраженных электронов в сканирующем электронном микроскопе.
    В рамках курсовой работы студент должен освоить основные функции управления электронным микроскопом в режиме детектирования отраженных электронов. Студенту предлагается получить композиционный и топографический контрасты на образце с развитой топологией, имеющим области с разным химическим составом.
  3. Трехмерная реконструкция рельефа в сканирующем электронном микроскопе.
    Основной целью данной работы является ознакомление с уникальным методом восстановления трехмерного рельефа поверхности в сканирующем электронном микроскопе (СЭМ). СЭМ исходно дает плоское изображение, но с использованием математических методов можно восстановить трехмерный профиль поверхности. В данной работе студенту предлагается ознакомиться с методом восстановления трехмерной поверхности, получить изображение предложенной структуры на СЭМ и при помощи программного обеспечения провести восстановление изображения.
  4. Катодолюминесценция собственных и радиационно-индуцированных дефектов в полупроводниковых и диэлектрических материалах.
    Катодолюминесценция - испускание светового излучения в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областях спектра под действием электронного облучения. Катодолюминесценция проиходит в результате рекомбинации электронно-дырочных пар и экситонов, возбуждаемых в кристалле первичным электронным пучком. Спектр катодолюминесцентного излучения определяется наличием дефектов и примесей в кристалле. Студенту предлагается ознакомиться с возможностями метода катодолюминесценции для изучения примесей и дефектов в кристаллах и провести исследование образцов с дефектами.
  5. Радиационная электризация диэлектрических материалов космических аппаратов.
    При облучении диэлектрических материалов космического аппарата потоками энергетических электронов и ионов на околоземной орбите происходит их зарядка. Вследствие этой зарядки и последующего электрического пробоя космический аппарат может выйти из строя. В работе студенту предлагается провести исследование зарядки одного из диэлектрических материалов, часто использующихся в космических аппаратах -каптона, электронами в энергетическом диапазоне 1-30 кэВ. Измерение зависимости поверхностного потенциала зарядки диэлектрика от времени облучения предлагается провести при помощи разработанного в лаборатории спектрометрического метода.
  6. Отказ космических аппаратов вследствие электростатического пробоя, вызванного потоками ионов.
    При облучении диэлектрических материалов космического аппарата (КА) ионами солнечного ветра происходит их зарядка, что приводит данный КА к выходу из строя. В данной работе студенту предлагается ознакомиться с основными источниками потоков ионов на околоземных орбитах и провести исследование зарядки функциональных диэлектрических материалов ионами в энергетическом диапазоне 1-10 кэВ. При помощи разработанного в лаборатории спектрометрического метода измерить зависимость поверхностного потенциала зарядки диэлектрика от времени облучения пучком ионов.
  7. Модификация поверхностного слоя полупроводниковых и диэлектрических материалов под воздействием электронного облучения.
    При облучении различных материалов космического аппарата потоками заряженных частиц может происходить изменение их внутреннего строения и состава, образование в них радиационных дефектов. В работе студенту предлагается провести исследование изменения состава диэлектрического многокомпонентного материла под действием электронного облучения. Для этого предлагается методом Оже-электронной спектроскопии исследовать исходный состав приповерхностной области материала и затем определить его изменение после облучения образца электронами с высокими дозами.
  8. Спектрометрические методы в электронной микроскопии.
    Электростатические спектрометры, разработанные в нашей лаборатории для использования в сканирующем электронном микроскопе, позволяют проводить исследования спектров различных материалов и структур, анализировать поверхностные потенциалы и проводить микротомографию в отраженных электронах. Студентам предлагается ознакомиться с работой и характеристиками электростатических спектрометров, экспериментально получить и исследовать энергетические спектры различных материалов и структур «плёнка на подложке».
  9. Формирование и применение регулярных доменных структур сегнетоэлектриков.
    Для целей генерации вторичной гармоники лазерного излучения методом доменной инженерии создаются решётки из поляризованных полосок на поверхности полярных сегнетоэлектриков. Одним из удобных методов создания таких регулярных домены решёток является облучение сегнетоэлектрика сфокусированным электронным пучком. При этом происходит локальная зарядка сегнетоэлектрика, и возникают сильные поля, которые приводят к локальному изменению вектора спонтанной поляризации. В данной работе студенту предлагается провести обзор основных методов создания регулярных доменных решёток и экспериментально определить величины поверхностных потенциалов зарядки сегнетоэлектрика электронным пучком.
  10. Масштабный эффект в радиационной стойкости металлов.
    На кафедре обнаружено, что прочность наноразмерных образцов металлов крайне слабо зависит от наличия в них дефектов. Это, в случае подтверждения, может явиться основой для разработки новых радиационно-стойких материалов. Предлагается проделать серию экспериментов по определению прочности микрообразцов с использованием растрового электронного микроскопа, обработать результаты, сделать выводы о причинах эффекта и опубликовать результаты.

Физика углеродных наноструктур

с.н.с. Стрелецкий Олег Андреевич, Ц-60а (левая), e-mail: streletskiy.oleg@gmail.com

с.н.с. Савченко Наталья Федоровна, e-mail: n.f.savchenko@gmail.com

н.с. Хайдаров Абдусамеъ Аббосович 1-71, e-mail: ahaidarov@mail.ru

м.н.с. Нищак Олеся Юрьевна, Ц-60а (правая), e-mail: nischak@physics.msu.ru

вед. инж. Хвостов Валерий Владимирович, Ц-60а (правая), тел. 8(495)939-29-53, e-mail: vkhv@yandex.ru

  1. Многообразие структурных форм углерода, уникальные физические свойства углеродных материалов и их современное практическое применение.
    Способность углерода формировать связи с различным типом гибридизации делает возможным существование целого спектра углеродные материалы с различными свойствами. Основными аллотропными формами углерода являются алмаз (sp3), графит (sp2) и карбин (sp1). Также возможны промежуточные гибридизации: например, гибридизациею от 2 до 3 имеют атомы в таких низкоразмерных структурах как фуллерены, нанотрубки и графен. Данные структуры обладают целым набором уникальных свойств и находят свое применение в различных областях науки и техники. Изменяя сочетание типов гибридизации, можно создавать новые материалы с уникальными свойствами. Это делает возможным получение углеродных наноструктр с различными электрофизическими свойствами, преимуществом которых перед кремниевыми структурами является отсутствие легирования, что помогает преодолеть ограничения на размер элемента наноэлектроники.
  2. Квазиодномерные углеродные материалы.
    Одним из самых интригующих и перспективных направлений для научных исследований является изучение углеродных материалов, представляющих собой квазиодномерные структуры. Наиболее известными квазиодномерными материалами являются карбин, полиацетилен и полидиацетилен. Данные материалы состоят из отдельных углеродных цепочек на основе sp1- и sp2-гибридизации, стабилизированных вдоль своей длины различными атомами или молекулярными комплексами. Создавая материалы с различной длиной цепочек, разной степенью легирования или различного композитного состава, можно получать высокоэффективные сенсоры и низкоразмерные элементы электроники.
  3. Особенности в исследовании структуры углеродных пленок спектроскопическими методами.
    Одной из важных задач при получении углеродных структур является определение их фазового состава и оптических свойств. Спектроскопия комбинационного рассеяния света и инфракрасная спектроскопия чрезвычайно чувствительны к вариациям фазового состава и структуры углеродных материалов. Таким образом, анализ данных спектроскопических исследований позволяет точно индетифицировать исследуемые углеродные материалы и в дальнейшем проектировать структуры с заданными свойствами.
  4. Функциональные свойства углеродных покрытий.
    Управляя сочетанием различных фаз углерода в процессе синтеза углеродных покрытиях можно существенно изменять свойства объектов, модифицируемых углеродными пленками и структурами. Так, в качестве защитных и упрочняющих покрытий на поверхности изделий изготавливаются алмазоподобные пленки, а для снижения коэффициента трения используются графитоподобные или аморфные структуры. Такие покрытия существенно повышают износостойкость изделий, защищают их от коррозии и служат в качестве радиационно-стойкого материала. Изменяя текстуру поверхности или функционализируя ее можно придавать гидрофильные или гидрофобными свойства. Отдельно стоит отметить использование углеродных структур в микроэлектромеханических системах, где они служат в качестве отдельных элементов, переключателей, соединителей, проводов и др.
  5. Методы получения наноструктурированных углеродных материалов.
    При создании материалов на основе углерода используются различные методы, например, химическое и физическое газофазное осаждение. Варьируя параметры осаждения можно достигать высокой степени контроля над свойствами конечного материала. Изменяя параметры синтеза углеродных нанопокрытий возможно существенно изменять электрофизические параметры (например, электропроводность различных углеродных структур может отличаться на 8 порядков), что позволяет создавать как пленки с диэлектрическими, так и с металлическими свойствами.