Працюємо. Все буде Україна: Проблемна науково-дослідна лабораторія фізичної електроніки – унікальна лабораторія УжНУ де розробляються нові цифрові методики

Продовжуємо наш цикл матеріалів про роботу наукових лабораторій УжНУ. На черзі – Проблемна науково-дослідна лабораторія фізичної електроніки, яка займає особливе місце в розробці нових цифрових методик в Ужгородському національному університеті.

Про історію та сучасність спілкуємося із старшим науковим співробітником Олександром Минею.

- Коли була заснована Проблемна науково-дослідна лабораторія фізичної електроніки, хто був першим керівником?

В 1965 році була заснована перша в УжДУ Проблемна науково-дослідна лабораторія фізики електронних зіткнень (ПНДЛ ФЕЗ), яка з 1984 року носить назву Проблемна науково-дослідна лабораторія фізичної електроніки. ЇЇ безпосереднім організатором та першим науковим керівником був професор Іван Прохорович Запісочний, а завідувачем - професор Поп Степан Степанович. Науковим керівником з 1982 по 2008 рр. був професор Шимон Людвік Людвікович. З 2008 року науковим керівником ПНДЛ ФЕ є професор Шафраньош Іван Іванович, доктор фізико-математичних наук, учень І.П. Запісочного.

Підставою для відкриття ПНДЛ ФЕ була гостра необхідність в проведенні досліджень елементарних процесів зіткнень електронів, іонів і фотонів з атомами, іонами, молекулами та твердими тілами для розв’язання проблем керованого термоядерного синтезу, астрофізичної та лабораторної плазми, екології та біофізики.

Свідченням світового рівня досліджень за тривалий період є присудження Державної премії України в галузі науки і техніки за 1995 рік Шимону Л.Л. і колишнім працівникам ПНДЛ ФЕЗ Запісочному І.П., Алексахіну І.С., Шпенику О.Б., Завилопуло А.М., Імре А.Й. за цикл праць (1962-1993 роки) «Елементарні процеси та резонансні явища в парних зіткненнях електронів, атомів і іонів». 

- Які основні напрямки, завдання?

Наукові дослідження на кафедрі квантової електроніки та Проблемної науково-дослідної лабораторії фізичної електроніки УжНУ проводяться в таких наукових напрямках:

1) фізична електроніка – взаємодія заряджених частинок з атомами і молекулами в різних фазових станах (керівник проф. Шафраньош І.І.);

2) квантова електроніка – лазерні та спонтанні джерела випромінювання (керівник проф. Шуаібов О.К.); багатофотонна іонізація (керівник проф. Суран В.В.).

У межах першого наукового напрямку проводяться оригінальні дослідження процесів непружного та надпружного розсіювання електронів на метастабільних атомах; дослідження процесів збудження, іонізації та фрагментації електронами біомолекул азотних основ нуклеїнових кислот в газовій фазі; дослідження процесів збудження та механізмів випромінювання кластерів газових складових атмосфери Землі. Вперше отримано спектр електрон-фотонної емісії (ЕФЕ) молекул азотистої основи НК урацила, впроваджених в керамічну підкладку, при використанні електронів з енергією 600 еВ в умовах надвисокого вакууму Р ≤ 5 × 10-9 Па. В УФ і видимій області спектра виявлені широкі безструктурні смуги з максимумами при λ = 335 нм, λ = 435 нм і λ = 495 нм. Апробований в роботі метод електрон-фотонної спектроскопії виявляється плідним для дослідження властивостей біологічних молекул оскільки він, крім дозволених переходів, дозволяє спостерігати прояв смуг, обумовлених інтеркомбінаціоннимі переходами, забороненими правилами відбору по спіну електрона.

Напрямок із квантової електроніки (керівник проф..Шуаібов О.К.) інтенсивного розвитку набув на основі виконання госпдоговірних робіт по створенню і дослідженню в 1972–1974 роках лазерів на парах металів, а в 1977 році – лазерів на ексимерних молекулах моногалогенідів інертних газів. Ініціатором цих робіт був професор Запісочний І.П., а безпосереднім організатором і ведучим виконавцем – доцент Шевера В.С., якого по праву слід вважати першим дослідником з лазерної тематики на Закарпатті. Роботи по мідному і ексимерному лазерах стали базисними для подальшого розгортання наукових досліджень газорозрядних модулів електричного прокачування агресивних газових середовищ на основі багатоелектродного коронного розряду високого тиску в імпульсно-періодичних ексиплексиних випромінювачах та розробки, оптимізації і дослідження вихідних характеристик УФ-ВУФ джерел некогерентного випромінювання з різними типами газорозрядного накачування. Вагомими досягненнями у цьому напрямку є дослідження групи співробітників під керівництвом професора Малініна О.М. Вони присвячені встановленню ефективності ряду фізико-хімічних процесів, що впливають на кінетику утворення верхнього лазерного рівня ексиплексних молекул моногалогенідів ртуті та хлористого ксенону в плазмі газового розряду на сумішах галогеномісних молекул, азоту, елегазу  та атомів інертних газів. Ним встановлено механізм дисоціативного збудження енергетичних станів бромистої ртуті електронами з переважним утворенням атома брому і електрона, з'ясовано ефективність процесів збудження та гасіння цих станів, а також утворення від'ємних іонів у газорозрядній плазмі на робочих сумішах, які використовуються в активних елементах ексиплексних ХеСl- і НgВr-лазерів та електророзрядних ексиплексно-галогенних лампах. Дослідження процесів багатофотонного збудження та іонізації атомів як наслідок взаємодії лазерного випромінювання з атомами у вільному стані були започаткованими в 1970 році (керівник проф. Суран В.В.). Вперше був виявлений ефект утворення двозарядних іонів при багатофотонній іонізації атомів. Цей ефект в подальшому був підтверджений у різних лабораторіях світу (Франції, Німеччині, США, Канаді, Узбекистані). Інтенсивно ведеться дослідження закономірностей та особливостей утворення однозарядних іонів в полі випромінювання одного та двох лазерів та механізму утворення двозарядних іонів в видимій та інфрачервоній ділянках спектру.

За період 1990-2022 рр. колективом лабораторії виконано 73 держбюджетних тем, 9 проектів за грантами міжнародних програм, захищено 5 докторських та 18 кандидатських дисертацій, підготовлено понад 300 спеціалістів та магістрів, опубліковано понад 600 наукових статей у фізичних журналах, з яких понад 450 у міжнародних виданнях, видано 9 монографії та 23 навчальних посібників.

- Який сучасний стан та перспективи лабораторії? 

Особливістю роботи наукової лабораторії був і є комплексний підхід до організації фундаментальних (теоретичних і експериментальних) досліджень, зокрема, дослідження процесів збудження, іонізації та фрагментації електронами біомолекул азотних основ нуклеїнових кислот в газовій фазі; газових лазерів і розробки базових моделей лазерних приладів з енергією випромінювання 10-200 мДж і частотою генерації 1-100 Гц, а також газорозрядних УФ-ВУФ ламп з середньою потужністю випромінювання 0.1-40 Вт.

Наукові теми – виконанні та ті, що виконуються зараз:

-  Розробка нових газорозрядних джерел світла для технологічного оновлення та розвитку парникового господарства (молодіжна тема, 2016-2019 рр.)

-  Емісія фотонів при взаємодії електронів та іонів з поверхнями наноструктурованих матеріалів та плівок біомолекул (2015 – 2017 рр.).

- Розробка нових фізичних методів синтезу наноструктур перехідних металів та біомолекул в газорозрядній і лазерній плазмі (2017 -2019 рр.)

- Нові точкові ультрафіолетові випромінювачі і методи синтезу наноструктур на основі суперіонних провідників та оксидів вольфраму (2022-2023 рр.);

Слід відмітити, що у рамках виконання останніх держбюджетних тем запропоновано газорозрядний спосіб отримання наночастинок. Синтезовано тонкі плівки на основі наноструктур оксидів міді, цинку і заліза з розмірами 2-40 нм та виявлено, що при асистуванні напилення цих плівок УФ- випромінюванням плазми в спектральному діапазоні 200-250 нм утворюються вузькі смуги просвітлення наноструктурованих плівок в синьо-голубій ділянці спектру, що може бути зумовлено утворенням радіаційних дефектів в цих плівках. На основі дослідження характеристик і параметрів тліючого та імпульсно-періодичного наносекундного розрядів в повітрі атмосферного тиску з електродом на основі розчинів солей перехідних металів в дистильованій воді показано, що в середовищі рідинного електрода в результаті плазмохімічних реакцій в рідині утворюються колоїдні розчини наноструктур оксидів металів в значній кількості представляють інтерес для застосування в мікро-наноелектроніці, медицині і біології. 

Результати останніх досліджень підсумовані в монографії:  Шуаібов О.К., Малініна А.О., Малінін О.М. Нові газорозрядні методи одержання селективного ультрафіолетового і видимого випромінювання та синтезу наноструктур оксидів перехідних металів: - Ужгород: ДВНЗ «Ужгородський національний університет», Видавництво «Говерла», 2019 р. – 187 с. та частково наведені в навчальному посібнику: Шуаібов О.К., Грицак Р.В. «Біомедична інженерія. Вступ до спеціальності).  – Ужгород: ДВНЗ «Ужгородський національний університет», Видавництво «Говерла», 2019 р. – 177 с. ISBN 978-617-7333-75-2.

Важливим аспектом роботи ПНДЛ ФЕ є участь у підготовці фахівців на фізичному, і інших факультетах УжНУ шляхом залучення провідних її спеціалістів до проведення навчального процесу, керівництва науково- дослідних робіт аспірантами, докторантами і пошукачами. Розробляються нові цифрові методики, лабораторні роботи із залученням новітнього обладнання.

- Як війна вплинула на науку?

З початком повномасштабного російського вторгнення та протягом ковід-карантинного періоду ПНДЛ ФЕ не припиняла роботу, а навпаки, до роботи долучилися науковці з інших кафедр (Погодін А.І. - к.х.н., ПНДЛ ХЕ, Поп М.М - доцент кафедри прикладної фізики, Голомб Р.М. – доцент кафедри інформаційних управляючих систем і технологій, Жигуц Ю.Ю. - завідувач кафедри технології машинобудування), Інституту електронної фізики НАН України (Красилинець В.М., Соломон А.М.).

Слід відмітити співпрацю з Центром колективного користування науковим обладнанням «Лабораторія експериментальної та прикладної фізики» створений за ініціативи та під керівництвом проректора з наукової роботи, заслуженого професора УжНУ Ігоря Студеняка (1960-2021).

Наукові дослідження не зупинялися, проводяться систематично та регулярно, публікуються наукові результати. За 2022 р. маємо статті у журналах, що входять до наукометричних баз даних: Scopus або Web of Science – 5, України – 3.

Працюємо. Все буде Україна.

 

Інформаційно-видавничий центр

 

• Наука