II. Физические науки

8. Актуальные проблемы физики конденсированных сред, в том числе квантовой макрофизики, мезоскопики, физики наноструктур, спинтроники, сверхпроводимости

общие вопросы физики конденсированных сред;

фундаментальные проблемы физики конденсированных сред, включая фазовые переходы, нелинейно-волновые свойства, кооперативные и критические явления в сильно коррелированных системах, в классических и квантовых макроскопических системах, в том числе в бозе-эйнштейновском конденсате, квантовом газе ферми-атомов;

фундаментальные проблемы фазовых превращений и релаксационных процессов в неупорядоченных конденсированных средах, в том числе в жидкостях и стеклах, и изучение структурных и динамических аспектов их затвердевания;

влияние экстремальных условий:

сверхнизких температур, сверхсильных магнитных полей, сверхвысоких давлений;

проблема сверхпроводимости при комнатной температуре;

исследования железосодержащих сверхпроводников ("пниктидов");

проблемы повышения критических параметров в сверхпроводящих композитных наноструктурах и джозефсоновских сетях;

исследование возможности реализации зарядовых и спиновых топологических изоляторов, топологических сверхпроводников, метаматериалов, изучение их свойств и практическое использование;

исследования физико-химических процессов, электронной, атомной и магнитной структуры на поверхности и границах раздела конденсированных сред;

изучение квантовых мезоскопических явлений в конденсированных средах, включая твердый гелий и сверхтекучий гелий 3Не;

экспериментальные и теоретические исследования макромолекул, полимеров и биоструктур (аминокислот, биополимеров, нейронных и генных сетей), их спонтанных и индуцированных трансформаций;

микро- и нанофлюидика, гидродинамика сложных ионных и биологических молекул в растворах;

исследования активированных диэлектрических кристаллов, нанокристаллов и стекол;

в области магнитных явлений и спинтроники:

поиск новых спинзависящих электронных эффектов и явлений;

исследование спинволновых возбуждений и спинзависимых транспортных явлений, состояния "спиновой жидкости" в низкоразмерных спиновых системах;

исследование возможностей управления магнитными свойствами полупроводниковых и ферромагнитных наноструктур и мультиферроиков электрическим полем, оптическими и акустическими импульсами;

фундаментальные проблемы спинтроники на основе полупроводниковых, сверхпроводящих, ферромагнитных, мультиферроидных и органических материалов, включая гибридные и мезоскопические структуры;

изучение быстропротекающих процессов в магнитных средах и структурах с резонансным усилением оптических и магнитооптических эффектов;

изучение искусственных многослойных магнитных пленок и массивов магнитных мезочастиц в целях поиска магнитных и спиновых систем для датчиков считывания и записи информации, управления магнитным состоянием микрообъектов с помощью электрического тока;

развитие методов сканирующей зондовой литографии для создания магнитных наноструктур;

проблемы спинового и молекулярного магнетизма;

разработка технологии молекулярно-пучковой эпитаксии гетеровалентных структур с разбавленными магнитными полупроводниками с повышенной температурой Кюри (технология, исследование спиновой динамики, применимости в качестве элементов энергонезависимой магнитной памяти);

развитие технологии и исследование магнитных свойств наноструктур и наночастиц на основе ферромагнитных материалов для создания элементов памяти со сверхвысокой плотностью информации;

в области физики низкоразмерных систем:

изучение электронных и дырочных состояний, электронного транспорта в квантово-размерных гетероструктурах (включая структуры на основе алмаза и алмазоподобных полупроводников и одноэлектронные структуры), структурах атомного масштаба и транспорта в топологически нетривиальных низкоразмерных системах и графене;

исследование классических и квантовых электронных фазовых переходов в низкоразмерных структурах;

исследование квазиодномерных полупроводников с низкой концентрацией электронов и структурного упорядочения в этих материалах;

выяснение предельных частот генерации и детектирования излучения гигагерцового диапазона с использованием волны зарядовой плотности в квазиодномерных структурах;

исследование плазменных и магнитоплазменных возбуждений, фононных спектров, плазмонных свойств полупроводниковых, металлических и графеновых наноструктур;

исследование возможности создания функциональных элементов плазмонной наноэлектроники и нанофотоники для оптического и терагерцового диапазонов;

разработка физических принципов работы и технологий получения интегральных наноструктур и элементов сверхпроводниковой наноэлектроники с рабочими частотами до 1 ТГц;

разработка принципов и устройств квантового кодирования информации, поиск путей реализации твердотельных и иных вариантов квантового компьютера;

в области полупроводниковой гетероструктурной оптоэлектроники:

теоретические и экспериментальные исследования инжекционных и каскадных лазеров на основе квантовых ям и квантовых точек, включая вертикально излучающие;

разработка физических основ и технологии полупроводниковых источников излучения с предельными параметрами мощности, энергии, яркости, спектральной плотности, сверхкороткой длительности и освоение новых диапазонов длин волн;

физические и технологические принципы управления когерентными оптическими потоками в инжекционных и других полупроводниковых лазерах;

разработка оптоэлектронных приборов (светодиодов, лазеров, фотоприемников) на основе наноструктур с квантовыми точками в активных областях;

разработка физических основ и технологий нанооптоэлектроники на основе кремния;

развитие технологий молекулярно-пучковой эпитаксии и газовой эпитаксии из металлоорганических соединений;

разработка технологического оборудования для МОС-гидридной МБЕ-эпитаксии в целях формирования "безинтерфейсных" многослойных наноструктур, в том числе сверхрешеток;

развитие методов компенсации упругих напряжений с использованием переменно-напряженных наногетероструктур для создания высокоэффективных гетероструктурных излучателей и фотопреобразователей с предельно малой плотностью дефектов;

разработка и изготовление оптоэлектронных элементов ("чипов");

получение тройных и четверных нитридных полупроводниковых соединений и исследование их свойств;

разработка научных основ и технологии синтеза наногетероструктур на основе узкозонных соединений кадмий-ртуть-теллур методом молекулярно-пучковой эпитаксии для инфракрасных фотоприемников нового поколения, высокоэффективных полупроводниковых излучателей света инфракрасного диапазона;

создание фундаментальных основ устройств оптической информатики на базе полупроводниковой нанофотоники и метаматериалов;

создание трехмерной наноэлектроники с использованием элементов опто- и акустоэлектроники;

создание элементной базы для экологического мониторинга окружающей среды и медицинской диагностики человека на основе наногетероструктурных оптопар в средней ИК-области;

повышение эффективности фотоэлектрического преобразования солнечного и мощного лазерного излучения;

разработка и создание конкурентоспособных солнечных фотоэнергосистем с концентраторами солнечного излучения и устройствами слежения за Солнцем;

разработка технологий светодиодных источников света в спектральном диапазоне от среднего ИК до глубокого УФ на основе полупроводниковых наногетероструктур;

зонная инженерия, инженерия дефектов и примесей в технологии светоизлучающих структур на основе кремния и германия для оптоэлектроники;

исследование нелинейных процессов для генерации сверхкоротких импульсов мощными полупроводниковыми лазерами и суперлюминесцентными диодами;

в области методов исследования конденсированных сред:

развитие методов и аппаратуры оптической и электронной радиоспектроскопии;

ядерно-резонансные и синхротронные методы исследования полупроводников, моттовских диэлектриков, мультиферроиков, высокотемпературных сверхпроводников и магнитных наноструктур;

разработка приборной базы спектроскопии магнитных резонансов;

разработка высокочувствительных магнитометрических методов исследования магнитных наноматериалов и метаматериалов;

взаимодействие когерентных импульсов рентгеновского излучения с веществом и ультрабыстрая когерентная дифракционная визуализация отдельных частиц, кластеров и биомолекул, вирусов и клеток;

рентгеновская резонансная микроскопия сверхвысокого пространственного разрешения;

использование методов физики и техники высоких давлений для исследования и моделирования явлений, происходящих в глубинных зонах Земли и планет, разработка аппаратуры высоких статических давлений мегабарного диапазона

9. Физическое материаловедение: новые материалы и структуры, в том числе фуллерены, нанотрубки, графены, другие наноматериалы, а также метаматериалы

в области физико-химических основ технологий новых функциональных материалов:

разработка принципов создания материалов с многоуровневой (нано-микро-мезо-макро) структурой;

разработка принципов создания новых функциональных сред на основе метаматериалов и фотонных кристаллов, включая гибридные пленочные структуры, опал-халькогенидные полупроводниковые сплавы;

разработка технологии синтеза метаматериалов;

разработка методов электрического, магнитного и оптического управления характеристиками этих материалов и структур на их основе;

исследование конденсированных сред в неавтономном состоянии для различных применений;

разработка технологий получения перспективных порошковых материалов на основе механохимического синтеза, интенсивной пластической деформации, самораспространяющегося высокотемпературного синтеза и синтеза из аморфного состояния;

разработка композитных материалов и структур и приборов на их основе;

разработка физико-химических основ получения оксидных и углерод-оксидных наноструктур - функциональных материалов для технологий электроники, химии и энергетики;

разработка технологии газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений для выращивания пленок металлов и диэлектриков;

исследование интегрированных с неохлаждаемыми микроболометрическими приемниками высокоэффективных поглотителей терагерцового излучения на основе метаматериалов и высокоимпедансных поверхностей;

разработка физических основ технологии и исследование материалов с высокой диэлектрической проницаемостью, сегнетоэлектриков и мультиферроиков с сильной магнитоэлектрической связью, функциональных материалов и структур интегрированных устройств оксидной электроники и элементов энергонезависимой, в том числе резистивной, памяти;

исследование свойств и развитие технологий широкозонных полупроводников и сверхрешеток на их основе как элементной базы генераторов и сверхбыстрых приемников терагерцового излучения;

создание эффективных тензочувствительных материалов с редкоземельными элементами и датчиков механических величин на их основе;

разработка планарной технологии изготовления элементов микроэлектромеханических систем;

разработка физико-химических методов получения функциональных материалов с использованием нанопористых диэлектрических матриц для применений в электронике и химии;

исследование жидкокристаллических материалов с нано- и мезоструктурным упорядочением и композитных материалов на основе жидких кристаллов и наночастиц;

исследование кристаллических, нанокристаллических и стеклообразных материалов для устройств квантовой обработки и передачи информации, в том числе полых микроструктурированных волоконных световодов;

разработка логических устройств и систем памяти на сверхпроводящих джозефсоновских сетках;

разработка технологии и исследование наногетероструктур на основе полупроводниковых нитевидных кристаллов;

разработка физико-химических методов модификации поверхности детонационных наноалмазов и формирования монодисперсных частиц наноалмазов в различных матрицах для применения в технике и медицине;

газоразрядный синтез и исследование свойств пленок, кристаллов и наночастиц алмаза;

развитие технологий синтеза углеродных материалов, включая графен и его производные;

исследование графеновых нанокластеров и композитов;

изучение дефектообразования в наноалмазах и графене;

создание высокоскоростной "углеродной" электроники на основе графена и нанотрубок;

получение и исследование наночастиц, капсулированных в матрицы и оболочки, в том числе синтетических и биополимеров;

разработка технологий и оборудования для конструирования на атомном уровне функциональных элементов на поверхности твердого тела, включая зондовые методы создания углеродных наноструктур и элементов оптики на их основе;

разработка технологий и исследование свойств наноструктурированных энергоемких материалов и композитов на их основе;

синтез сверхтвердых, сверхпроводящих, магнитных и энергоемких материалов на основе модификаций высокого давления;

наноструктурированные материалы, полученные в экстремальных условиях из углеродных и углеродсодержащих модификаций;

синтез материалов в условиях космической микрогравитации;

развитие электрофизических методов создания функциональных слоев и покрытий;

разработка новых композиционных конструкционных материалов и материалов со специальными физическими свойствами на основе систем "металл-металл, металл-керамика, керамика-керамика" в наноструктурированном состоянии;

теоретическое моделирование процессов зародышеобразования и роста, структуры и свойств неорганических, органических и биологических материалов - мультиферроиков, композитных материалов, наноструктурированных пленок;

в области физики и технологии новых функциональных материалов для эффективного преобразования энергии:

разработка технологии эффективного фотоэлектрического преобразования солнечного излучения в тонкопленочных солнечных элементах на основе аморфного и микрокристаллического кремния;

использование эффектов самоорганизации и "инженерии дефектов" для создания эффективных солнечных элементов на основе широкодоступных полупроводниковых материалов;

повышение эффективности солнечных элементов на основе многослойных молекулярных гетероструктур и композитных структур полимер-неорганических наночастиц;

исследование физико-химических проблем эффективного преобразования энергии в водородных топливных элементах;

разработка электрохимических генераторов большой мощности на основе твердооксидных топливных элементов и разработка технологий портативных источников тока на топливных элементах с твердополимерной мембраной;

повышение эффективности аккумулирования электрической энергии путем использования новых наноструктурированных, наногибридных и композиционных электродных материалов для суперконденсаторов и литий-ионных аккумуляторов;

разработка физических основ и технологии создания новых высокоэффективных, экологически безопасных термоэлектрических генераторов с рекордным коэффициентом полезного действия;

разработка широкозонных полупроводниковых материалов для эффективного преобразования энергии и приборов на их основе;

физические исследования прочности материалов;

исследование элементарных процессов разрушения и пластической деформации материалов, разработка методов прогнозирования и увеличения долговечности материалов и конструкций;

решение фундаментальных проблем физики и химии механоактивированных наноструктурированных и нанокомпозиционных материалов, полученных при механоактивации и интенсивной пластической деформации (механоактивированных наноразмерных молекулярных кристаллов);

создание прочных, жестких, трещиностойких, износостойких, жаропрочных, криостойких, жаростойких материалов, в том числе композитных, на основе высокопрочных армирующих компонентов (оксидных и других волокон, нанотрубок) и металлических, интерметаллидных и керамических матриц для применения в несущих конструкциях и энергетических установках космической, авиационной техники и машиностроении;

повышение динамической прочности материалов и разработка технологий легкой прозрачной брони;

в области физико-химических основ нанотехнологий:

разработка технологии и технологического оборудования для проекционной нанолитографии с пространственным разрешением 10 - 20 нанометров;

разработка принципов низкотемпературной плазмохимической эпитаксии и синтеза кремниевых нанокластеров и нановолокон;

развитие плазменных технологий осаждения алмазных пленок и разработка приборов на их основе;

разработка технологии непрерывной массовой штамповой импринт-нанолитографии;

разработка технологий трехмерной нанолитографии;

разработка технологии создания больших массивов наноструктур методами атомной оптики;

развитие физических основ нанодиагностики материалов и структур;

разработка фундаментальных основ комплексной нанодиагностики материалов и структур;

развитие высокоразрешающих методов анализа (рентгеновского и синхротронного рассеяния и дифракции, рентгеновской микроскопии, электронно- и ионно-зондовых методов, рассеяния нейтронов, туннельной и силовой атомной микроскопии);

исследование процессов диффузии, сегрегации, природы дефектообразования поверхностей и интерфейсов, элементного и химического состава, кристаллической структуры;

развитие оптических методов исследования, диагностики и характеризации материалов и наноструктур, включая методы с использованием органических молекул, полупроводниковых квантовых точек и диэлектрических наночастиц для люминесцентных зондов;

развитие диагностики конденсированных сред на основе методов физики атомных столкновений;

фотоиндуцированная пространственно-временная токовая спектроскопия широкозонных полупроводников, полимеров и наноструктурированных материалов;

исследования акустоэлектронных и акустооптических взаимодействий в наноструктурированных системах, развитие акустических методов изучения элементарных возбуждений в конденсированных средах;

диагностика полупроводниковых структур и нанокомпозитов при внешних воздействиях (сильные магнитные поля, высокие давления, оптическое возбуждение);

разработка методов диагностики технологических процессов на основе низкокогерентной интерферометрии

10. Актуальные проблемы оптики и лазерной физики, в том числе достижение предельных концентраций мощности и энергии во времени, пространстве и спектральном диапазоне, освоение новых диапазонов спектра, спектроскопия сверхвысокого разрешения и стандарты частоты, прецизионные оптические измерения, проблемы квантовой и атомной оптики, взаимодействие излучения с веществом

достижение теоретически возможных концентраций энергии во времени, пространстве в различных спектральных диапазонах;

освоение новых диапазонов спектра;

развитие методов управления пучками коротковолнового, экстремального ультрафиолетового и мягкого рентгеновского излучений;

выяснение особенностей переноса и трансформации энергии, в том числе в периодических структурах и нанообъектах люминесцентными методами;

развитие методов оптической диагностики и характеризации наноструктур, нанообъектов и наноматериалов;

развитие методов выращивания, обработки и характеризации нелинейных кристаллов и лазерной керамики;

развитие фемтосекундной и аттосекундной оптики;

организация управления динамическими процессами в физических, химических и биологических системах с помощью лазерных источников, включая волоконные, в том числе со сверхкороткими длительностями импульсов;

развитие методов когерентного суммирования пучков мощных многоканальных лазерных систем с использованием эффектов нелинейного взаимодействия световых волн и обращения волнового фронта;

развитие методов адаптивного самонаведения лазерного излучения в системах передачи энергии и локации;

практическое освоение лазерной физики высоких энергий, в том числе физики сверхсильных оптических полей мульти-петаваттного уровня мощности и с интенсивностями на уровне 10²³ Вт/см2 в интересах фундаментальных и прикладных исследований экстремального состояния вещества;

использование таких источников для инициирования и лабораторного моделирования процессов, развивающихся в ядерных и термоядерных реакциях, создания компактных источников высокоэнергичных заряженных частиц и коротковолнового вакуумного ультрафиолетового и мягкого рентгеновского излучений;

создание источников оптического излучения когерентной и некогерентной природы различного спектрального диапазона, основанных на взаимодействии пучков энергетических частиц с газовыми и твердотельными средами;

разработка и создание источников экстремального ультрафиолетового излучения для проекционной нанолитографии нового поколения;

разработка нового класса интегрально-оптических устройств с оперативным управлением спектральной передаточной характеристикой для систем оптической связи и метрологии;

в телекоммуникационном диапазоне длин волн обеспечение стабильности частоты порядка 10^-17 для передачи информации с плотностью на уровне 10¹⁴ бит/с по оптоволоконным каналам связи;

повышение точности и стабильности стандартов частоты обеспечивается с помощью использования ионных ловушек, оптических решеток и низкоскоростных пучков ультрахолодных атомов;

развитие методов управления пространственной структурой оптических полей и их взаимодействие с микрообъектами и наночастицами;

развитие методов видения в оптически мутных средах для диагностических применений в технологиях, биологии и медицине;

развитие методов пленения и охлаждения вещества, достижения сверхнизких температур;

создание высокоэффективных узкополосных оптических усилителей для приема сверхслабых сигналов, а также тепловизионных приемников;

создание высокочувствительных оптических методов обнаружения и исследования гравитационных волн, прецизионной проверки изотропии скорости света, а также прецизионного измерения фундаментальных физических констант;

разработка методов создания запутанных фотонных состояний для квантовых компьютеров, квантовой телепортации, квантовой когерентной томографии и релятивистской квантовой коммуникации

11. Фундаментальные основы лазерных технологий, включая обработку и модификацию материалов, оптическую информатику, связь, навигацию и медицину

создание и развитие методов лазерного контроля и управления химическими реакциями и разработка новых технологических процессов на этой основе;

развитие лазерного плазмохимического синтеза композитных наноматериалов для создания сверхтвердых покрытий и углеродных наноструктур на металлах и других конструкционных материалах, необходимых для развития машиностроения, микроэлектроники, энергетики и авиационно-космической промышленности;

развитие методов лазерной модификации органических и неорганических сред;

создание основ проектирования сосредоточенных и распределенных волоконно-оптических датчиков физических величин с заданными параметрами;

создание высокоскоростных систем волоконно-оптической связи и оптических носителей информации, развитие квантовой криптографии;

разработка магнитометров с лазерной накачкой;

разработка компактных оптических стандартов частоты для систем глобальной и космической навигации, связи;

разработка систем проекционного цветного телевидения и создание опытных образцов телевизоров на основе светодиодных источников белого света и инжекционных полупроводниковых лазеров;

развитие голографических и оптоэлектронных принципов регистрации, обработки и визуализации информации, разработка голографических экранов, динамических переключателей, оптоэлектронных приборов для регистрации и обработки оптической информации;

развитие технологий и устройств для трехмерной записи и визуализации объектов, обработки и хранения информации - голографических, опто- и акустоэлектронных;

развитие и создание новых сверхчувствительных методов лазерной спектроскопии для обнаружения и анализа органических и биоорганических соединений (взрывчатых веществ, наркотических и лекарственных препаратов);

разработка методов генерации амплитудно-модулированных лазерных импульсов с высокими пиковыми мощностями для создания протяженных ионизованных каналов в атмосфере в целях управления высоковольтными разрядами, для направленной передачи СВЧ-излучения, транспортировки энергии лазерного излучения на протяженных атмосферных трассах;

развитие технологий лазерной микро- и нанообработки материалов, в том числе при сверхвысоких (более 1 МГц) частотах следования импульсов излучения;

создание нанолитографических устройств и элементной базы, разработка элементов атомной оптики на основе наноструктур, статических магнитных и электрических полей и лазерного излучения;

создание и развитие методов лазерной спектроскопии высокого и сверхвысокого разрешения (спектрального, пространственного, временного, фотометрического) и их приложений для разделения изотопов в нанофотонике, фемтооптике, фотохимии, фотобиологии, аналитической химии, нанотехнологиях, информационных технологиях;

в области лазерной медицины:

разработка новых лазерных медицинских технологий лечения и новых образцов лазерной медицинской техники на основе исследований процессов и механизмов взаимодействия лазерного излучения с биологическими тканями, ряда лазерных приборов и устройств для диагностики и терапии;

разработка оптической томографии биотканей, позволяющей неинвазивным образом диагностировать их структуру и функциональные характеристики на клеточном уровне;

разработка методов лазерного воздействия, оптической диагностики и оптического микроскопического контроля биообъектов, в том числе на клеточном уровне;

конструирование наночастиц и структур на их основе для адресной оптической диагностики и лазерной терапии различных заболеваний;

развитие малоинвазивных комплексных методов оптической диагностики и навигации для проведения операций с использованием волоконно-оптических систем;

применение ультрапрецизионной низкокогерентной микроскопии и магнитных наномаркеров для мониторинга и высокочувствительной регистрации молекулярных реакций для экологии и медицины

12. Современные проблемы радиофизики и акустики, в том числе фундаментальные основы радиофизических и акустических методов связи, локации и диагностики, изучение нелинейных волновых явлений

разработка новых методов генерации и приема излучения различной физической природы и спектральных диапазонов для диагностики окружающей среды, включая литосферу, атмосферу, ионосферу и магнитосферу, и активного воздействия на нее;

разработка новых методов компрессии электромагнитного излучения для использования в высокочастотных ускорителях нового поколения, новых радарных системах и получения мультигигаваттных импульсов для физических экспериментов;

создание сверхширокополосной радиолокации высокого разрешения в миллиметровом и терагерцовом диапазонах;

разработка новых методов генерации и приема когерентного и широкополосного излучения микроволнового и терагерцового диапазонов, томография в ТГц диапазоне;

развитие методов сверхширокополосной радиолокации высокого разрешения в дециметровом и метровом диапазонах длин волн;

создание новых чувствительных элементов суб- и ТГц диапазона и построение планарных двумерных приемных матриц на их основе;

разработка и построение макета системы терагерцового радиовидения в реальном масштабе времени;

разработка активных и пассивных методов диагностики малых газовых составляющих и подстилающей поверхности в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах;

создание спектроскопии высокого разрешения в диапазоне электромагнитных волн от микроволнового до ближнего инфракрасного;

разработка новых методов и средств медицинской физики, основанных на магнитной радиоспектроскопии;

исследование и моделирование нелинейных волновых процессов в средах различной физической природы;

разработка нелинейно-динамических методов анализа и прогноза эволюции сложных систем с приложениями к климатическим, атмосферно-океаническим, геофизическим процессам и биологическим объектам, нелинейная динамика квантовых жидкостей при сверхнизких температурах;

развитие новых методов радиофизики и нелинейной динамики, в том числе для моделирования и исследования работы мозга и нейроподобных структур;

создание физических основ нейроморфного интеллекта;

разработка новых подходов к диагностике, прогнозированию и управлению явлениями окружающей среды на основе методов нелинейной динамики, исследование и моделирование сильно нелинейных природных явлений катастрофического характера;

развитие новых методов акустической диагностики для биомедицинских исследований и систем неразрушающего контроля и дефектоскопии;

разработка физических основ и новых средств низкочастотной акустической диагностики высокого разрешения толщи океана и пород океанического дна, в том числе в шельфовых зонах;

разработка методов когерентной сейсмоакустики и реализация сейсмоакустического мониторинга геодинамических процессов в сейсмоопасных зонах;

развитие радиофизических методов и средств исследования динамики океана и атмосферы, в том числе механизмов погодно-климатических явлений;

разработка физических основ и технических средств для акустического мониторинга объемных и поверхностных неоднородностей в океане;

разработка статистических методов синтеза характеристик направленности движущихся приемных пространственно-распределенных систем для локализации источников различной физической природы - от гидроакустики до радиоастрономии;

численное и физическое моделирование процессов генерации и распространения акустических волн в пространственно-неоднородных упругих и упругопластических средах;

развитие новых методов исследования динамических сетей;

создание больших многолучевых электронно-управляемых антенных решеток;

разработка радиофизических методов исследования волновых процессов для изучения влияния атмосферных волн на динамическое взаимодействие системы "стратосфера-тропосфера" и определения их роли в формировании теплового режима, динамики и климата;

развитие радиофизических методов для глобального изучения радиоклимата и условий радиосвязи в атмосфере Земли с помощью высокостабильных радиосигналов спутников навигационных систем (ГЛОНАСС, GPS, GALILEO и других);

разработка радиофизических методов исследования слоистых структур в атмосфере и ионосфере и их связи с солнечной активностью с помощью методов спутниковой радиоголографии;

развитие методов обращения волнового фронта для радиовидения околоземного пространства и земной поверхности;

развитие высокоточных радиофизических и радиоголографических методов для исследования трехмерной структуры атмосферы, ионосферы и земной поверхности в глобальном масштабе с помощью сигналов спутниковых навигационных систем;

изучение эффектов дифракции, рефракции, поглощения, волноводного распространения, рассеяния, а также отражения радиоволн от поверхности Земли и подповерхностной структуры грунта с помощью радиополей, создаваемых источниками искусственного и естественного происхождения

13. Фундаментальные проблемы физической электроники, в том числе разработка методов генерации, приема и преобразования электромагнитных волн с помощью твердотельных и вакуумных устройств, акустоэлектроника, релятивистская СВЧ-электроника больших мощностей, физика мощных пучков заряженных частиц

реализация методов вакуумной электроники для генерации больших мощностей, необходимых в радиолокации, физике плазмы, ядерной физике и промышленных технологиях новых материалов;

разработка гиротронов мегаваттного уровня мощности для нагрева плазмы в установках управляемого термоядерного синтеза;

разработка мощных гирорезонансных усилителей (гироклистронов и гироламп бегущей волны) с широким диапазоном перестройки частоты;

разработка систем генерации коротких сверхмощных импульсов электромагнитного излучения для радиолокации сверхвысокого разрешения и для применения в линейных электрон-позитронных ускорителях нового поколения;

разработка систем пассивной и активной компрессии импульсов мощного микроволнового излучения;

исследование эффектов сверхизлучения нано- и пикосекундных электронных пучков, создание малогабаритных субнаносекундных генераторов нового поколения;

создание систем управления и коммутации мощных квазиоптических потоков электромагнитного излучения;

исследование возможности нелинейной хаотизации колебаний в твердотельных диодных генераторах и создания на основе этого явления малогабаритных широкополосных генераторов шума терагерцового диапазона частот для радиовидения и шумовой радиолокации высокого разрешения;

создание новых полупроводниковых приборов для генерации сверхмощных коротких электрических импульсов для систем сверхширокополосной радиолокации, электромагнитного противодействия, управляемого термоядерного синтеза и импульсных промышленных технологий;

разработка мощных приборов миллиметрового диапазона на основе эпитаксиальных нитридных структур;

разработка технологии изготовления новых чувствительных элементов ТГц диапазона;

разработка методов создания когерентных источников в субмиллиметровом и терагерцовом диапазонах на основе достижений вакуумной и твердотельной электроники, создание элементной базы терагерцового диапазона;

разработка физических принципов и технологий приборов силовой микроэлектроники для высокоэффективного преобразования больших электрических мощностей;

разработка технологий экстремальной электроники на основе карбида кремния и других широкозонных материалов;

создание малошумящих усилителей и счетчиков фотонов в миллиметровом, субмиллиметровом и инфракрасном диапазонах;

разработка и создание интегральных приемников субмиллиметрового диапазона;

разработка систем радиовидения в миллиметровом диапазоне длин волн;

создание когерентных и широкополосных матричных систем получения изображений в субмиллиметровом диапазоне, томография в терагерцовом диапазоне

14. Современные проблемы физики плазмы, включая физику высокотемпературной плазмы и управляемого термоядерного синтеза, физику астрофизической плазмы, физику низкотемпературной плазмы и основы ее применения в технологических процессах

участие России в программе Международного экспериментального токамака-реактора (ИТЭР) - разработка методов нагрева, генерации стационарного тока и диагностики высокотемпературной плазмы;

разработка альтернативных систем управляемого термоядерного синтеза с магнитным удержанием (сферические токамаки, токамаки с сильным полем, стеллараторы, прямые магнитные ловушки);

разработка плазменных источников нейтральных атомных пучков с большими энергиями и токами;

исследование атомных столкновений в газе и плазме, корпускулярная диагностика термоядерной плазмы и исследование взаимодействия горячей плазмы со стенками;

исследование взаимодействия ионов, электронов и синхротронного излучения с поверхностью;

разработка высокочувствительных масс-спектрометрических методов анализа;

разработка нейтронных источников на основе плазменных систем с магнитным удержанием;

разработка перспективных схем гибридных реакторов;

эксперименты по инерционному термоядерному синтезу, создание эффективных термоядерных мишеней;

исследование плазменных процессов в геофизике, в том числе с помощью активных спутниковых экспериментов;

эспериментальные исследования и теоретическая интерпретация физических процессов вблизи околопланетных плазменных границ;

исследование атмосферного электричества и разработка методов управления его характеристиками;

разработка методов диагностики воздействия высокоэнергичных геофизических процессов на ионосферу, исследования влияния высотных электрических разрядов (спрайтов, эльфов) на ионосферу, генерации тепловых структур в запыленной плазме нижней ионосферы, воздействия атмосферной волновой динамики на ионосферу;

интерпретация наблюдаемых спектральных и временных особенностей излучения космических источников, диагностика физических условий в окрестности компактных объектов, анализ кинетических процессов в плазме релятивистских джетов и ударных волн, построение моделей аккреционных дисков, источников гамма-всплесков, микроквазаров и активных ядер галактик;

разработка и создание источников плазмы и заряженных частиц с заданными физическими свойствами;

лазерно-плазменные методы генерации ускоренных частиц с рекордными градиентами;

развитие физических принципов и методов создания импульсной и квазистационарной неравновесной низкотемпературной плазмы разрядов высокого давления с большим удельным вкладом энергии на единицу массы газа;

исследование плазменных микрополей и элементарных процессов в их присутствии, исследование динамики низкотемпературной плазмы в условиях интенсивной эмиссии заряженных частиц из плазмы и транспортировки сильноточных пучков через плазму;

разработка плазменных технологий для создания новых, в том числе композиционных и наноструктурированных, материалов с заданными физико-химическими свойствами;

исследование процессов самоорганизации и свойств упорядоченных структур в низкотемпературной и сверххолодной плазме, в том числе пылевой;

исследование импульсных разрядов в плазме щелочных металлов, вакуумных дуг и относящихся к ним катодных явлений;

физическая плазмогазодинамика и кинетика гомогенных и гетерогенных сред

15. Современные проблемы ядерной физики, в том числе физики элементарных частиц и фундаментальных взаимодействий, включая физику нейтрино и астрофизические и космологические аспекты, а также физики атомного ядра, физики ускорителей заряженных частиц и детекторов, создание интенсивных источников нейтронов, мюонов, синхротронного излучения и их применения в науке, технологиях и медицине

развитие квантовой теории поля и теории суперструн, в том числе направлений, связанных с исследованием режима сильной связи, прецизионным теоретическим анализом процессов в физике элементарных частиц, описанием сверхплотной кварк-глюонной среды, изучением физических процессов в ранней и современной Вселенной;

развитие теории сильных взаимодействий - квантовой хромодинамики - в применении к новым типам процессов, в том числе при высоких энергиях;

реализация задач ядерной физики в экспериментах с ультрахолодным атомным газом, включая задачи о сильно взаимодействующей ферми- и бозе-материи, мезоскопической ядерной сверхтекучести, ефимовских состояниях и фундаментальных пределах вязкости;

развитие подходов к созданию квантовой теории гравитации, исследование фундаментальных свойств физического пространства-времени на предельно малых и предельно больших расстояниях, поиск пределов справедливости теории относительности и проявлений возможного существования дополнительных измерений пространства;

развитие теории полей высших спинов и теории черных дыр;

развитие конформной теории поля и теории интегрируемых систем;

теоретическое исследование квантовых эффектов в сильных полях и в экстремальных состояниях вещества;

теоретические исследования проблемы происхождения "темной энергии" и ускоренного расширения поздней Вселенной, проблемы барионной асимметрии Вселенной и механизмов ее генерации в процессе эволюции, проблемы природы темной материи во Вселенной;

поиск и исследование новых физических явлений в области энергий до нескольких ТэВ, новых элементарных частиц и фундаментальных взаимодействий в экспериментах на Большом адронном коллайдере;

построение на этой основе теории, существенно расширяющей современную теорию элементарных частиц;

развитие глобального проекта "Международный линейный е+е-коллайдер";

подготовка к прецизионному исследованию новых частиц и взаимодействий в области энергий 500 ГэВ - 1 ТэВ;

поиск и исследование редких процессов с участием элементарных частиц на протонных и вторичных (пионных, каонных, мюонных) пучках высокой интенсивности в целях открытия новых явлений, происходящих на сверхмалых расстояниях;

поиск проявлений новых частиц и новых фундаментальных взаимодействий, изучение процессов с участием элементарных частиц в прецизионных экспериментах на установках со встречными e+e-пучками с высокой светимостью;

создание новых и развитие существующих методов регистрации частиц и излучений для будущих экспериментов в области физики элементарных частиц;

проблема стабильности вещества, осуществление прямого поиска распада протона на необходимом уровне чувствительности;

экспериментальный поиск гравитационного излучения космического происхождения, создание прототипов детекторов гравитационных волн;

искусственный синтез и исследование свойств новых сверхтяжелых химических элементов;

исследование острова стабильности сверхтяжелых элементов;

исследование механизмов образования и распада сверхплотной ядерной материи в столкновениях релятивистских ионов, изучение свойств адронов, кварков и глюонов и сверхплотной ядерной среды;

исследование свойств изотопов вблизи границ существования ядерной материи методами лазерно-ядерной спектроскопии;

прецизионное исследование электромагнитных взаимодействий нуклонов и ядер;

исследование свойств адронов в ядерной среде, изучение их связанных состояний (мезонные ядра, дельта-ядра, гиперядра);

исследование структуры ядер и механизмов фрагментации в процессах столкновений релятивистских ядер и в электромагнитных реакциях;

исследование свойств адронов и механизмов реакций с их участием при промежуточных (до нескольких ГэВ) энергиях, поиски экзотических состояний, в том числе дибарионов, пентакварков и других;

совершенствование физических моделей и проведение экспериментов по исследованию короткоживущих ядер и осколков деления;

исследование свойств ядерных изомеров и возможностей высвобождения запасенной в них энергии;

получение прецизионных данных по рассеянию и реакциям с участием протонов, нейтронов, гамма-квантов, легких и делящихся ядер, спектрам нейтронов деления и других данных, необходимых для ядерной энергетики и других приложений;

изучение внутриядерных процессов и нелинейных эффектов квантовой электродинамики во взаимодействиях интенсивных электромагнитных полей с веществом на пучках релятивистских ионов, электронов и фемтосекундных тераваттных лазеров;

в области физики нейтрино и астрофизики:

поиск частиц темной материи в неускорительных и коллайдерных экспериментах;

разработка методов регистрации темной материи;

исследование осцилляционных переходов нейтрино в экспериментах с использованием пучков дальних нейтрино от ускорителей (эксперименты T2K, OPERA, MINOS, NOVA) и реакторов (эксперимент Daya Bay);

прецизионное измерение параметров нейтринных осцилляций, поиск в них эффектов СР-нарушения;

прямой поиск массы нейтрино в диапазоне 0,1 - 0,3 эВ;

поиск нарушения закона сохранения лептонных чисел в процессах с мюонами на новом уровне чувствительности, поиск безнейтринного двойного бета-распада на уровне, предсказываемом осцилляционными экспериментами в предположении майорановской природы нейтрино;

поиск стерильных нейтрино в нейтринных осцилляциях, создание с этой целью галлиевого нейтринного детектора для экспериментов с высокоинтенсивными искусственными источниками нейтрино, а также подготовка и проведение экспериментов на исследовательских и промышленных атомных реакторах;

измерение космических потоков нейтрино высоких энергий, обнаружение их источников, сооружение с этой целью глубоководного Байкальского нейтринного телескопа с рабочим объемом до 2 км3;

исследование потоков нейтрино, образованных в распадах тяжелых ядер и ядерных реакциях, происходящих в недрах Земли, создание с этой целью детектора геонейтрино;

регистрация нейтринного излучения от коллапсирующих звезд на подземных нейтринных телескопах, участие в международной системе Super-Nova Early Warning System;

развитие методов нейтринной спектроскопии Солнца, мониторинг потока солнечных нейтрино различных энергий;

исследование формирования нейтринного излучения нейтронных звезд;

развитие радиоастрономического метода детектирования нейтрино предельно высоких энергий по наблюдениям всплесков когерентного черенковского радиоизлучения;

в области физики космических лучей:

измерение состава и энергетического спектра всех компонентов космического излучения (ядер, электронов, позитронов, фотонов) во всем диапазоне измеряемых энергий;

выяснение природы космических лучей сверхвысоких энергий, обнаружение их источников, исследование механизмов их генерации;

исследование космических частиц предельно высоких энергий с использованием лунного орбитального радиодетектора;

исследования физических процессов ускорения, распространения и излучения заряженных частиц в космической плазме;

поиск и исследование антиматерии в составе космического излучения;

исследование астрофизических источников гамма-квантов высоких энергий, обнаружение новых типов таких источников, исследование механизмов генерации гамма-квантов;

мониторинг галактических и солнечных космических лучей, их состава, временных вариаций;

исследование влияния космических лучей на атмосферные процессы в натурных и лабораторных экспериментах;

геофизические эффекты космических лучей и их влияние на климат;

создание ядерно-физических комплексов (создание нового е+е-коллайдера с рекордной светимостью - Супер Чарм-тау фабрики в Новосибирске);

модернизация сильноточного линейного ускорителя протонов в Троицке, получение мегаваттной мощности в пучке;

развитие на этой основе троицкого ядерно-физического комплекса:

создание мощных источников синхротронного, нейтронного и иных ядерных излучений;

разработка и создание источников пространственно-когерентных монохроматических пучков рентгеновского излучения (источники четвертого поколения);

развитие новосибирского лазера на свободных электронах и источника синхротронного излучения на базе накопителя ВЭПП-4 для Сибирского центра синхротронного и терагерцового излучения;

разработка проблем физики и техники ускорения заряженных частиц, в том числе на основе мощных (экзаваттных) лазерных источников;

разработка новых прецизионных методов детектирования элементарных частиц;

исследования и разработки устройств детектирования излучений и высокотемпературных, радиационно стойких систем для ядерно-физических комплексов и перспективных технологий;

использование методов рассеяния нейтронов и синхротронного излучения для исследования структуры и динамики конденсированных сред;

создание новых перспективных ядерно-физических и ускорительных технологий в интересах экологически безопасной ядерной энергетики, ядерно-физической медицины, здравоохранения, систем безопасности и других отраслей;

развитие технологии мощных ускорителей электронов для фундаментальных, прикладных исследований и технологических применений;

участие в реализации проекта создания коллайдера тяжелых ионов НИКА для исследования фазовых переходов и критических явлений в ядерной материи при высоких температурах и плотностях;

участие в разработке методик и создании аппаратуры Курчатовского источника синхротронного излучения и Европейского рентгеновского лазера на свободных электронах (XFEL) и проведение исследований на них;

разработка и создание быстродействующих матричных детекторов для импульсных источников рентгеновского излучения и Европейского рентгеновского лазера на свободных электронах;

участие в разработке и создании установки для исследований антипротонов и ионов (FAIR) и последующее проведение исследований на ней

16. Современные проблемы астрономии, астрофизики и исследования космического пространства, в том числе происхождение, строение и эволюция Вселенной, природа темной материи и темной энергии, исследование Луны и планет, Солнца и солнечно-земных связей, исследование экзопланет и поиски внеземных цивилизаций, развитие методов и аппаратуры внеатмосферной астрономии и исследований космоса, координатно-временное обеспечение фундаментальных исследований и практических задач

в области космологии, изучения строения и эволюции галактик, звезд, планетных систем, по проблеме жизни во Вселенной:

изучение глобальной структуры и эволюции Вселенной от первоначального взрыва до современной эпохи;

природы скрытой темной материи и темной энергии, реликтовых объектов ранней Вселенной;

исследование многокомпонентной модели Вселенной;

исследование формирования и эволюции галактик и их скоплений, звезд и планетных систем, природы ядер галактик и космических источников с экстремальным энерговыделением, межзвездной и межгалактической среды, исследование областей звездообразования;

исследования вариаций фундаментальных физических констант;

изучение строения и активности Солнца и звезд, исследование нестационарности звезд, волновые и колебательные процессы в звездных коронах, физика солнечных и звездных вспышек, механизмы радиоизлучения и методы диагностики корональной плазмы, происхождение радиоизлучения пульсаров, физика взрывных процессов в новых, сверхновых и источниках гамма всплесков, формирование нейтронных и кварковых звезд, черных дыр различных масс и их наблюдаемые проявления;

изучение эволюции Солнца, структуры солнечных магнитных полей и корональной плазмы, гелиосейсмология, многоволновой мониторинг активных процессов на Солнце как источников возмущений в гелиосфере и магнитосфере, ионосфере и атмосфере Земли, изучение солнечно-земных связей;

исследования Луны, планет Солнечной системы и их спутников, межпланетной среды, комет и астероидов, включая космогонические аспекты;

взаимодействие внешней среды с магнитосферами Земли и других планет, плазменные процессы в астрофизике и физике планет;

волновые процессы, циркуляция и климатическая изменчивость в атмосферах, изучение поверхностей и грунта Луны и планет;

исследование планетных систем у других звезд, поиск проявлений жизни во Вселенной;

построение фундаментальных систем отсчета и высокоточных эфемерид тел Солнечной системы;

в области развития новых технологий для изучения Вселенной:

развитие экспериментальных методов и технических средств исследований космических тел и пространства с помощью космических аппаратов, создание научных приборных комплексов автоматических межпланетных станций и посадочных аппаратов;

разработка перспективных методов и технологий создания систем работы со сверхбольшими распределенными архивами данных, в частности, российской виртуальной обсерватории;

создание высокоинформативных высокочувствительных телескопов и интерферометров наземного и космического базирования в гамма-, рентгеновском, ультрафиолетовом, оптическом, инфракрасном и радиодиапазонах, в том числе реализация космических обсерваторий серии "спектр", участие в крупных международных астрономических проектах, в том числе вступление России в Европейскую Южную обсерваторию - крупнейший и самый современный международный центр наземной астрономии;

поддержка наиболее эффективных из существующих отечественных наземных инструментов;

создание постоянно действующих стереоскопических систем контроля солнечной активности, контроля и предупреждения астероидно-кометной опасности и других астрономических явлений, влияющих на Землю и околоземное космическое пространство;

создание и развитие систем для применения астрономических методов решения задач фундаментального и прикладного координатно-временного и навигационного обеспечения на земле и в космосе, задач геодинамики и определения параметров гравитационного поля Земли;

участие в международных проектах мониторинга космической погоды и околоземной среды, в том числе на высоких широтах;

спутниковый мониторинг параметров Земли и природных катастроф;

обработка данных для их использования в научных и прикладных целях