Дослідження

На фізичному факультеті проводяться дослідження за такими напрямками:

  • Випромінювальна релаксація електронних збуджень у діелектричних і напівпровідникових кристалах.
  • Високоенергетична спектросокпія складних матеріалів.
  • Високоточна поляриметрія.
  • Внутрішня структура компактних астрофізичних об’єктів (білих карликів та нейтронних зір).
  • Діагностика та моделювання світіння небулярних середовищ (планетарні туманності, зони HII, дифузний іонізований газ навколо областей з активним зореутворенням).
  • Зоряні атмосфери.
  • Квантова інформація.
  • Квантова статистична фізика.
  • Комп’ютеризація оптичного експерименту.
  • Модельні методи в теорії металів.
  • Нелінійно-оптичні та фотоелектричні властивості фоторефрактивних кристалів.
  • Нові речовини та матеріали (авіаційні та космічні; медико-біологічні; матеріали з програмованими властивостями для інтелектуальних систем).
  • Оптика нанорозмірних об’єктів.
  • Оптичні властивості і зонно-енергетична структура кристалів і нанорозмірних об’єктів.
  • Оптичні та електрофізичні властивості провідних полімерів.
  • Спектральна рефрактометрія сегнетоелектричних кристалів.
  • Спектроскопія конденсованого стану.
  • Створення нетрадиційних матеріалів шляхом керованого структуроутворення.
  • Структура та еволюція Всесвіту.
  • Структура та фізичні властивості тонких плівок.
  • Суперсиметрія в квантовій механіці.
  • Фазові перетворення у кристалічних діелектриках та фізика неспівмірних фаз.
  • Фізика і техніка низьких температур.
  • Фізика і технологія наноструктур.
  • Фізика рідин та нанокомпозитних рідинних систем.
  • Фізика фероїків.
  • Фізичні системи в квантованому просторі.

Наукові дослідження проводяться на сучасній експериментальній апаратурі не тільки в лабораторіях кафедр фізичного факультету, але і в міжфакультетській науково-навчальній лабораторії рентгеноструктурного аналізу у якій функціонує сучасних рентгенівський дифрактометр (STOE STADI MP), науково-навчальних центрах низькотемпературних досліджень та «Фрактал»

Держбюджетні теми:

ФЛ-29Ф «Механізми формування електронних властивостей у металевих, нвпівпровідникових та полімерних матрицях, модифікованих наночастинками»

  • Науковий керівник – старший н. сп., док. фіз.-мат. наук Плевачук Ю.О.
  • Номер держреєстрації 0116U001538
  • Термін виконання – 01.09.2016‑31.07.2018

Одним з найперспективніших шляхів отримання нових функціональних матеріалів є синтез нанокомпозитних матеріалів (НМ), у яких нанорозмірні частинки, введені в базовий об’ємний  матеріал (матрицю), дозволяють керувати властивостями НМ у широкому діапазоні  фізико-хімічних параметрів. НМ вже використовуються, як високоефективні сонячні елементи живлення, сенсори та струмові детектори іонізуючого випромінювання, сенсори магнітного та електричного полів. У роботі досліджено НМ з металевими, напівпровідниковими та полімерними матрицями для створення на їхній основі нових функціональних матеріалів з контрольованими електронними властивостями, що зумовлено розширенням сфери використання НМ, зокрема, при виготовленні відновлюваних джерел енергії, термоелектричних перетворювачів та безсвинцевих припоїв. Досліджено структуру, базові структурно-чутливі характеристики нових НМ (густина, в’язкість, термоЕРС, електро- та теплопровідність, поверхневі ефекти)  у твердому і рідкому станах, закономірності утворення фаз під час термообробки та контактної взаємодії твердих НМ з розплавами, вироблено рекомендації щодо вибору НМ та технологічних умов отримання НМ для потреб мікроелектроніки, військової та побутової техніки.

Досліджено основні структурні параметри, температурні і концентраційні залежності електропровідності, термоЕРС та фотопровідності тонкоплівкових нанокомпозитів Cu2ZnSnSe4, Cu2ZnSn(SхSe1-х), Cu2ZnSnS4 з домішками металевих та неметалевих наповнювачів. Досліджено структуру, структурно-чутливі властивості сплавів Sn–Ag–Cu, виготовлених у формі швидкозагартованих стрічок та в трідиційній об’ємній формі з домішками керамічних, металевих біметалевих нанорозмірних частинок, а також графітових нанотрубок .

ФФ-30Ф «Класичні і квантові системи з нестандартними комутаційними співвідношеннями і статистиками»

  • Науковий керівник – проф. Ткачук В. М.
  • Номер держреєстрації 0116U001539
  • Термін виконання – 1.01.2016 – 31.12.2018

Досліджено симетрійні властивості простору з деформаціями дужок Пуассона. Оцінено верхню межу параметрів деформації (мінімальної довжини) на основі нових експериментальних даних. Вивчено багаточастинкові системи та поведінку макроскопічних тіл у просторі з деформованими дужками Пуассона. Встановлено зв’язок систем з масою, залежною від координат, з деформацією комутаційних співвідношень та досліджено проблему впорядкування в операторі кінетичної енергії. За допомогою методу тунелювання обчислено температуру та термодинамічні функції розчавленої чорної діри Калуци–Кляйна та досліджено її стабільність під дією зовнішніх збурень. Розраховано квазінормальні моди діраківських збурень для чорної діри в теорії Горжави–Ліфшица. Досліджено низько енергетичні властивості одно-та двокомпонентних надплинних систем з дипольною взаємодією в області скінченних температур. Знайдено способи оптимального контролю спінових систем з різними типами взаємодії між спінами та досліджено умови їх оптимальної еволюції. Досліджено властивості квантових спінових систем з конкуруючими взаємодіями у межах парадигми локалізованих магнонів. Запропоновано нові варіанти дробових статистик для дослідження квантових систем з різними типами міжчастинкових взаємодій. У межах міждисциплінарних досліджень розвинуто підходи до класифікації складних систем на підставі аналогії зі статистикою Бозе та її неекстенсивних аналогів.

Фе-43 Нр «Багатоколірні люмінесцентні наномаркери для біомедичних досліджень»

  • Наукові керівники – канд фіз.-мат.наук Малий Т.С.
  • Номер держреєстрації 0916U003251
  • Термін виконання – 01.09.2016‑31.07.2018

Розробленно нові методики синтезу наночастинок боратів та ванадатів (ReBO3-Ce, Ln, Re = Y, Gd; Ln = Eu3+, Tb3+, Dy3+, Sm3+) методом темплатного синтезу. Для цього було розроблено та проведено синтез полімерних поверхнево-активних речовин за допомогою радикальної кополімеризації, які в подальшому використовувалися як міцелоутворюючі комплекси при синтезі наночастинок. Використання темплатів дозволило отримати наночастинки боратів та ванадатів (ReBO3-Ce, Ln, Re = Y, Gd; Ln = Eu3+, Tb3+, Dy3+, Sm3+) із розмірами до 10 та 20 нм, відповідно.

Встановлено параметри взаємодії електромагнітного випромінювання з наночастинками та механізми перенесення енергії збудження до люмінесцентних центрів. Проведено зонні енергетичні розрахунки. Оцінено мінімальний ефективний розмір наночастинок для використання їх в ролі наносцинтиляторів та люмінесцентних біоміток. Отримано дослідні зразки нанокомпозитів типу “ядро-оболонка”, на основі оптимальних методик синтезу наночастинок боратів та ванадатів, легованих рідкісноземельними елементами з оптимальною концентрацією.

Фл-52Ф «Взаємозвязок структурного стану, елементного складу та термодинамічних умов охолодження розплаву при формуванні властивостей високоентропійних металевих сплавів»

  • Наукові керівники – д-р фіз.-мат.наук, проф. Мудрий С. І.
  • Номер держреєстрації 0115U003252
  • Термін виконання – 1.01.2017 – 31.12.2019

У цьому дослідженні в широкому діапазоні температур досліджено густину рідких еквіатомних високоентропійних сплавів AlCoCrCuFeNi, AlCoCuFeNi та CrCoCuFeNi, а також чотирокомпонентних сплавів AlCoCuFe та AlCoCrNi. Вимірювання проводили безконтактною методикою, що поєднує електромагнітну левітацію та оптичну дилатометрію. Проаналізовано температурні та складові залежності густини та обчислено молярний надлишковтй об’єм. Інтегральна ентальпія змішування багатокомпонентних сплавів було передбачено за допомогою розширеної моделі Колера, тоді як модель Мідеми використано для бінарних сплавів підсистеми. Встановлено, що негативний надлишковий об’єм досліджуваних Al-вмісних розплавів корелює з негативною ентальпією змішування. Навпаки, для рідкого CoCrCuFeNi сплаву виявлено позитивний надлишковтй об’єм та ендотермічну реакцію. Зміна надлишкового об’єму в Al-вмісних рідких сплавах залежить від двох основних ефектів, а саме, стиснення матриці Al і утворення сполук в розплаві.

Досліджено вплив термодинамічного та структурного станів розплаву,  швидкості його охолодження та оптимальної кількості та природи компонент на структурний та фазовий стан багатокомпонентних високоентропійних сплавів. Встановлено температурні інтервали існування мікронеоднорідної будови високоентропійних сплавів на основі системи CuxSnyPbBizGa. Отримано основні структурні параметри, температурні і концентраційні залежності густини, електропровідності, термо-е.р.с., в’язкості сплавів CuxSnyPbBizGa в рідкому стані залежно від вмісту та природи компонент сплаву.

ФФ-63Нр «Астрофізичні системи на різних енергетичних і просторово-часових масштабах та ефекти квантування простору»

  • Науковий керівник – канд. фіз.-мат.наук. доц. Гнатенко Х. П.
  • Номер держреєстрації 0117U007190
  • Термін виконання – 1.01.2017 – 31.12.2020

Знайдено вплив квантованості простору на рух системи Сонце-Земля-Місяць та досліджено виконання слабкого принципу еквівалентності. На основі порівняння отриманих теоретичних результатів з даними лазерної далекометрії Місяця отримано оцінки для  параметрів квантованого простору. Досліджено класичні та квантові рівняння руху частинки (системи частинок) у гравітаційному полі. Ми знайшли умови на тензори некомутативності при яких відновлюється слабкий принцип еквівалентності у квантованому просторі з сферично-симетричною некомутативною алгеброю канонічного типу. Методом мультикомпонентного фотоіонізаційного моделювання світіння зон HII отримано іонний вміст елементів з врахуванням їх неспостережуваних стадій іонізації та зроблено порівняння із іонним вмістом отриманим іншими авторами, які не враховують гідродинаміки областей іонізованого гідрогену. Отримано оцінку нижнього значення параметру ефективної швидкості звуку для темної енергії використовуючи компактні астрофізичні обʼєкти. Показано, що отриманий результат є кращим, ніж у випадку використання білих карликів.

ФЗ-53 Ф «Нові матеріали функціональної електроніки на основі напівпровідникових та діелектричних кристалів груп А4ВХ6 та А2ВХ4»

  • Науковий керівник – Стадник Василь Йосифович, доктор фізико-математичних наук, професор, завідувач  кафедри загальної фізики.
  • Номер держреєстрації – № 0117U001231.
  • Термін виконання – 1.01.2017 – 31.12.2019

Досліджено інфрачервоні спектри відбивання в діапазоні хвильових чисел 700-1700 см-1 механічно вільного та одновісно затиснутого кристалу LiNH4SO4. Отримано частоти смуг відбивання, повздовжніх νLO і поперечних νТO коливань, константи затухання  і сили осцилятора f. За допомогою дисперсійних співвідношень Крамерса-Кроніга та спектрами відбивання отримано й проаналізовано баричні зміни спектральних залежностей оптичних сталих. Проведено розрахунки зонно-енергетичної структури кристалів LiNH4SO4 двох модифікацій з використанням теорії функціонала густини. Встановлено низьку дисперсію енергетичних рівнів E(k) для точок високої симетрії зони Бріллюена з використанням різних функціоналів. Оцінено ширину забороненої зони.

ФЕ-70Ф «Релаксація та міграція електронних збуджень у нанокомпозитних сцинтиляційних полімерних матеріалах»

  • Науковий керівник – д-р фіз.-мат.наук, проф. Волошиновський А.С.
  • Номер держреєстрації 0118U003606
  • Термін виконання – 1.01.2018 – 31.12.2020

Розроблено методики синтезу та отримано ряд галоїдних та кисневмісних наночастинок, зокрема CeF3, LaF3-Ce, GdF3, YVO4:Eu, CsPbBr3, CsPbCl3, MAPbBr3 (MA=CH3NH3). Галоїдні та ванадатні наночастинки синтезувались методом хімічного осадження. Наночастинки перовськитів APbX3 (A=Cs, MA; X=Cl, Br) синтезувались із використанням темплатного синтезу у присутності міцелоутворюючих речовин, переосадженням з допомогою лігандів та з олійних суспензій за допомогою ультразвуку.

В результаті низькотемпературного синтезу отримано наночастинки, розміри яких становили: близько 5 нм для фторидів; 8 нм для YVO4:Eu; 3–20 нм для перовськитів. Форма щойно синтезованих наночастинок фторидів та ванадатів є близькою до сферичної, наночастинки перовськитів синтезуються у вигляді пластинок практично прямокутної форми, товщина яких може складати, за даними люмінесцентних досліджень, одиниці параметра елементарної комірки. Наночастинки більших розмірів (до 100 нм) отримано із використанням відпалу при різних температурах у звичайній, інертній та відновлюючій атмосферах.

Для аналізу розмірних ефектів у перовськитах CsPbBr3 і CsPbCl3 вирощено їхні об’ємні монокристалічні аналоги методом Бріджмена-Стокбаргера та із розчинів із використанням методики від’ємної розчинності. На основі перовськитів отримано системи типу «кристал-в-кристалі», де у якості матриць використано лужно-галоїдні кристали AX (A=Cs, Na, K; X=Br, Cl, I). Введення у матриці домішкових іонів Pb2+ із подальшим температурним відпалом дозволило отримати вкраплені мікро- та наночастинки перовськитів різного розміру. Розроблено методику отримання перовськитів у полімерних щіткопідібних структурах.

Виготовлено композити на основі чистого полістиролу та із органічними люмінесцентними домішками у які дисперговано неорганічні наночастинки фторидів і ванадатів та перовськитів. Отримані композитні плівки володіють товщиною 0,1-1 мм та вмістом наночастинок до 50 ваг.% із задовільними однорідністю розподілу диспергованих наночастинок та оптичною прозорістю.

ФА-71Ф «Астрофізичні процеси на різних просторово-часових масштабах: порівняння моделей з даними спостережень»

  • Науковий керівник – д.ф.-м. наук, ст. наук. сп. Мелех Б.Я.
  • Номер держреєстрації – № 0118U003607.
  • Термін виконання – 1.01.2018 – 31.12.2020

Детальним методом досліджено перенесення дифузного іонізуючого випромінювання  в  оболонках планетарних туманностей та небулярному середовищі карликових галактик з активним зореутворенням. Розраховано сітку мультикомпонентних фотоіонізаційних моделей світіння низькометалічних небулярних середовищ карликових галактик з активним зореутворенням, моделі якої враховують наявність та еволюцію структур, спричинених дією супервітру від області зореутворення. В результаті уточнено вміст первинного гелію та темп його збагачення в процесі зоряної хімічної еволюції речовини. Також показано, що емісійні лінії Не ІІ та [Ne V] в зонах НІІ блакитних компактних карликових галактик можуть виникати в компонентах супервітру. Діагностичними методами визначено розподіл електронної концентрації за потенціалами іонізації різноманітних іонів в оболонках планетарних туманностей. Досліджено структуру вироджених карликів при одночасному врахуванні магнітного поля, міжчастинкових взаємодій, температури та обертання. Вивчено еволюцію концентрацій перших молекул в епохи Темних віків і Космічного світанку в рамках космологічних моделей з динамічною темною енергією, теплою темною матерією або взаємодіючими негравітаційно темною енергією та темною матерією.

Теми, які виконуються в межах робочого часу викладачів:

Тема  – «Електронна структура, електричні, магнітні та Х-променеві спектральні властивості нових потрійних сполук на основі  d-  і  f -металів»

  • Науковий керівник – докт.  фіз.-мат. наук, проф. Щерба І.Д.
  • Номер держреєстрації – № 0118U000614
  • Термін виконання – 01.01.2018 – 31.12.2020

Синтезовано  та атестовано нові потрійні інтерметалічні сполуки систем: R.E. – М – Х (R.E.  – Sc, Y, La – Lu;  M – 3d – перехідні метали;  X – Si, P, Ga, Ge, Sn, Sb). Отримано Х-променеві спектри (емісійні та абсорбційні) компонент сполук з валентно-нестабільними рідкісноземельними іонами при температурах 300 і 77К (зокрема, R.E.2Ni12P5 YbNi2P2). Досліджено методом месбауерівської спектроскопії магнітні властивості  залізо містких потрійних інтерметалічних сполук в широкому інтервалі температур (зокрема HfFe2Si2).

Госпдоговірні теми:

Ф75/145-2018 «Фізичні системи у квантованому просторі» (Ґрант Президента України для підтримки наукових досліджень молодих вчених у 2018 році)

  • Науковий керівник –  с.н.с. Гнатенко Х. П.
  • Термін виконання – 01.09.2018 –31.12 2018 р.

Встановлено вплив квантованості простору на властивості фізичних систем. Знайдено точний розв’язок для спектру ланцюжка гармонічних осциляторів у сферично-симетричному квантованому фазовому просторі. Проаналізовано вплив некомутативності координат та некомутативності імпульсів на енерге­тичні рівні системи частинок з осциляторною взаємодією. Отримано спектр частинок, що перебувають в одновимірних сингулярних потенціальних полях в загальному випадку деформованого простору з мінімальною довжиною. Досліджено принцип еквівалентності у сферично-симетричному некомутатив­ному фазовому просторі. Розв’язано проблему залежності координат частинки у некомутативному просторі від її маси. Побудовано сферично-симетричну алгебру канонічного типу, яка не зумовлює порушення слабкого принципу еквівалентності.

Ф76/ФФ7-18 «Визначення мережевих характеристик астрофізичних та квантових систем на різних часових і просторових масштабах», Проект ДФФД (спільний конкурс наукових проектів вищих навчальних закладів, наукових установ Національної академії наук та національних галузевих академій наук України)

  • Науковий керівник –  проф. Ткачук В. М.
  • Термін виконання – 01.09.2018 –31.10 2018 р.

Знайдено зв’язок нулів кореляційної функції  q-деформованої бозе-системи з нулями статистичної суми, яка залежить від комплексної температури. Досліджено кореляційні функції пробного спіна, який взаємодіє зі спіновою системою. Показано, що вимірювання часової залежності кореляційних функцій дозволяє спостерігати нулі Лі-Янга на експерименті. Встановлено зв’язок між нулями Лі-Янга системи, що складається зі спінів довільної величини і спостережуваними фізичними величинами пробного спіну. Отримані результати були розглянуті для різних фізичних систем. Також досліджено заплутаність квантових станів системи спінів, що описуються моделлю Ізінга з далекодією.

Фз-4-17 «Синтез нового класу кристалічних матеріалів групи А2ВХ4 та дослідження перспектив їх ефективного застосування у приладах управління електромагнітним випромінюванням» (виконується разом з ФМІ ім. Г.В. Карпенка НАН України та з Державним фондом фундаментальних досліджень.)

  • Наукові керівники – проф. Мицик Б. Г. та проф. Стадник В.Й.
  • Номер держреєстрації –0117U007199
  • Термін виконання – 01. 10. 2018 – 31. 12. 2018

Синтезовано монокристали LiNH4SO4 хорошої оптичної якості та досліджено їх структуру за допомогою дифракції Х-променів. Досліджено дисперсію показників заломлення n(λ) кристалів LiNH4SO4 двох модифікацій у видимій ділянці спектра для трьох кристалофізичних напрямків і встановлено, що вони володіють значною анізотропією. Досліджено двопроменезаломлюючі властивості кристалів і виявлено наявність ізотропних точок: для α-модифікації – у довгохвильовій ділянці спектра, для β – у короткохвильовій.

ФТ 1-18  «Оптимізація технології та синтез мікро- і наноструктур n-ZnO різної розмірності на підкладках р-GaN методом осадження з парової фази, характеризація їх морфології, оптимізація методики процесування, виготовлення світлодіодних гетероструктур та їх електрофізична характеризація» (договір № 25/34-18 від 07.05.2018, виконаний в рамках спільного з проекту Інститутом Напівпровідників ім. Лашкарьова НАН України на тему: «Новітні світлодіодні гетероструктури на основі наноструктур n-ZnO та епітаксійних шарів p-GaN для високоефективних ультрафіолетових джерел випромінювання та енергоощадних систем освітлення».)

  • Науковий керівник – зав. лабораторії кафедри фізики твердого тіла Садовий Б.С.
  • Термін виконання –21. 05. 2018 – 30. 11. 2018.

Виконавці теми працювали над розробкою методики синтезу наноструктур n-ZnO на поверхні тонких плівок p-GaN та дослідженням властивостей отриманих гетероструктур. Головним об’єктом досліджень є наноструктури n-ZnO вирощені на поверхні тонких епітаксійних шарів p-GaN. Виготовлено серію зразків n-ZnO/р-GaN і проведено вимірювання їхньої електролюмінесценції. На основі отримуваних гетероструктур розробляються світлодіодні приладні структури і ведеться дослідження оптимальних параметрів процесування цих структур, для розробки ефективних світлодіодних джерел світла.

М/13-2018 «Вплив домішок Al та Zn на теплофізичні властивості розплавів на основі Mg». (Спільний українсько-австрійський науково-дослідний проект.)

  • Науковий керівник – зав. лабораторії кафедри фізики твердого тіла Садовий Б.С.
  • Термін виконання –16.10.2018-30.11.2018.

Досліджено теплофізичних, структурно-чутливих характеристик сплавів на базі магнію з нанорозмірними домішками. Отримано експериментальні дані термодинамічних і транспортних властивостей сплавів, як основи для покращення існуючих і розробки нових легких матеріалів для автомобільної, авіаційної та інших галузей промисловості.

Співробітники факультету мають тісні контакти з такими навчальними та науковими установами України:

  • Головна астрономічна обсерваторія НАН України (Київ);
  • Інститут фізики конденсованих систем НАН України (Львів);
  • Київський національний університет імені Тараса Шевченка (Київ);
  • Одеський національний університет імені І.Мечникова (Одеса);
  • Національний університет «Львівська політехніка» (Львів);
  • Фізико-механічний інститут НАН України (Львів)

Звіти про наукову роботу: