Уникальная научная установка
Лаборатория микроволновых исследований материалов и веществ
О нас
УНУ «ЦКП-7 - Лаборатория микроволновых исследований материалов и веществ» создана на базе трех отделов Института прикладной физики РАН: Отдела радиоприемной аппаратуры и миллиметровой радиоастрономии (отд. 180 Отделения физики плазмы и электроники больших мощностей), Отдел физики атмосферы и микроволновой диагностики (отд. 240 Отделения геофизических исследований) и Отдела Микроволновой спектроскопии (отд.380 Отделения нелинейной динамики и оптики) (сайт). УНУ объединяет ресурсы, научные и технологические возможности всех трех ключевых отделений ИПФ РАН и активно дополняются общеинститутскими ресурсами Бюро измерительных приборов и Опытного производства ИПФ. В составе УНУ уникальные приборы и аппаратурно-программные комплексы объединенные микроволновой тематикой, связанной с освоением терагерцового диапазона, включенного согласно …...
Основной чертой УНУ «ЦКП-7» является наличие наряду с обширным набором коммерчески доступных микроволновых, криогенных, вакуумных и т.п. приборов и оборудования серии уникальных установок собственной разработки. Установки для проведения прецизионных спектроскопических исследований, были разработаны сотрудниками ИПФ, а их нестандартные элементы изготовлены на опытном производстве ИПФ РАН. На основе высокодобротных резонаторов (Q ~106) создан ряд уникальных установок и проведены спектроскопические исследования широкого класса газов, диэлектриков и металлов. На базе УНУ в широком (миллиметровый и субмиллиметровый) диапазоне длин волн и температур от 4 К до сотен градусов Цельсия могут быть проведены различные уникальные исследования


Направления научных исследований, проводимых на УНУ:
- Микроволновая газовая спектроскопия с высоким и сверхвысоким спектральным разрешением, включая измерения нерезонансного поглощения (континуума).
- Исследование радио- и теплофизических характеристик материалов, устройств и элементов в субтерагерцовом диапазоне частот, включая измерения при криогенных температурах вплоть до гелиевого уровня (4К)
- Разработка методов и техники микроволновой спектроскопии в миллиметровом и субмиллиметровом диапазоне длин волн для лабораторных и натурных исследований компонент атмосферы
- Создание компонент и приемных комплексов субтерагерцового диапазона частот для радиоастрономии и космических коммуникаций
- Разработка и изготовление вакуумного/криогенного оборудования до субкельвинных уровней температур
- Количественный и качественный анализ газовых смесей
Услуги УНУ
  • Исследования молекулярных спектров с высоким и сверхвысоким разрешением:
- Спектры неполярных молекул
- Спектры молекулярных комплексов в равновесных условиях
- Микроволновые спектры молекулярных ионов и радикалов (при использовании генератора ионов от пользователя)
- Расчеты из первых принципов колебательно-вращательных спектров атмосферных молекул, включая высоковозбужденные состояния вплоть до диссоциации
- Спектральный анализ газов

  • - Исследования молекулярных взаимодействий через форму наблюдаемых спектров, включая столкновительно индуцированное поглощение, и форму резонансных линий (уширение давлением, сдвиг, интерференция, зависимость сечения столкновения от скорости и т.д.):
- Проведение точных исследований формы атмосферных линий и полос, включая измерение уширения, сдвига и интерференции линий при атмосферном давлении.
- Измерение интегральной интенсивности линий и исследование континуального поглощения.

  • Исследование радио- и теплофизических характеристик материалов, устройств и элементов в субТГц диапазоне частот, включая измерения при криогенных температурах вплоть до гелиевого уровня 4К. Прецизионное измерение отражательной способности и поглощения материалов антенн и отражателей микроволнового излучения.

  • Разработка методов и техники микроволновой спектроскопии в миллиметровом и субмиллиметровом диапазоне длин волн.

  • Разработка и изготовление вакуумных/криогенных криостатов и камер для широкого класса экспериментов при различных температурных уровнях и на различных типах охлаждения от термоэлектрических холодильников (до 150 К) до криосорбционных криостатов и криостатов растворения с температурами 0.3-0.1 К). Широкий класс криостатов на базе рефрижераторов замкнутого цикла 4 К уровня температур, включая сервис и тотальный ремонт – восстановление неработающих рефрижераторов любых производителей.

  • Измерение коэффициента линейного расширения образцов новых и перспективных материалов (углепластиковые композиты, бериллий и т.п.) в диапазоне температур от комнатной до 4 К.
Наиболее значимые научные результаты
  • - Изучен ряд микроволновых молекулярных спектров с высоким разрешением, некоторые из которых были получены впервые. К ним относятся:
- колебательные спектры неполярных молекул;
- субмиллиметровые спектры молекулярных комплексов в равновесных термодинамических условиях, включая первое наблюдение вращательно разрешенного спектра димеров воды в водяном паре при комнатной температуре
- два независимых экспериментальных подтверждения димерного происхождения континуума водного пара в мм-субмм диапазоне длин волн;
- демонстрация необходимости учета избыточного поглощения в дальних крыльях резонансных линий мономера для моделирования континуума водяного пара в мм-субмм и ИК диапазоне;
- демонстрация кластеризации энергетических уровней асимметричных молекул;
  • Разработаны и использованы новые, более точные и обладающие большей предсказательной способностью теоретические методы глобальных расчетов и описания спектров молекул, включая высоковозбужденные состояния вплоть до диссоциации. С использованием этих методов, в частности, впервые были идентифицированы линии водяного пара на Солнце. Развиты методы расчетов интенсивностей колебательно-вращательных спектров молекул из первых принципов, обеспечивающие субпроцентную неопределенность результата.
  • Предложен новый подход к анализу спектров реальных газов, включающий, в частности, переформулировку мономолекулярного состояния.
  • Выявлен физический механизм, ответственный за суперлоренцево поведение крыльев молекулярных линии при большой отстройке частоты от центра, что позволило последовательно интерпретировать избыточный континуум в водяном паре в чисто вращательных и фундаментальных колебательных полосах молекулы H2O.
  • Разработан физически обоснованный подход к количественному анализу спектров водяного пара под высоким давлением (сотни атмосфер) и при высокой температуре (до 650 К), учитывающий эффект столкновительной связи резонансных линий мономеров, а также столкновительное образование малых молекулярных кластеров.
  • Разработанные методы прецизионной широкополосной резонаторной спектроскопии позволили проводить высокоточные исследования формы атмосферных линий и полос, включая измерение уширений, интерференции и сдвига линий при давлениях вплоть до атмосферного; измерения интегральной интенсивности резонансных линий с субпроцентной неопределенностью и исследования нерезонансного поглощения.
  • Были обнаружены большие сдвиги частот линий давлением газа, которые сыграли значительную роль во внедрении измерений сдвига в практику микроволновой спектроскопии и их включение в модели распространения излучения.
  • Разработаны бесконтактные методы исследований образцов, отличительной особенностью которых является отсутствие необходимости измерения геометрических размеров образцов.
  • Поведены исследования диэлектрических свойств широкого класса диэлектриков и полупроводников (кристаллов, керамик, аморфных субстанций, пластмасс и т.д.), позволившие создать метрологическую базу данных для выбора материалов для конкретных применений. В частности: Проведен цикл исследований диэлектриков со сверхмалым поглощением в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах для окон вывода/ввода энергии мегаваттных генераторов (в рамках программы ITER). На основе проведенных исследований стал возможен тепловой расчёт окон на базе CVD-алмазов для вывода/ввода сверхмощного излучения. Определён класс диэлектрических жидкостей перспективных для охлаждения окон вывода энергии в мощных и сверхмощных генераторах ММ и СубММ диапазонов.
  • Проведен цикл исследований широкозонных полупроводников, выявивший перспективность использования арсенида галлия для создания сверхмощных переключателей-компрессоров излучения мегаваттных гиротронов для сверхмощных ускорителей.
  • Разработана методика и проведены пионерские исследования диэлектрических параметров порошковых окислов металлов для расчёта их взаимодействия с гиротронным излучением с целью испарения и последующей конденсацией в виде нанопорошков.
  • Проведены исследования широкого класса металлических покрытий антенн радиотелескопов наземного и космического базирования, использующих высокочувствительные охлаждаемые приёмники. Исследована отражательная способность зеркал, с различной внутренней структурой, из сверхчистых серебра, меди, золота, алюминия, конструкционного сплава бериллия до температур жидкого гелия. Показано, что потери на отражение при криогенных температурах изменяются в разы в зависимости от структуры поверхности отражающего слоя и наличия примесей. Приведен реальный предел уменьшения потерь на отражение для этих металлов. Обозначена перспективность использования материалов, обладающих высокотемпературной сверхпроводимостью (ВТСП), а также классических сверхпроводников второго типа на основе плёнок Nb и NbTiN. Данные о потерях на отражение этих материалов, относящиеся к миллиметровому диапазону, получены впервые.
Публикации
Полный список публикаций приведен на сайте

2022
1. M.A. Koshelev, G.Yu. Golubyatnikov, I.N. Vilkov, M.Yu. Tretyakov Molecular Oxygen Fine Structure with Sub-kHz Accuracy J. Quant. Spectrosc. Rad. Trans., 278, 108001(2022)
2. I.E. Gordon, L.S. Rothman, R.J. Hargreaves, et. al. The HITRAN2020 Molecular Spectroscopic Database J. Quant. Spectrosc. Rad. Trans., 277, 107949(2022)

2021
  1. M.A. Koshelev, I.N. Vilkov, D.S. Makarov, M.Yu. Tretyakov, B. Vispoel, R.R. Gamache, D. Cimini, F. Romano, P.W. Rosenkranz
    Water Vapor Line Profile at 183 GHz: Temperature Dependence of Broadening, Shifting, and Speed-Dependent Shape Parameters
    J. Quant. Spectrosc. Rad. Trans., 262, 107472(2021)
  2. M.A. Koshelev, I.N. Vilkov, D.S. Makarov, M.Yu. Tretyakov, P.W. Rosenkranz
    Speed-Dependent Broadening of the O2 Fine-Structure Lines
    J. Quant. Spectrosc. Rad. Trans., 264, 107546(2021)
  3. T.A. Odintsova, E.A. Serov, A.A. Balashov, M.A. Koshelev, A.O. Koroleva, A.A. Simonova, M.Yu. Tretyakov, N.N. Filippov, D.N. Chistikov, A.A. Finenko, S.E. Lokshtanov, S.V. Petrov, A.A. Vigasin
    CO2–CO2 and CO2–Ar Continua at Millimeter Wavelengths
    J. Quant. Spectrosc. Rad. Trans., 258, 107400(2021)
  4. A.O. Koroleva, T.A. Odintsova, M.Yu. Tretyakov, O. Pirali, A. Campargue
    The Foreign-Continuum Absorption of Water Vapour in the Far-Infrared (50–500 cm−1)
    J. Quant. Spectrosc. Rad. Trans., 261, 107486(2021)
  5. O.L. Polyansky, R.I. Ovsyannikov, J. Tennyson, S.P. Belov, M.Yu. Tretyakov, V.Yu. Makhnev, N.F. Zobov
    Variational Analysis of HF Dimer Tunneling Rotational Spectra Using an ab initio Potential Energy Surface
    J. Mol. Spectrosc., 379, 111481(2021)
  6. E.A. Serov, N. Stolarczyk, D.S. Makarov, I.N. Vilkov, G.Yu. Golubyatnikov, A.A. Balashov, M.A. Koshelev, P. Wcisto, F. Thibault, M.Yu. Tretyakov
    CO-Ar Collisions: ab initio Model Matches Experimental Spectra at a Sub-Percent Level Over a Wide Pressure Range
    J. Quant. Spectrosc. Rad. Trans., 272, 107807(2021)
  7. A.J. Fleisher, Yi. Hongming, A. Srivastava, O.L. Polyansky, N.F. Zobov, J.T. Hodges
    Absolute 13C/12C Isotope Amount Ratio for Vienna PeeDee Belemnite from Infrared Absorption Spectroscopy
    Nature Physics, 17, 889–893(2021)
  8. M.V. Belikovich, M.Yu. Kulikov, D.S. Makarov, N.K. Skalyga, V.G. Ryskin, A.A. Shvetsov, A.A. Krasilnikov, S.O. Dementyeva, E.A. Serov, A.M. Feigin
    Long-Term Observations of Microwave Brightness Temperatures over a Metropolitan Area: Comparison of Radiometric Data and Spectra Simulated with the Use of Radiosonde Measurements
    Remote Sens., 13, 2061(2021)
  9. K. Bielska, J. Domyslawska, S. Wojtewicz, A.A. Balashov, M. Slowinski, M. Piwinski, A. Cygan, R. Ciurylo, D. Lisak
    Simultaneous Observation of Speed Dependence and Dicke Narrowing for Self-Perturbed P-Branch Lines of O2 B Band
    J. Quant. Spectrosc. Rad. Trans., 276, 107927(2021)
  10. D. Jacquemart, V.Yu. Makhnev, N.F. Zobov, J. Tennyson, O.L. Polyansky
    Synthesis of ab initio and Effective Hamiltonian Line Lists for Ozone
    J. Quant. Spectrosc. Rad. Trans., 269, 107651(2021)
  11. G.Ch. Mellau, V.Yu. Makhnev, I.E. Gordon, N.F. Zobov, J. Tennyson, O.L. Polyansky
    An Experimentally-Accurate and Complete Room-Temperature Infrared HCN Line-List for the HITRAN Database
    J. Quant. Spectrosc. Rad. Trans., 270, 107666(2021)
  12. T.A. Odintsova, M.Yu. Tretyakov, A.A. Simonova, I.V. Ptashnik, O. Pirali, A. Campargue
    Corrigendum to "Measurement and Temperature Dependence of the Water Vapor Self-Continuum Between 70 and 700 cm−1" [J. Mol. Struct., 1210 (2020) 128046]
    J. Mol. Struct., 1233, 130115(2021)
  13. O.N. Ulenikov, O.V. Gromova, E.S. Bekhtereva, N.I. Raspopova, I.A. Velmuzhova, M.A. Koshelev, P.G. Sennikov
    First High-Resolution Analysis of the 3ν4, ν2 + 2ν4 and 2ν2 + ν4 Bands of 76GeH4
    J. Quant. Spectrosc. Rad. Trans., 262, 107517(2021)
  14. N.F. Zobov, T. Bertin, J. Vander Auwera, S. Civis, A. Knizek, M. Ferus, R.I. Ovsyannikov, V.Yu. Makhnev, J. Tennyson, O.L. Polyansky
    The Spectrum of Ammonia Near 0.793 μm
    J. Quant. Spectrosc. Rad. Trans., 273, 107838(2021)
  15. N.F. Zobov, M.A. Koshelev, D.S. Makarov, V.Yu. Makhnev, O.V. Boyarkin, V.G. Tyuterev, J. Tennyson, O.L. Polyansky
    A Global Line List for HDO Between 0 and 35000 cm−1 Constructed Using Multiphoton Spectra
    J. Quant. Spectrosc. Rad. Trans., 271, 107694(2021)
Руководитель УНУ
trt@ipfran.ru
+7 (831) 416-48-66
Третьяков Михаил Юрьевич
Доктор физико-математических наук
Заведующий отделом микроволновой спектроскопии

Наши контакты
603950, г. Нижний Новгород, БОКС-120, ул. Ульянова, 46.
Руководитель УНУ: Третьяков Михаил Юрьевич
e-mail: trt@ipfran.ru
Контактный телефон: +7 (831) 416-48-66
Made on
Tilda