• плазмової електроніки
• запорошеної плазми
• плазмохімії
• емісійної електроніки
• наногетерофазних структур

Плазмова електроніка

При проходженні електронного пучка крізь газову плазму в такій системі можуть виникати і зростати різноманітні типи електричних коливань і хвиль. На основі названих явищ можна створити генератори та підсилювачі сигналів надвисокочастотного діапазону. Дослідження таких ефектів на кафедрі тривають уже понад тридцять років. Так, уже визнані класичними вимірювання еволюції функції розподілу електронів пучка в процесі його взаємодії з плазмою, здійснені професором С.М.Левитським та його учнем І.П.Шашуріним. Серед останніх результатів можна назвати ефект перенесення електромагнітних хвиль через шари щільної плазми (щільна плазма є непрозорою для електромагнітних хвиль, прикладом чого є відбиття радіохвиль від іоносфери Землі) за допомогою електронних пучків, передбачений С.М.Левитським та І.О.Анісімовим і виявлений в експериментах Л.І.Романюка зі співробітниками (Інститут ядерних досліджень НАНУ), а також вивчення перехідного випромінювання електронних пучків (перехідне випромінювання виникає в результаті руху зарядів у неоднорідних середовищах) в умовах експериментів у іоносфері та космосі, що ведуться у співдружності з К.Краффт (університет Париж-Сюд, м. Орсей, Франція). Обидва названі результати становлять інтерес для розв'язання проблеми космічного радіозв'язку.

Запорошена плазма

Багато десятиріч плазма розглядалася лише як суміш електронів, іонів та нейтральних атомів. І тільки якихось десять років тому стало зрозуміло, яку важливу роль можуть відігравати в ній пилові частинки. Виявилося, що плазма і в космосі, і в технологічних установках, і в термоядерних реакторах є запорошеною. Група співробітників, яку очолює професор Ю.І.Чутов, є одним з провідних дослідницьких колективів у світі в галузі комп'ютерного моделювання запорошеної плазми. Вона працює в тісному співробітництві як із вітчизняними вченими (член-кореспондент НАНУ, директор Інституту теоретичної фізики ім. М.М.Боголюбова А.Г.Загородній), так і з зарубіжними науковими центрами Німеччини, Голландії та Японії. Тут займаються, зокрема, дослідженням природи пилових кристалів, які останніми роками привертають значну увагу світової наукової спільноти.

Плазмохімія

Низькотемпературна плазма (йдеться про плазму з температурою в деся-тки й сотні тисяч градусів, що, однак, значно менше від температур, необхідних для проведення термоядерних реакцій, які характеризують гарячу плазму) забезпечує різке прискорення багатьох хімічних реакцій, які в ній протікають. Цей ефект, що є дуже багатообіцяючим з точки зору хімічного виробництва, на жаль, досі не зуміли використати на практиці. Один із можливих шляхів розв'язання проблеми запропонований на кафедрі і полягає у створенні спеціальних різновидів газових розрядів , у яких одним з електродів виступає розчин. В.Я.Черняк зі співробітниками показали, що фізико-хімічні процеси, які протікають у приповерхневому шарі рідини в таких розрядах, дають унікальні можливості і для знищення отруйних хімічних речовин (зокрема, хімічної зброї та отрутохімікатів сільськогосподарського призначення, накопичені запаси яких сьогодні створюють небезпеку екологічної катастрофи в Україні та багатьох інших країнах світу), і для очищення промислових стічних вод.

Емісійна електроніка

Емісійна здатність твердих тіл, тобто їхня здатність за певних умов випромінювати у вакуум вільні електрони, є передумовою роботи всіх електровакуумних приладів, які протягом багатьох десятиліть були основою радіоелектроніки і зберігають своє значення досі - зокрема, завдяки своїй стійкості щодо впливу температури і дії іонізуючих випромінювань. На кафедрі роботи зі створення ефективних емітерів та дослідження їхніх властивостей розпочалися іще в 1930х роках під керівництвом Н.Д.Моргуліса. Зокрема, були отримані фундаментальні результати в дослідженнях оксидних катодів, продемонстровано, що їхня емісійна здатність визначається напівпровідниковим шаром на поверхні. Невідомі раніше ефекти при нагріванні та випаровуванні бінарних напівпровідникових сполук були виявлені Г.Я.Пікусом та В.Ф.Шнюковим. Сьогодні на кафедрі цю проблематику розробляє група О.Є.Лушкіна.

Наногетерофазні структури

Останніми роками з'ясовано, що речовини, які мають розміри порядку декількох нанометрів (1 нанометр дорівнює 10-9 метра) мають особливі властивості у порівнянні з макроскопічно великими об'ємами тих же речовин. Ця теза повною мірою стосується адсорбційних і емісійних властивостей матеріалів. З загальних міркувань це зрозуміло, бо в частинках, що мають нано розміри кількість поверхневих атомів речовини перевищує кількість атомів, що знаходяться в об'ємі її. Таким чином в нанорозмірних матеріалах властивості поверхні проявляються значно більше. Так, використовуючи адсорбційні властивості нанорозмірних частинок певних оксидів металів, що входять до складу напівпровідникових приладів, можна створити сенсорні структури, електричні параметри яких змінюються при зміні оточуючого газового (або біологічного) середовища. Такі прилади отримали назву газових (або біо- ) сенсорів. А відповідні системи для розпізнавання складу речовин - "штучним носом" або "штучним язиком". Сьогодні вже існують пристрої такого типу, але їх параметри ще далекі від загальновизних шедеврів природи, наприклад, собачого носу. Завдання дослідників зараз полягає в тому, щоб зрозуміти природу тих фізичних явищ, які визначають можливості "штучних носів" та "штучних язиків" На кафедрі в цьому напрямку плідно працює наукова група, яку очолює професор В.В.Ільченко. Вона займається дослідженнями сенсорів на основі нано- гетероструктур. Створені системи, зокрема, дозволили зафіксувати зміни у продуктах дихання здорової і хворої людини. Отримані результати можуть бути використані для вивчення можливостей розвитку сенсорних систем тестування певних захворювань людини по аналізу продуктів її дихання.