О деятельности

Основные результаты

в области естественных,

технических, гуманитарных

и общественных наук

МОСКВА 2004

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ ………………………………………………………

ФИЗИЧЕСКИЕ НАУКИ ………………………………………………………………

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ …

ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ, МАШИНОСТРОЕНИЯ, МЕХАНИКИ И

ПРОЦЕССОВ УПРАВЛЕНИЯ ……………………………………………………….

ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ И НАУКИ О МАТЕРИАЛАХ ……………………………

БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ ………………………………………………………….

НАУКИ О ЗЕМЛЕ ………………………………………………………………………

ОБЩЕСТВЕННЫЕ НАУКИ ……………………………………………………………

ИСТОРИКО-ФИЛОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ ………………………………………….

Принятые сокращения …………………………………………………………………..

Повысилась роль Российской академии наук в подготовке решений по основным вопросам социально-экономического развития страны. Результаты исследований и разработок стали более востребованными органами государственной власти.

В отчетном году научные коллективы Академии, продолжая исследования в рамках 23 программ фундаментальных исследований Президиума РАН и 67 программ отделений РАН, президентских федеральных целевых научно-технических и других программ, получили результаты высокого класса во многих направлениях современной науки.

На традиционно высоком уровне проводились исследования в области математических наук. Получены крупные результаты в ряде направлений теоретической и прикладной математики, вычислительной математики и математического моделирования. В области информационных технологий и вычислительных систем решались проблемы, связанные с развитием и использованием высокопроизводительных вычислительных систем с параллельной архитектурой, с разработкой проблем информационно-вычислительных систем и сетей, элементной базы микро- и наноэлектроники.

Важные результаты получены в ряде направлений физических наук - в физике конденсированных сред, физике ядра и элементарных частиц, в оптике и квантовой электронике, в физике плазмы. В области астрономии и исследованиях космического пространства продолжались исследования структуры и динамики плазмы в атмосфере Солнца, исследования гамма-излучения космических объектов с помощью орбитальных аппаратов.

В исследованиях и разработках по актуальным проблемам энергетики, машиностроения, механики, процессов управления получены существенные результаты в изучении теплофизических и электрофизических свойств вещества в экстремальных состояниях, в разработке проблем создания безопасной и экологически чистой энергетики, в развитии теории и методов управления, разработке проблем механики.

Ряд результатов большого научного и практического значения получен в области химических наук и наук о материалах. Предложены высокоэффективные катализаторы для производства базовых химических продуктов, процессов и переработки нефти и природного газа. Значительные достижения имеются в развитии методов синтеза новых классов органических соединений. Разработаны высокоэффективные лекарственные препараты, препараты для диагностики социально значимых заболеваний. Выполнен комплекс фундаментальных исследований в области физикохимии наноматериалов, разработаны эффективные неорганические материалы, в том числе высокопрочные низколегированные стали, новые жаропрочные сплавы, высокочистые вещества.

В области биологических наук на высоком уровне проводились исследования структуры и функций биологических макромолекул - нуклеиновых кислот, белков. Продолжаются исследования генома человека, животных, растений и одноклеточных организмов. Крупные результаты получены в области клеточной биологии, в изучении структуры и функций биологических мембран, в области физиологии растений, в биофизике и биотехнологии. Значительными достижениями отмечены исследования физиологических механизмов поведения и высших психических функций человека, функционирования сенсорных и висцеральных систем. Широкие исследования ведутся по проблемам экологии, в том числе по проблемам структурно-функциональной организации экосистем, состояния и сохранения биоразнообразия.

Крупные результаты получены в исследованиях по всему комплексу наук о Земле. Исследования по проблемам геохимии, петрологии и минералогии привели к обоснованию перспективных новых рудных месторождений и нефтегазоносных провинций. Изучены условия образования месторождений минерального сырья, в том числе редких и благородных металлов; разработаны генетические модели образования месторождений. Проводились исследования и мониторинг состояния окружающей среды, ресурсов морей России и Мирового океана. Исследовались состояния водных ресурсов, тепло-влагообмена поверхности суши с атмосферой, взаимодействия природной среды и общества.

В области общественных наук проводились исследования по проблемам философии, социологии, политологии, психологии, правовых наук, экономической науки, проблемы мирового развития и международных отношений. Разрабатывались социально-политические проблемы российского общества, научные основы экономической политики государства, проблемы внешнеполитической деятельности и формирования современной системы международных отношений, проблемы международной и национальной безопасности России.

В области исторических и филологических наук продолжалось изучение истории мировых цивилизаций и развития России, взаимодействие западных и восточных культур в истории человечества. Продолжались археологические исследования. Изучалась история русской литературы, литература народов России и стран СНГ, исследовались вопросы языкознания и искусствоведения, русского языка, языков России и народов мира.

В настоящий отчет включены наиболее важные результаты фундаментальных и прикладных исследований, полученные в 2003 году в научных учреждениях РАН, а также членами Академии и возглавляемыми ими коллективами в других академиях наук, имеющих государственный статус, университетах и других вузах, государственных научных центрах, отраслевых научных учреждениях.

Основные результаты исследований представлены в традиционном порядке: после изложения результатов приведено название научного учреждения (в скобках) в принятом сокращении (см. список сокращений).

Отчет подготовлен Научно-организационным управлением РАН на основе отчетных материалов, представленных отделениями РАН по областям и направлениям науки.

Академик-секретарь Отделения математических наук академик Л.Д.Фаддеев

Установлены мультипликативные неравенства для функций из пространства Харди, на основе которых создан принципиально новый метод оценки интегральной нормы экспоненциальных сумм. Построены по системе Уолша всюду расходящиеся после перестановки ряды Фурье. (МИАН)

Построена теория ЭйхлераШимурыМанина для модулярных групп всех размерностей и выписан дуализирующий модуль Стейнберга в теореме двойственности БореляСерра. Этот результат обобщает исследования для размерностей 2, 3, 4. (ИПМ ДВО РАН)

На основе обобщения теоремы о ветвящихся моделях и новых алгебраических инвариантов получено полное описание автоустойчивых булевых алгебр с выделенными идеалами и спектрами их алгоритмических размерностей. (ИМ СО РАН)

Доказана определимость класса упорядоченно минимальных и слабо минимальных теорий через некоторое обобщение понятия стабильности. (ИМ СО РАН)

Доказана в равно-характеристическом случае гипотеза Герстена в алгебраической К-теории о когомологической размерности пучка, геометрический случай которой был доказан Д. Квилленом в 1973г. (ПО МИ РАН)

Получены обобщения классических результатов Шура и его последователей для колец Шура над абелевыми группами. (ПО МИ, СПИИ РАН )

Используя твист-деформацию тензорного произведения алгебр Хопфа, получено алгебраическое решение уравнения отражения, которое является аналогом универсальной R-матрицы. (ПО МИ РАН)

Доказано, что алгебра Ли с автоморфизмом конечного порядка, имеющим конечномерную подалгебру неподвижных точек, обладает разрешимым идеалом конечной коразмерности. (ИМ СО РАН)

Получены предельные распределения длин и числа циклов заданной длины в случайной подстановке с известным числом циклов и найдены условия возникновения гигантского цикла в такой подстановке. (ИПМИ КарНЦ РАН)

Доказано, что сильно регулярных графов Крейна Kr(r) не существуют для r=3 и 4. Ранее было известно о существовании и единственности графов Kr(1) (Клебш) и Kr(2) (Хигмен, Симс). (ИММ УрО РАН)

Предложена новая геометрическая модель дефектов, определяющих большинство физических свойств твердых тел. Упругая среда без дефектов рассматривается, как евклидово пространство, а наличие дефектов приводит к нетривиальной геометрии, когда возникают отличные от нуля кручение и кривизна.

Завершено построение основ теории характеристических классов мультиособенностей. Получена основная формула, выражающая эти классы через классы ЛандвебераНовикова.

Доказано, что ацикличный n-мерный компакт с тривиальными (n+1)-мерными локальными когомологиями с компактным носителем вкладывается в 2n-мерное евклидово пространство. (МИАН)

Доказано , что второй член знаменитой спектральной последовательности Грэйсона совпадает с мотивными когомологиями.

Даны оценки снизу объемной энтропии для граф-поверхностей и трехмерных граф-многообразий, исследовано поведения геодезических на пространствах Адамара и строение их границы на бесконечности. Найдены новые квази-изометрические инварианты метрических пространств. (ПО МИ РАН)

Исследованы квазиизометрические отображения областей в многомерных евклидовых пространствах. Установлено, что с точностью до изометрии пространства, отображение зависит непрерывно в смысле топологии классов Соболева от своего метрического тензора.(ИМ СО РАН)

Установлена структура образующихся за конечное время сингулярностей решений потока Риччи на некоторых трехмерных многообразиях, снабженных произвольной римановой метрикой. Доказано, что в ряде случаев общее число возникающих в процессе эволюции сингулярностей конечно, и за конечное время поток Риччи превращает исходное риманово многообразие в конечный набор новых многообразий, каждое из которых изометрично трехмерной сфере. Достигнут значительный прогресс в решении классических гипотез Терстена и Пуанкаре о геометризации трехмерных многообразий. (ПО МИ РАН)

Описаны группы голоморфных автоморфизмов большого класса 2-мерных гиперболических трубчатых областей. Доказано, что, кроме нескольких, явно описанных исключений, 2-мерные гиперболические трубчатые области голоморфно эквивалентны тогда и только тогда, когда их базы аффинно экивалентны. Для ограниченных 2-мерных областей Ренхардта, у которых границы не являются кусочно Леви-плоскими, показано, что собственные голоморфные отображения таких областей являются композициями элементарных отображений и голоморфных автоморфизмов.(МИАН)

Решена проблема Кнастера о вращении непрерывных функций на поверхности сферы в евклидовом пространстве. Установлено, что при достаточно больших размерностях пространства эта проблема имеет отрицательное решение.(МИАН)

Найдены критерии весовой ограниченности дробных интегралов типа Римана- Лиувилля с переменной областью интегрирования. Решена задача Хайнига-Синнамона о характеризации оператора типа Харди на монотонных функциях. (ВЦ ДВО РАН)

Разработаны основы обобщенного подхода Берлинга-Бьорка к теории ультрадифференцируемых функций и ультрараспределений, который приводит к теории, которая строго шире известных на сегодняшний день теорий ультрараспределений.

Построено квазидифференциальное исчисление в пространствах Канторовича; получены необходимые условия экстремума в многоцелевых оптимизационных задачах с квазидифференцируемыми данными. (ИПМИ ВНЦ РАН)

Предложен и разработан общий подход исследования разрушения решений нелинейных задач всех типов, включая нелинейные многомерные гиперболические уравнения, на основе нелинейной емкости, ассоциированной с нелинейным оператором.(МИАН)

В пространстве решений произвольного дискретного уравнения свертки построено интегральное представление решения со степенным ядром. При этом интеграл берется по нулевому многообразию характеристической функции уравнения.(ИМсВЦ УНЦ РАН)

Получено описание отображений, индуцирующих по правилу суперпозиции ограниченный оператор (или изоморфизм) пространств Соболева с первыми обобщенными производными.

Для произвольного интегрального функционала доказана плотность множества функций, на которых он одновременно устойчив и полунепрерывен снизу. (ИМ СО РАН)

В сепарабельном гильбертовом пространстве исследованы включения с многозначным возмущением и эволюционными операторами, являющимися субдифференциалами выпуклой функции. Показано, что множество достижимости исходного включения является равномерным по времени пределом в метрике Хаусдорфа последовательности множеств достижимости аппроксимирующих включений. В качестве приложений рассмотрены примеры управляемых систем с разрывными нелинейностями. (ИДСТУ СО РАН)

Построены новые квадратурные формулы для вычисления интегралов типа Коши. Даны оценки погрешности при любом приближении к контуру интегрирования.(ИПМИ ВНЦ РАН)

Разработан аналитический метод решения основных краевых задач для широких классов уравнений в частных производных дробного порядка. Впервые найден аналог условия А.Н. Тихонова для нелокального диффузионно-волнового уравнения. (НИИ ПМА КБНЦ РАН )

Для уравнения главного резонанса построена асимптотика двухпараметрического семейства решений с неограниченно растущей амплитудой. Этот результат дает ключ к пониманию авторезонанса, как явления значительного роста вынужденных нелинейных колебаний, инициированных малой внешней накачкой.(ИМсВЦ УНЦ РАН)

Описаны достаточно широкие и значимые с точки зрения экономических постановок классы задач, для которых необходимые условия оптимальности в форме принципа максимума включают информацию об асимптотиках сопряженных переменных и гамильтониана управляемой системы. Указаны ситуации, когда эта информация гарантирует выполнение поточечных условий трансверсальности на бесконечности. (МИАН)

Развита теория разрешимости стационарных и эволюционных неравенств Навье-Стокса. Выяснена структура множества решений, которая гомеоморфна конечномерному компакту. Даны приложения к исследованию нелинейных краевых задач для системы Навье-Стокса и к задачам оптимального управления течениями вязкой несжимаемой жидкости. (ИПМ ДВО РАН)

Детально изучен метод расширенной резольвенты для линейных задач, ассоциированных (2+1)-мерным интегрируемым уравнением. Получена модификация метода обратной задачи, а также свойства решений Йоста и данных рассеяния. Дается формулировка бозон-фермионного соответствия в терминах безмассовых фермионных полей. Описаны свойства получаемых бозонных полей.(МИАН)

Введены и исследованы дискретные операторы Лакса на алгебраических кривых. Построены ассоциированные с этими операторами иерархии уравнений, обобщающих уравнения цепочки Тода. Показано, что эти уравнения линеаризуются с помощью спектрального преобразования и явно решаемы в терминах тэта-функций спектральных кривых. Найден новый тип вполне интегрируемых систем, связанных с дискретными операторами Лакса на семействе алгебраических кривых. (ИТФ РАН)

Найден специальный класс квадратичных гамильтонианов на SO(4) и SO(3,1), обладающих дополнительным интегралом степени не больше четырех. Получены новые интегрируемые случаи с интегралом степени 4.(ИТФ РАН)

Исследованы вопросы корректности задачи Коши для интегрируемых дискретных уравнений на плоских графах с 4-угольными гранями. Показано, что широкий класс дефектов в регулярных решётках не оказывает глобально влияния на распространение солитонов.(ИТФ РАН)

Для гамильтонианов псевдорелятивистких электронов атомов и положительных ионов доказана бесконечность дискретного спектра, отвечающего любому набору квантовых чисел системы и найден главный член асимптотики счетной функции этого спектра при приближении к сплошному спектру. (НИРФИ при ННГУ)

Разработана термодинамически согласованная модель нелинейной упругости, описываемая симметрической гиперболической системой. При этом лишь часть решений, подчинённых дополнительным уравнениям, совместны с системой. Только на этих решениях справедливы законы сохранения, которые обычно рассматриваются в виде уравнений, управляющих упругими процессами. (ИМ СО РАН)
Впервые исследована теоретико-игровая модель конкуренции Хотеллинга на плоскости. Найдено равновесие в игре ценообразования на рынке на плоскости и решена задача оптимального расположения фирм.(ИПМИ КарНЦ РАН)

Уточнены оценки Колмогорова, относящиеся к датчикам случайных чисел и сложностному определению случайности; найдены точные оценки значений параметров, при которых произвольный тест на случайность можно свести к ограниченной совокупности частотных тестов; изучены колмогоровские сложности начал бесконечных последовательностей; предложены способы порождения почти периодических последовательностей. (НСК РАН)

В прикладных исследованиях, связанных с математическим моделированием и вычислительной математикой, получены результаты, имеющие важное значение для техники, промышленности, медицины, социальных наук и пр. Ряд результатов, готовых к практическому применению, включен в т.3 Отчета.

Для широкого класса плотных матриц (дискретных аналогов типичных интегральных операторов) получены эффективные методы нелинейной аппроксимации, позволившие быстро решать линейные системы с числом неизвестных более 1 миллиона.(ИВМ РАН)

С помощью взвешенных графов перечислены общие экстремальные многочлены. Для специальных экстремальных многочленов получены явные формулы для вычисления интегралов с весом и сингулярных интегралов для параметров квадратурных формул типа Гаусса и др. (ИВМ РАН)

Получено математическое обоснование метода построения квазитрехмерных отображений областей произвольной размерности. Построены методы вычисления интегралов Фурье, эффективные при высоких частотах и для функций, аппроксимируемых произведением многочлена и экспоненты.(ИВМ РАН, ВЦ РАН)

Исследован класс обратных задач и задач управления для стационарной системы Стокса, возмущенной линейным кососимметрическим оператором; разработаны итерационные методы решения задач, базирующиеся на теории оптимального управления и теории прямых и сопряженных уравнений. (ИВМ РАН)

Построены и исследованы математические модели иммунной системы и системы поддержания энергетического гомеостаза, описывающие фундаментальные процессы адаптации и старения. Это позволяет лучше понять процессы, влияющие на продолжительность жизни и закономерности адаптации человека к изменениям среды обитания, выбрать эффективные методы коррекции. (ИВМ РАН)

Полностью решена проблема синтеза оптимального по точности на скользящем контроле логического алгоритма, основанного на разделении классов дизъюнктивными нормальными формами или их аналогами в многозначной логике.(ВЦ РАН)

Разработан комплекс методов и программ для решения задач интеллектуального анализа данных, распознавания и прогноза. Созданы алгоритмы синтеза коллективных решений в задачах распознавания и классификации.(ВЦ РАН)

Исследованы уравнения движения в формах уравнений Пуанкаре и уравнений Четаева для голономных и неголономных систем. Изучены особенности лагранжевой структуры дифференциальных уравнений, возникающих из уравнений Гамильтона при выполнении преобразования Лежандра по координатам в конфигурационном пространстве. (ВЦ РАН)

Разработан новый декомпозиционный подход для построения полной иерархической системы инвариантов отображения конечного абстрактного множества в себя.(ВЦ РАН)

Предложен и реализован в системе MATLAB метод Ньютона для нахождения нормального решения систем линейных уравнений с большим числом (несколько миллионов) неотрицательных переменных и средним числом (несколько тысяч) уравнений.(ВЦ РАН)

Разработан программный комплекс GIMM для моделирования широкого класса трехмерных эволюционных задач гидро- и газодинамики. Дальнейшее совершенствование комплекса и созданных в его рамках технологий позволит проводить широкомасштабные вычислительные эксперименты в области моделирования фундаментальных и прикладных задач механики сплошной среды. (ИММ РАН)

Проведен ряд трехмерных вычислительных экспериментов по изучению структуры и характеристик турбулентной зоны перемешивания, возникающей вблизи контактной границы при развитии гидродинамических неустойчивостей. Получено хорошее совпадение с экспериментальными данными по увеличению скорости роста зоны после прохождения ударной волны. (ИММ РАН)

Предложены две модификации известной модели Полтеровича-Хенкина, которая описывает технологическое обновление отрасли производства. Полученные результаты дают исходное микроэкономическое описание технологической структуры отрасли. При исследовании модели получено усиление результатов Ю.Мозера об аттракторе цепочки Ленгмюра-Вольтерра. (ВЦ РАН)

Для одного из наиболее эффективных инструментов решения задач прогнозирования - выявления трендов сложных развивающихся во времени процессов - разработана теория разрешимости и регулярности.(ВЦ РАН)

Проведено численное моделирование аэродинамики аэрокосмических аппаратов сложной формы: моделирование обтекания спускаемых аппаратов в атмосфере Марса на до- и трансзвуковых режимах; исследование течения около спускаемых аппаратов в атмосфере Венеры с учетом физико-химических превращений и с определением радиационных потоков по траектории спуска; расчет сверхзвуковых течений около крыльев с различными профилями. Создана программная инструментальная система для многодисциплинарного расчета авиационных и аэрокосмических изделий.(ИАП РАН)

Проведена модификация численного метода интегральных соотношений Дородницына-Белоцерковского на трехмерные пространственные течения для исследования обтекания затупленных тел. Отличительной особенностью метода является быстрая сходимость итерационного процесса, малый необходимый объем оперативной и внешней памяти. Разработка алгоритма распараллеливания программы и использование вычислительного комплекса параллельной архитектуры PARAM-10000 позволило осуществить расчет движения космического аппарата по траектории спуска в атмосфере планеты Марс.(ИАПр РАН)

Изучены пространственно-временные характеристики слабой сейсмичности в связи с изменением метеопараметров; выявлены закономерности изменения характеристик тонкой структуры слабой сейсмичности перед землетрясениями умеренных магнитуд.(ИАП РАН, ИФЗ РАН, ЦГЭ РАН)

Исследованы детальные механизмы формирования вихрей в следе за сферой при различных режимах ее обтекания однородной несжимаемой вязкой жидкостью в диапазоне умеренных чисел Рейнольдса (200

Разработаны и программно реализованы математические модели работы основных функциональных систем и органов человеческого организма, рассматриваемого как некоторая жидкая среда и твердое деформируемое тело. Создан комплекс вычислительных моделей дыхательной и кровеносной систем с учетом их взаимодействия и влияния внешних факторов. Разработана математическая модель процесса тромбообразования с учетом гипотезы о переключении активности тромбина. При моделировании черепно-мозговых травм получена локализация поражений тканей мозга, обусловленная сложными волновыми процессами. (ИАПр РАН)

Построена физико-математическая модель развития крупномасштабной турбулентности в свободном сдвиговом течении, а также гидродинамической неустойчивости. Показано, что существует прямой и обратный каскад по спектру турбулентности. Полученные результаты найдут применение при построении теории атмосфер Земли, планет и структуры аккреционных дисков (ИПМ РАН, ИАПр РАН)

В трёхмерном приближении проведено численное исследование процесса возникновения и развития конвективного движения в многокомпонентных растворах, которые хорошо согласуются с результатами теоретических и экспериментальных исследований по возникновению и развитию гидродинамической неустойчивости.

Завершен цикл исследований по математическому моделированию особых способов кодировки генетической информации (т.н. перекрывающиеся гены). Впервые показано, что универсальный генетический код не был произвольно “ выбран” в ходе эволюции, как это считалось ранее.

Разработаны математические основы для построения семантических языков на основе частичных алгебр и машинной транскрипции фамильно-именных групп, фонетический язык - посредник для задач многоязыковой автоматической кросстранскрипции. Экспериментальная версия многоязыкового машинного транскриптора расширена до 14 основных европейских и азиатских языков.

Разработана математическая модель, описывающая динамику движения навигационных космических аппаратов спутниковой радионавигационной системы и динамику движения аппарата – потребителя.

В рамках задачи четырех тел (Земля, Луна, Солнце и точка) исследована траектория полета к Луне нового, “обходного” типа с гравитационным захватом точки на эллиптическую орбиту спутника Луны. Выполнен анализ устойчивости этих траекторий по отношению к различным возмущающим факторам.

Проведены исследования по проблеме происхождения и эволюции атмосфер планет земной группы, на основе разработанной модели миграции малых тел (комет, астероидов) из пояса Эджеворта-Койпера в зону захвата Юпитером и последующего дрейфа во внутренние области Солнечной системы.(ИПМ РАН)

Изучена актуальная проблема запутывания (маскировки) программ с целью их защиты от обратной инженерии. Предложен новый подход к повышению стойкости программ по отношению к средствам декомпиляции за счет применения специальных запутывающих преобразований.

Разработаны методы оптимизации запросов на основе их перезаписи, методы отображения локальных схем интегрируемых источников данных на глобальную схему. Создана техника декомпозиции запросов глобальной схемы в набор частичных запросов, а также методы слияния частичных результатов глобального запроса с целью формирования окончательного результата запроса на уровне глобальной схемы.

В рамках среды ParJava разработана иерархическая модель программы, параллельной по данным, во время выполнения которой обмен сообщениями между ее частями, выполняемыми на разных узлах распределенной вычислительной системы, организуется с помощью стандартного интерфейса. Иерархическая модель позволяет использовать инструментальный компьютер для моделирования процесса выполнения параллельной программы на высокопроизводительной распределенной вычислительной системе, что позволяет достаточно точно оценить ее производительность и масштабируемость.

Предложен комплексный модельно-ориентированный подход к построению прикладных интегрированных систем, в рамках которого разработаны системная архитектура, методология и определен состав инструментальных и языковых средств, необходимых для его эффективной реализации. (ИСПр РАН)

Создана рабочая версия открытой системы для автоматизации разработки, исследования и тестирования алгоритмов обработки, анализа и распознавания изображений, отработки методов создания и передачи технологий извлечения информации из изображений, отработки стандартных решений для систем анализа и оценивания изображений.(НСК РАН)

Изучены дескриптивные алгебры изображений с одним кольцом. В качестве моделей изображений рассмотрены следующие: параметрическая модель, процедурная модель, порождающая модель и изображение в его натуральной форме.(НСК РАН)

На основе обобщения метода Гельфанда-Левитана-Крейна построен алгоритм численного решения многомерной обратной задачи акустики об определении плотности среды.

Доказано, что всякая центрированная функция, заданная на дискретном пространстве с метрикой Хэмминга, состоящем из всех вершин n-мерного единичного куба, может быть восстановлена внутри произвольной сферы по ее значениям на этой сфере.

Доказана теорема о структуре оптимального решения задач теории расписаний в случае целевых функций вида суммы или максимума конечного числа кусочно-линейных функций, зависящих от моментов завершения операций. Установлены полиномиальные верхние оценки на число прерываний в оптимальном расписании.

Охарактеризованы равномерно рекуррентные бесконечные слова, имеющие линейно растущую арифметическую сложность (ИМ СО РАН)

Получены оценки вероятностных моментов критических значений параметров процесса переноса частиц в среде со случайной плотностью. Результаты используются для исследования временной асимптотики помехи обратного рассеяния и в реакторных системах.

Получены решения системы уравнений упруго-пористых сред для однородного пространства во временной и частотной областях в случае точечного источника, а также лучевые представления волн разного типа в неоднородной упруго-пористой среде. Решен ряд обратных задач определения тензора сейсмического момента.

Для линейных операторных уравнений первого рода построена теория адаптивной оптимизации двухслойных градиентных итерационных методов с экономичными факторизованными переобуславливателями.

Получены точные оценки областей существования корня, условия сходимости итерационного процесса и точности приближения итерационного метода Чебышева в пространствах Банаха. (ИВММГ СО РАН)

Дан полный анализ прямо-двойственной регуляризации для несобственных задач линейного и выпуклого программирования по родам несобственности. В случае приближенного задания информации о функциях задачи установлены оценки, характеризующие сходимость соответствующих процедур.

В обратной задаче наклонного радиозондирования решена проблема волноводов и создана эффективная технология (модель, алгоритмы, численные эксперименты) восстановления меры волновода и электронной плотности вне волновода. (ИММ УрО РАН)

Разработаны эффективные численные методы для класса краевых задач математической физики с неклассическими нелинейными динамическими граничными условиями, условиями сопряжения и подвижной границей (с условием типа Стефана). Такие задачи возникают при моделировании взаимодействия водорода с твердым телом (энергетика, химические технологии, ракетостроение). (ИПМИ Кар НЦ РАН)

Разработан новый обобщенный спектрально-аналитический метод обработки, анализа и распознавания цифровых информационных массивов. Построены адаптивные процедуры выбора способа описания данных. Созданы пакеты программ, реализующих разработанный подход в ряде приложений (магнитная энцефалография, обработка видеоданных).(ИМПБ РАН)

ФИЗИЧЕСКИЕ НАУКИ

Академик-секретарь Отделения академик А.Ф.Андреев

ОБЩАЯ ФИЗИКА И АСТРОНОМИЯ

Развита теория недавно открытого ферроэлектрического состояния в квазиодномерных органических металлах – соединениях (TMTTF)₂X. Новый эффект объединяет такие разные концепции, как ферроэлектричество хороших металлов, структурная неустойчивость по отношению к переходу МоттаХаббарда и Вигнеровская кристаллизация в системах с большой плотностью электронов. Показано, что ферроэлектрический переход приводит к образованию трех типов солитонов. Щель, возникающая в спектре фотопроводимости, есть результат образования солитон-антисолитоновых пар.

В широкой области температур найдена амплитуда осцилляций кулоновской блокады для гранулы, связанной с металлом туннельным контактом. Использованы методы инстантонов и ренормгруппы в двухпетлевом приближении. (ИТФ РАН)

Предложен принципиально новый подход к обеспечению секретного распространения ключа по открытым квантовым каналам связи, в котором секретность базируется на пространственно-временной структуре состояний и ограничениях, диктуемых специальной теорией относительности. Это позволяет передавать секретный ключ при помощи практически любых квантовых состояний. (ИФТТ РАН)

Предложен кинетический механизм распада твердого раствора, в рамках которого, в отличие от термодинамического рассмотрения, удалось показать, что упругие деформации способствуют появлению доменных структур. (ФТИ РАН)

Физика низких температур. Экспериментально обнаружен и теоретически объяснен новый тип перехода к турбулентному движению в сверхтекучих жидкостях, контролируемого внутренним параметром – взаимным трением нормальной и сверхтекучей компонент. (ИФП РАН, ИТФ РАН)

В квантово-разупорядоченных спин-щелевых магнетиках обнаружен магнитный резонанс нового типа, который обусловлен переходами между спиновыми подуровнями коллективных возбуждений и возникновением моды антиферромагнитного резонанса в индуцированной магнитным полем упорядоченной фазе спин-щелевого магнетика.

Экспериментально определены энергии элементарных ступеней на гранях (100) кристаллов Не³ при температурах 60-100 мК. Анализ результатов в рамках теории фазовых переходов огранения показывает, что при столкновении элементарных ступеней на поверхности кристаллов гелия, возможны процессы «переброса» ступеней в соседний ряд, а также отражение ступеней друг от друга. (ИФП РАН)

Экспериментально обнаружено аномальное состояние кристалла гелия с быстро растущими гранями, образующееся под воздействием внешнего пересыщения. Исследована кинетика этого явления и решена задача роста кристалла с возбуждением волны первого звука. (РНЦ «КИ»)

Теоретически и экспериментально показано, что основной вклад в диссипативные потери при движении решетки джозефсоновских вихрей в ВТСП материалах обусловлен переменными квазичастичными токами в плоскости слоев, что позволяет по измерению потерь в режиме движения решетки определить величину квазичастичной проводимости. (ИРЭ РАН; Аргонская и Лос-Аламосская национальные лаборатории, США)

Построена последовательная квазиклассическая теория андреевского отражения для гетерогенных структур, содержащих границу ферромагнетик-сверхпроводник, и проанализирован эффект близости для бислоя ферромагнетик-«грязный» сверхпроводник. (КФТИ КазНЦ РАН)

В рамках теории ГинзбургаЛандау рассчитана зависимость критической температуры Т_с от магнитного поля гибридных систем сверхпроводник-ферромагнетик с доменной структурой. Показано, что в них возможно формирование сверхпроводящих каналов и появление особенностей на зависимости Т_с (Н) - возвратной сверхпроводимости и осцилляций Т_с. (ИФМ РАН)

Предложен новый тип сверхпроводящего квантового бита, состоящего из 6 джозефсоновских контактов между 4 сверхпроводящими островками, помещенных в продольное слабое магнитное поле. Система реализует эквивалент квантового спина ½ в нулевом эффективном поле. Предсказано, что система должна обладать необычно высокой устойчивостью по отношению к электромагнитным шумам; предложены методы манипулирования квантовым состоянием и измерения его результата. (ИТФ РАН)

Изготовлены торцевые джозефсоновские переходы Nb/SiN_x/Nb с критическим током в диапазоне 10–1000 мкА и рекордно малой емкостью 10^-15–10^-16 Ф, которые могут быть использованы в СВЧ технике, для исследований субмикронных магнитных структур и в элементах квантовой логики. (ИФМ РАН)

Обнаружен новый тип магнетосопротивления, который реализуется в «грязных» одномерных электронных системах. Зависимости проводимости от температуры и электрического поля таких объектов описываются степенными законами, показатели степени которых меняются в магнитном поле, что объясняется нарушением спин-зарядового разделения в магнитном поле. (ИРЭ РАН, ФТИ РАН, Центр сверхнизких температур, Гренобль, Франция)

Обнаружено гигантское магнитосопротвление туннельного магнитного перехода с относительной величиной ~ 5% и выше, стабильное во времени. Эффект может быть использован в сверхминиатюрных датчиках магнитного поля. (ФИРЭ РАН)

В структурах с чередующимися слоями магнитострикционного и пьезо-электрического материалов обнаружен и объяснен магнитоэлектрический эффект, величина которого при комнатной температуре на 1-2 порядка больше, чем в однофазных объемных магнитоэлектрических материалах. Структуры перспективны для создания датчиков и преобразователей постоянных и переменных низкочастотных магнитных полей. (МИРЭА)

Обнаружено, что соединение с тяжелыми фермионами Ce₂RhIn₈ становится сверхпроводником с Т_с=2 К вблизи виртуальной квантовой критической точки, соответствующей антиферромагнитному переходу при давлении 2,5 ГПа, что подтверждает связь сверхпроводимости и квантовых критических флуктуаций.

Обнаружен переход от диффузионной кинетики фазового перехода 1 рода под давлением при высоких температурах к мартенситоподобной при низких температурах для одного и того же вещества  -GeO_2. (ИФВД РАН)

Установлено, что в термически стабильных (до 500°С) соединениях водорода с углеродными нановолокнами и нанотрубками, синтезированных при давлениях водорода до 9 ГПа и содержащих до 7 вес.% Н, часть атомов водорода присоединена к углероду посредством ковалентных связей, а основное количество водорода располагается между углеродными сетками. (ИФТТ РАН, ИПХФ РАН)

Построена микроскопическая теория резонансного туннелирования носителей тока в сверхрешетках и системах квантовых ям со слабой связью с учетом различных механизмов рассеяния носителей, позволяющая получать данные о плотности состояний в яме при учете процессов внутриямной релаксации с существенно большей точностью, чем в случае использования теории возмущения в обычной форме.(ФИАН)

В условиях сильного обменно-корреляционного взаимодействия двумерной электронной жидкости измерена эффективная масса квазичастиц. Обнаружено ее драматическое возрастание при уменьшении концентрации электронов и показано, что масса не зависит от степени спиновой поляризации электронной системы. (ИФТТ РАН)

Обнаружены необычные свойства стимулированного параметрического рассеяния экситонных поляритонов в микрорезонаторах, качественно отличные от предсказываемых в рамках стандартной стационарной модели четырехволнового смешивания. Найдены условия фотовозбуждения, при которых происходит эффективная релаксация поляритонов на дно нижней поляритонной зоны, характерная для бозе-конденсированного состояния. (ИФТТ РАН, ФИАН, ИОФАН)

В спектре плазменных возбуждений двумерной электронной системы с высокой подвижностью электронов обнаружено проявление эффектов запаздывания. Показано, что в нулевом магнитном поле из-за гибридизации плазменной и световой мод, наблюдается значительное уменьшение резонансной плазменной частоты. В перпендикулярном магнитном поле обнаружена необычная зависимость частоты гибридной циклотрон-плазмонной моды от магнитного поля. (ИФТТ РАН)

Обнаружен и исследован в системе двумерных электронов новый тип периодических по прямому магнитному полю транспортных осцилляций, индуцированных микроволновым излучением, период которых определяется частотой электромагнитного облучения, плотностью электронов и расстоянием между контактами в структуре. Эффект перспективен для создания детекторов, селективно чувствительных и перестраиваемых в диапазоне частот от 100 МГц до нескольких ТГц. (ИФТТ РАН)

Показано, что в асимметричной двойной квантовой яме возникает взаимодействие оптической и межподзонной ветвей 2D-плазменных колебаний, а также бесстолкновительное затухание оптических плазмонов при резонансе с межподзонным континуумом. При инверсии заселенностей подзон в области резонанса с межподзонным континуумом возможно усиление плазменных волн оптической ветви. (ИФП СО РАН)

Разработан способ изготовления МДП-структур на поверхности монокристаллов чистых органических полупроводников, в которых и сам полупроводник, и слой затворного диэлектрика являются органическими. Достигнута подвижность дырок, в десятки раз превышающая полученную ранее в органических структурах. (ФИАН)

Создан квантовый интерферометр с эффективным радиусом 90 нм, имеющий рабочую температуру до 15 К. Освоение масштаба размеров наноструктур 10-100 нм и, как следствие, повышение рабочей температуры интерферометра стало возможным благодаря новой технологии наноструктурирования, основанной на глубоком локальном анодном окислении поверхностей титана, арсенида галлия и кремния.

На основе гетероструктур Ge/Si с квантовыми точками Ge созданы фотоприемные элементы для волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) в диапазоне длин волн =1.3-1.55 мкм, способные встраиваться в комплекс фотонных компонентов ВОЛС на едином кремниевом чипе. Максимальная квантовая эффективность достигает значений 21% и 16% на длинах волн 1.3 и 1.55 мкм, соответственно. (ИФП СО РАН)

Впервые создан дислокационный Si-светодиод с энергией кванта 0,75 эВ и внешней эффективностью при комнатной температуре 0,2 %, что находится на уровне лучших из известных Si-светодиодов. Времена отклика при этом на порядок меньше, чем у Si светодиодов, работающих на зон-зонной рекомбинации. (ИФТТ)

Созданы лазеры с квантовыми ямами InGaAsN с непрерывным режимом генерации на длине волны 1.3 мкм, с выходной оптической мощностью более 4 Вт при комнатной температуре и с устойчивой генерацией вплоть до 100°C. Срок службы при температурах 40-65°C и высоких плотностях тока (3-4 кА/см²) составляет несколько тысяч часов. Созданы монолитные вертикально излучающие лазеры.

Предложен новый способ литографии – электростатическая нанолитография, состоящая в локальном изменении электрических свойств поверхностей под зондом атомно-силового микроскопа. Продемонстрирована локальная зарядка слоев окисла SiO₂ с внедренными нанокристаллами Si и переполяризация PbZr_0.47Ti_0.530₃ ферроэлектрических пленок. Локальность воздействия характеризуется латеральными размерами участков с измененными свойствами, находящимися на уровне 100 нм.

В GaN обнаружено и исследовано формирование смешанных поляритонных мод. В спектрах фотолюминесценции GaN обнаружено формирование отрицательно заряженных трионов с энергий связи 3 0,5 мэВ. (ФТИ РАН)

В эпитаксиальных структурах Si:Er обнаружен новый оптически активный центр, люминесцирующий в области 1,54 мкм. Выявлены парамагнитная природа и его кристаллографическая орторомбическая симметрия. Развита технология формирования преимущественно одного оптически активного центра иона Er³⁺ с предельно узкой линией люминесценции, что делает эпитаксиальные Si:Er структуры перспективными для оптоэлектронных приложений. (ИФМ РАН)

В стеклообразном полупроводнике SbSI обнаружен структурный фазовый переход первого рода при Т=198К в полярное состояние (дипольное стекло). Сложный спектр фотолюминесценции стеклообразного SbSI указывает на существование в нем двух типов структурных единиц и сильное электрон-фононное взаимодействие. (ИФ ДНЦ РАН)

Синтезированы трехмерные фотонные кристаллы на основе полупроводниковых композитов опал GаP и опал GaPN, обладающие выраженными фотонно-кристаллическими свойствами и представляющие интерес для практических разработок. (ИФ ДНЦ РАН)

Разработаны основы нового метода создания полупроводниковых гетероструктур с атомарно-гладкими границами прямым сращиванием и водородно-индуцированным скалыванием по массиву копланарных микротрещин в эпитаксиальном дельта-слое. Метод принципиально важен при создании нанотранзисторов с размерами активной области до 10 нм, требующих толщину слоя кремния в несколько нм. (ИФП СО РАН)

Структура и свойства кристаллов. Путем спекания без приложения внешнего давления при микроволновом нагреве излучением (30 ГГц) с контролируемой переменной скоростью получена плотная, более 98% от теоретического значения, наноструктурная алюминооксидная керамика со средним размером зерна порядка 85 нм. (ИПФ РАН)

Доказано наличие радиационно-динамической составляющей воздействия корпускулярного излучения на вещество, связанной с генерацией микроударных волн. Протекание на фронте этих волн фазовых превращений в метастабильных средах на несколько порядков величины увеличивает область воздействия ускоренных частиц на структуру и свойства материалов. (ИЭФ УрО РАН, Институт физики ионных пучков и исследования материалов, Германия)

Установлено, что поверхностная фаза Si(100)4x3-In является упорядоченным массивом магических нанокластеров Si₅In₆, модифицирование 35% которых в определенных условиях можно рассматривать как легирование магических кластеров. (ИАПУ ДвО РАН)

Развит метод, позволяющий по данным рентгеновской дифрактометрии высокого разрешения выявить структурный механизм формирования низкоразмерных слоев и границ раздела в многослойных системах. (ИКАН)
Оптика. Квантовая электроника
Спектроскопия. Показано, что использование метода когерентного охлаждения атомов в высокодобротном резонаторе, позволяет получить существенное уменьшение минимальных температур при лазерных методах охлаждения атомных пучков. При технически реализуемых параметрах резонатора достигаемые температуры могут быть
в 10² раз меньше температуры доплеровского предела лазерного охлаждения атомов. (ИСпРАН)

Создан комплекс измерительной аппаратуры по управлению и детектированию холодных атомов цезия. Полученное на эксперименте значение температуры облака охлажденных атомов 1-2 мкК согласуется с предсказаниями теории и соответствует мировому уровню. (Институт метрологии времени и пространства ВНИИФТРИ)

Предложен метод и создана установка для спектроскопии молекул с нанометровым пространственным разрешением, основанные на локальном возбуждении флуоресценции пучком электронов, испускаемых нанозондом за счет полевой эмиссии. (ИСпРАН)

Разработана методика измерения в диапазоне температур 1,6-40 К спектров возбуждения флуоресценции одной выбранной хромофорной молекулы, внедренной в неупорядоченную твердотельную матрицу в качестве спектрального микрозонда. В результате удается разделить вклады в формирование спектра одиночной примесной молекулы от двухуровневых систем и квазилокальных низкочастотных мод. (ИСпРАН)

Предложен единый подход к расчету рассеяния волновых полей на поверхностных и объемных диэлектрических структурах типа оптических решеток и фотонных кристаллов, открывающий широкие возможности для расчета оптических элементов и решения задач оптики ближних полей в фотонике. (ИРЭ РАН, ИПТМ РАН)

Разработана система фокусировки выходного излучения полупроводникового лазера с распределенным брэгговским зеркалом за счет искривления штрихов дифракционной решетки (и-РБЗ). Созданы AlGaAs/GaAs одночастотные и-РБЗ лазеры с подавлением боковых мод 35 дБ и фокусировкой излучения на расстоянии 0,2-0,8 мм от выходного зеркала. и-РБЗ лазер является эффективным и простым решением проблемы фокусировки излучения полупроводниковых лазеров с высокой апертурой. (ФТИ РАН)

Методом экструзии получены нанокристаллические оптические световоды из галогенидов серебра, имеющие в 5-10 раз меньший уровень рассеяния в области спектра 2-15 мкм, чем обычные световоды этого типа. Повышенный порог оптического пробоя и более высокая прозрачность в видимой и ближней ИК области делает эти световоды перспективными для медицинских применений, а их уникальная фоточувствительность может быть использована в датчиках облучения. (НЦВО ИОФАН, ИПТМ РАН)

Разработана концепция построения мощных импульсных лазеров со сферическим волновым фронтом для целей ЛТС, позволяющая решить проблемы согласования системы лазер-мишень и достижения высокой однородности облучения. При апертуре пучка 45 мм достигнут уровень выходной энергии 150 Дж и близкое к предельному на сегодня значение плотности потока излучаемой энергии 9,3 Дж/см². (ФИАН)

В трехкаскадном тераваттном параметрическом усилителе на кристалле DKDP при инжекции сопряженного по частоте излучения достигнут насыщенный коэффициент преобразования кристалла 10⁸. Усиленный сигнал был скомпрессован до 80 фс. Показано, что при масштабировании таких параметрических усилителей, возможно создание источников мультипетаваттной мощности. (ИПФ РАН)

Впервые в лазерном керамическом материале (Y₂O₃: Yb³⁺) получена фемтосекундная генерация с непрерывной накачкой излучением полупроводникового лазера. Полученный результат открывает путь создания мощных крупноаппертурных лазеров ультракоротких импульсов. (ИКАН, Токийский университет)

Обнаружено явление активирования биологических систем малыми дозами оптического излучения (светокислородный эффект) и выявлен канал информационного обмена между клетками и растворенными белками (гидроконформационное взаимодействие). Эффект может быть использован для интенсификации биохимических процессов. (ФИАН)

Предложен и реализован эффективный метод разрушения помещенных в жидкость непрозрачных диэлектриков с помощью двухчастотного лазерного воздействия. На его основе создан лазерный литотриптор, фрагментирующий камни любого химического состава и любой локализации в организме человека, независимо от их размера за время действия 10-80с без повреждения окружающих камень тканей. (ИОФАН)

Впервые созданы четырехуголковые отражающие системы на многослойных структурах для фокусировки излучения квазиточечных источников жесткого рентгеновского излучения, светосила которых многократно превосходит светосилу наиболее эффективных из известных на сегодняшний день систем. (ИФМ РАН)

Выявлены нелинейно-оптические свойства J-агрегатов полиметиновых красителей 4950у и 4924у в тонких пленках и реализовано их использование в качестве малоинерционных насыщающихся поглотителей для синхронизации мод твердотельного лазера. В результате на порядок понижена интенсивность насыщения поглотителя, в несколько раз увеличена глубина модуляции потерь резонатора. (ИАиЭ СО РАН)

Разработан гибридный принцип усиления импульсов в тераваттной фемтосекундной лазерной системе оптического диапазона, основанный на применении последовательного нелинейно-оптического и лазерного методов усиления. (ИЛФ СО РАН)