Том 25, № 1 (2025)
Радиофизика, электроника, акустика
Управление распространением спиновых волн в микроволноводе с двумерным массивом магнитных микрочастиц различной геометрии
Аннотация
Рассматриваются возможности применения спиновых волн в магнонике для создания элементной базы устройств обработки, передачи и хранения информации в микроволновом и терагерцевом диапазонах. В качестве основного материала используются пленки железо-иттриевого граната, обладающие низким затуханием спиновых волн даже при нанометровых толщинах. Перспективным подходом к управлению СВ является использование двумерных массивов магнитных наноструктур, таких как цилиндры и полуцилиндры из магнетита. Проведено численное микромагнитное моделирование микроволновода с массивом цилиндров и полуцилиндров из магнетита на основе решения уравнения Ландау–Лифшица–Гильберта. Основное внимание уделено варьированию геометрических параметров и направления внешнего магнитного поля для изменения характеристик спиновых волн. Результаты моделирования открывают новые возможности для разработки магнонных устройств с высокой энергоэффективностью и компактными размерами.
Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2025;25(1):4-11
4-11
Частотные зависимости и диаграммы рассеяния комбинированных металлодиэлектрических поверхностей в диапазоне 16–25 ГГц
Аннотация
Разрабатываются компактные рассеивающие материалы, представляющие собой комбинацию из плоскостных метаструктур с тонкими наноразмерными пленками. Такие материалы предназначаются для защитных покрытий зданий и сооружений в целях снижения уровня прошедшего электромагнитного излучения, но при этом с малым коэффициентом отражения в диапазоне частот 16–25 ГГц. Низкий уровень сигнала, отраженного от подобного покрытия, будет способствовать улучшению электромагнитной обстановки и гигиенических норм вблизи передающих радиотехнических объектов. Метаструктуры представляют собой набор особым образом расположенных субволновых металлических или диэлектрических структур, которые резонансно взаимодействуют с электрическими или магнитными составляющими падающих электромагнитных волн. Электромагнитные свойства подобных структур в основном определяются характеристиками резонаторов и их взаимным расположением, что позволяет получить эффективный электромагнитный отклик, который недостижим в естественных материалах. В качестве источника омических потерь в работе были исследованы металлические плёнки. Тонкоплёночные материалы, применявшиеся в комбинации с метаструктурами, представляли собой подложку из стекла или ситалла с нанесенным на них функциональным слоем. Благодаря островковой структуре, формирующейся при определенной толщине проводящего материала, такие пленки позволили поглощать до 35% падающего излучения. Результаты исследований демонстрируют, что величина нормальной составляющей отраженной электромагнитной волны значительно снижается на резонансной частоте 18.8 ГГц благодаря применению комбинации данных ослабляющих покрытий. На этой частоте коэффициент ослабления достигает своего пикового значения – 97.8% отпадающей волны. Ширина данного резонансного пика, при котором ослабление волны достигает не менее 70% составляет 450 МГц. Также следует отметить, что добавление резистивной пленки сдвигает резонансные пики в более высокочастотную область.
Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2025;25(1):12-23
12-23
Оптика и спектроскопия. Лазерная физика
ИК спектры и структурно-динамические ангармонические модели циклогексанола
Аннотация
Методом теории функционала плотности B3LYP/6-31G(d) с учетом механического ангармонизма построены структурно-динамические модели двух конформеров молекулы циклогексанола 1 и 2 с экваториальной ориентацией гидроксильной группы. Вычислены необходимые параметры адиабатических потенциалов конформеров: минимумы энергий, оптимальные геометрии, дипольные моменты, силовые постоянные, рассчитаны частоты и формы нормальных колебаний и их интенсивности в ИК спектрах. Дана оценка полученных результатов на основании сравнения их с рассчитанными ранее в гармоническом приближении. Поведен анализ измеренных в области 400–3800 см–1 ИК спектров образцов циклогексанола в кристаллических фазах II и III с целью выявления обертонов, составных колебаний и резонансов. Уточнена интерпретация измеренных ИК спектров.
Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2025;25(1):24-36
24-36
Физика конденсированного состояния вещества
Структура, магнитные и электрические свойства La-Sr манганита, легированного церием и цинком
Аннотация
Легированные манганиты La-Sr системы, проявляющие эффекты колоссального магнитосопротивления, гигантской магнитострикции, электрического переключения, являются перспективными функциональными материалами для различных технических приложений, в том числе для сенсорных и информационных устройств. Однако влияние характеристик легирующих ионов, особенно вводимых в разные подрешетки, на свойства манганитов и их частотные зависимости изучено недостаточно. В настоящей работе впервые синтезирован однофазный керамический манганит La0.625Sr0.35Ce0.025Mn0.975Zn0.025O3, содержащий ионы Ce4+(5p6) и Zn2+(3d10), являющиеся донорами и акцепторами. Определены параметры ромбоэдрической кристаллической структуры. Намагниченность синтезированного манганита выше, а температура Кюри ниже, чем у манганита базового состава La0.65Sr0.35MnO3. Большая ширина температурного интервала перехода «ферромагнетик–парамагнетик» свидетельствует о высокой неоднородности полученного манганита. При температурах выше 285 К манганит проявляет свойства полупроводника. Модуль отрицательного магнитосопротивления достигает максимума 18% при температуре 231 К. С повышением частоты в диапазоне 100 кГц – 4 МГц сопротивление манганита уменьшается. Полученные результаты объясняются диамагнитным разбавлением октаэдрической подрешетки, образованием ионов Mn2+, формированием кластеров разновалентных ионов, конкуренцией и сменой различных механизмов переноса зарядов.
Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2025;25(1):37-43
37-43
Влияние кристаллографической анизотропии ненасыщенной пленки железо-иттриевого граната на спиновую инжекцию в пленку платины по механизму обратного спинового эффекта Холла
Аннотация
Исследована генерация тока носителей заряда в пленках платины, нанесенных на поверхность ферритовых волноводов, изготовленных из пленок железо-иттриевого граната кристаллографических ориентаций (100) и (111). Из каждой пленки вырезалось по два волновода, короткие стороны которых ориентировались в направлении осей трудного и легкого намагничивания. Спиновые волны возбуждались в полученных структурах в геометрии поверхностных магнитостатических волн при величинах поля подмагничивания, не обеспечивающих намагничивания пленок железо-иттриевого граната до насыщения. Показано, что для обеих кристаллографических ориентаций генерация тока носителей заряда наиболее эффективно происходит при направлении внешнего магнитного поля вдоль оси легкого намагничивания в условиях формирования в пленке феррита симметричной полосовой доменной структуры.
Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2025;25(1):44-52
44-52
Биофизика и медицинская физика
Проявление венуло-артериолярного рефлекса, вызванного изменением положения руки, при измерениях микроциркуляции крови методом лазерной допплеровской флоуметрии
Аннотация
В системе регуляции кровообращения важным элементом является венуло-артериолярный рефлекс. Особенно выраженно он проявляется в нижних конечностях (по сравнению с верхними конечностями) из-за большего трансмурального давления в артериях и венах ног. При проведении проб с изменением положения руки обычно проверяют сосудистую реакцию на повышение артериального давления при опускании ноги или руки ниже уровня сердца. В предложенной нами пробе исследовалось сосудистая реакция как на понижение артериального давления, так и на ее повышение до исходного уровня. С помощью метода лазерной допплеровской флоуметрии измерялся показатель микроциркуляции при проведении последовательности проб с изменением положения руки по набору параметров, характеризующих динамику циркуляции крови в микрососудах пальца руки молодых и возрастных добровольцев. При поднимании руки показатель микроциркуляции в положении руки «вверх» у молодых добровольцев значительно уменьшался, в то время как в возрастной группе показатель микроциркуляции в положении руки «вверх» после резкого снижения имел тенденцию к увеличению. Такое значительное расхождение в реакции кровотока молодых и возрастных добровольцев нами соотнесено с проявлением венуло-артериолярного рефлекса. Амплитуды нейрогенных и миогенных колебаний микрососудистого кровотока имели в основном разнонаправленный характер у разных возрастных групп. Экспериментально измеренное увеличение кровенаполнения сосудов руки у возрастных добровольцев за счет появления колебаний кровотока в нейрогенном диапазоне объясняется реакцией симпатического отдела нервной системы, приводящей к проявлению венуло-артериолярного рефлекса, который способствует восстановлению величины объемного кровенаполнения. В молодом возрасте венуло-артериолярный рефлекс, вызванный изменением положения руки, может не проявляться. Тест с изменением положения конечности может дать ценную информацию о сохранности периферической иннервации микрососудов, что обосновывает перспективность использования данного теста при выявлении различных форм невропатий и возрастных особенностей регуляции кровотока.
Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2025;25(1):53-66
53-66
Стохастическая SIRS+V модель распространения инфекционных заболеваний
Аннотация
Работа посвящена построению и исследованию модели распространения инфекции в виде системы стохастических дифференциальных уравнений, учитывающей флуктуации параметров, характеризующих процессы заражения, выздоровления и потери иммунитета. За основу взята детерминированная SIRS+V модель, в которую добавлены ланжевеновские источники квазигауссова шума. В ходе численных исследований обнаружена колебательная динамика с характерным периодом, значение которого определяется параметрами детерминированной системы. Показано, что для моделирования хода инфекционных заболеваний недостаточно знания средних значений скоростей процессов инфицирования, выздоровления и потери иммунитета, но требуется также знать интенсивности флуктуаций этих величин. Разный уровень таких флуктуаций ведет к качественно разной наблюдаемой динамике эпидемии.
Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2025;25(1):67-75
67-75
Микрогели, содержащие сывороточный белок, как новый способ терапии заболеваний мочевого пузыря и почек
Аннотация
Исследование охватывает биофизические аспекты применения эмульсионных микрогелей, стабилизированных изолятом сывороточного белка, для адресной доставки лекарств в органы мочевыделительной системы. Изучение профиля высвобождения модельного вещества Цианина 7, иммобилизованного в эмульсионные микрогели, продемонстрировало пролонгированный характер высвобождения в течение 72 ч. Было изучено влияние эмульсионных микрогелей на выживаемость различных культур клеток (нормальных фибробластов (L929) и клеток почек (Hek239), почечной карциномы (Renca) и карциномы мочевого пузыря (T24)), которая показала зависимость уровня цитотоксичности от типа клеток. При этом особая повышенная чувствительность к микрогелям была выявлена у культуры Hek239. Был также исследован характер накопления и распределения эмульсионных микрогелей у лабораторных мышей в зависимости от пути их введения: внутрипузырном или внутривенном. Эффективность накопления микрогелей в органах мочевыделительной системы (почки или мочевой пузырь) оценивалась по in vivo биораспределению методом прижизненной флуоресцентной визуализации. При системном введении суспензий микрогелей наблюдалось их селективное накопление не только в печени, но и в почках. Внутрипузырное введение позволяло поддерживать высокую локальную концентрацию меченых Цианином 7 микрогелей в мочевом пузыре не менее 2 ч. Гистологический анализ срезов мочевого пузыря подтвердил безопасность микрогелей на основе изолята сывороточного белка для доставки лекарств в мочевой пузырь и почки. Данная система доставки на основе разработанных эмульсионных микрогелей открывает новые перспективы лечения заболеваний мочевыделительной системы с использованием как системного введения, так и малоинвазивных внутрипузырных инстилляций.
Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2025;25(1):76-85
76-85
Экспериментальные измерения концентрации глюкозы в крови прототипом оптоакустического цитометра, оценка погрешности измерений
Аннотация
Проведены доклинические экспериментальные измерения уровня глюкозы в крови оптоакустическим методом. Экспериментальные исследования охватывали различные возрастные группы пациентов, в кровь вводили гепарин для остановки процесса свертывания. Полученные профили акустических сигналов позволили построить зависимость амплитуды акустического сигнала в пробе крови от концентрации глюкозы в крови, оценена погрешность измерений с учетом температурных и концентрационных факторов, влияющих на результат измерения уровня глюкозы.
Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2025;25(1):86-92
86-92
Нанотехнологии, наноматериалы и метаматериалы
Перспективы создания и использования гетерофазного материала CdS-FeS, полученного с применением метода Ленгмюра–Блоджетт
Аннотация
Представлены результаты исследований по получению полумагнитного полупроводника с помощью технологии Ленгмюра–Блоджетт на основе полупроводниковой пластины CdS. В результате проведенных исследований материала в процессе получения с помощью анализа изотерм сжатия, а также методами атомно-силовой микроскопии, вторично-ионной масс-спектрометрии и энергодисперсионного анализа можно утверждать, что метод получения материала CdS:Fe, обладающего свойствами полумагнитного полупроводника, при использовании метода Ленгмюра–Блоджетт полностью воспроизводим, позволяет создавать гетерофазный материал с нановключениями фазы FeS. Показано, что полученный материал обладает уникальными свойствами, такими как повышенная фоточувствительность и отрицательная фотоутомляемость, что весьма перспективно при создании устройств, работающих в условиях постоянного интенсивного освещения и чьи характеристики могут настраиваться и регулироваться освещением.
Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2025;25(1):93-105
93-105
Компьютерное моделирование флуктуаций проводимости в динамической перколяционной модели на основе резистивных сеток
Аннотация
Представлены результаты компьютерного моделирования динамической перколяционной системы в форме трехмерной прямоугольной решетки с резистивной проводимостью между узлами. Проводимость подобной системы при подходе к порогу перколяции вычислялась на основе численного решения уравнений Кирхгофа для каждого из узлов решетки. Флуктуации проводимости системы обусловлены тем, что при фиксированном общем числе непроводящих узлов часть проводящих узлов обменивалась местами с соседними непроводящими узлами на каждом шаге моделирования. Полученные модельные функции спектральной плотности флуктуаций проводимости системы характеризуются однородным распределением спектральной плотности в низкочастотной области и степенным убыванием в области высоких частот с показателем, уменьшающимся по мере роста скорости обмена узлов в системе.
Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2025;25(1):106-112
106-112
Из истории физики
Саратовские годы Олега Антонова: конструктор планеров и студент университета
Аннотация
В статье освещены эпизоды биографии выдающегося советского конструктора уникальных многоцелевых и грузовых самолетов Олега Константиновича Антонова (1906–1984), связанные с почти 15-летним периодом его жизни в Саратове. Приехав в Саратов вместе с родителями в 1911–1912 г., он получил здесь среднее образование, обучаясь в Первом Александро-Мариинском реальном училище (в дореволюционное время) и Единой трудовой школе. Уже в детские годы его отличало серьезное отношение к истории авиации (он составлял собственную летопись ее развития), стремление к созданию совершенных самолетов и мечта стать летчиком. Первым этапом его пути в небо в 1920-е гг. стало в Саратове конструирование планеров, в чем он достиг профессионального мастерства, публикуя, в частности, брошюры о моделировании и конструировании планеров. В 1922–1923 гг. Олег Антонов учился на первом курсе путейского факультета Саратовского университета (до его закрытия). Одновременно в Саратове он занимался организацией планерного дела, будучи с 1923 г. ответственным секретарем спортивной секции Общества друзей воздушного флота. Источниками для написания статья явились материалы Государственного архива Саратовской области, Саратовского областного музея краеведения, архива Саратовского университета, воспоминания О. К. Антонова. Отмечается, что саратовский период жизни О. К. Антонова стал определяющим в его выборе дальнейшей учебы в Ленинградском политехническом институте и многолетней профессиональной деятельности. На доме, где он жил в Саратове, и на здании бывшего реального училища, где он учился, установлены в честь него памятные доски.
Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2025;25(1):113-128
113-128
Personalia
129-130