Наукові напрями

 

З року в рік на факультеті активно розвивається науковий напрям діяльності. Підтвердженням цього є виконання численних науково-дослідних робіт на замовлення Міністерства освіти і науки України та госпдоговірної тематики для провідних підприємств України. Загальний об’єм робіт складає більше 4,6 млн. грн. по НДР та близько 1,1 млн. грн. за рахунок коштів замовників (спецфонд). Найбільше НДР виконується на кафедрах наноелектроніки (зав. кафедри – проф., д.ф.-м.н. Погребняк О.Д.), електроніки, загальної та прикладної фізики (зав. кафедри – проф., д.ф.-м.н. Проценко І.Ю.), прикладної математики та моделювання складних систем (зав. кафедри – проф., д.ф.-м.н. Лисенко О.В.), електроніки та комп’ютерної техніки (зав. кафедри – проф., д.ф.-м.н. Опанасюк А.С.). Досягати таких показників дозволяє планова та системна робота, що ведеться на всіх кафедрах факультету.

Також на окремих кафедрах під керівництвом визнаних вчених функціонують потужні наукові школи, проводяться експериментальні та теоретичні дослідження у рамках фізики твердого тіла, фізики поверхні, квантово-механічних ефектів, матеріалознавства оптоелектроніки, теорії нерівноважних систем, інформаційно-телекомунікаційних технологій тощо.

 

Наукова школа «Матеріалознавство мікро- і наноелектроніки» (науковий керівник – Заслужений діяч науки і техніки України, д.ф.-м.н., професор Проценко І.Ю.), в рамках якої працює чотири покоління дослідників. З використанням методів просвічуючої електронної мікроскопії, електронографії, вторинної іонної мас-спектрометрії та електроопору встановлені загальні закономірності у формуванні структурно-фазового стану та у розмірних ефектах в електрофізичних і магніторезистивних властивостях одно- і багатошарових нанокристалічних плівкових систем та вплив на них процесів масоперенесення. Це дозволило розвинути теоретико-прикладний напрям плівкового матеріалознавства стосовно фізичних процесів у приладових структурах спінтроніки, мікро- і наноелектроніки. Створено та впроваджено лабораторію у варіанті віддалено-контрольованої, що дозволяє проводити дослідження та обробку експериментальних даних, зокрема через мережу Інтернет. Виконано 9 міжнародних грантових проектів спільно з науковцями із Польщі, Словакії, Словенії, Індії і Німеччини та отримано 30 індивідуальних міжнародних грантів, підготовлено 31 кандидат та 5 докторів фізико-математичних наук.

Науковий напрям «Складно-спінові магнітні наноструктури» (науковий керівник – д.ф.-м.н., професор Денисов С.І.). Показано, що циркулярно-поляризоване імпульсне магнітне поле може зменшити час переорієнтації магнітного моменту в декілька разів. Це дозволить суттєво зменшити час запису інформації у запам’ятовуючих пристроях нового покоління на базі магнітних наночастинок. Виконано грант 6-ї Рамкової Програми Європейського Союзу «Nanospin» у складі міжнародного консорціуму. Підготовлено 5 кандидатів фізико-математичних наук.

 

Науковий напрям «Модифікації поверхні» (науковий керівник – Погребняк О.Д.). Сфера наукових інтересів концентрується, але не обмежується, такими напрямками, як іонна імплантація металів, сплавів та керамічних матеріалів, модифікація конструкційних матеріалів за допомогою електронних та іонних пучків, осадження та дослідження фізико-хімічних властивостей багатокомпонентних та багатошарових покриттів. Під керівництвом проф. Погребняка захищено 19 кандидатських та 5 докторських дисертацій. Група, керована проф. Погребняком, має найбільшу кількість міжнародних колаборацій, які реалізуються в 15 країнах світу, включно із США, Японією, Францією, Португалією, Польщею і т.д. Кафедра наноелектроніки під керівництвом проф. Погребняка виграла та успішно реалізувала грант ТЕМПУС, призначений для відкриття нової спеціальності підготовки магістрів – біомедичної інженерії. Серед останніх розробок наукової групи проф. Погребняка можна відзначити роботи з осадження і дослідження структури та властивостей багатокомпонентних нітридних покриттів та багатошарових захисних покриттів на основі нітридів та карбідів тугоплавких і перехідних металів. Дані покриття відзначаються високими захисними та трибологічними властивостями, що залежать від умов осадження та подальшої обробки за допомогою іонної імплантації або термічного відпалу, що робить їх перспективними для використання в машинобудуванні, авіаційній та космічній індустрії, ядерній енергетиці тощо.

Науковий напрям «Теорія нерівноважних систем» (науковий керівник –Олємской О.І.). Великі організаційні здібності як науковця, так і педагога виявив в роботі з розвитку фізичної науки у Сумському державному університеті. З 1995 до 2011 р. працював завідувачем кафедрою фізичної електроніки СумДУ. Під його керівництвом захищено 3 докторські та 10 кандидатських дисертацій. Опублікував 7 монографій, в тому числі 2 англійською мовою, більш 15 оглядових статей у провідних наукових журналах. В 1997 році присуджено звання Соросівського професора, в 2004 – звання Заслуженого діяча науки та техніки України. В 1999 р. Президія НАН України присудила премію імені С.І. Пекаря за цикл праць «Фазові перетворення і неоднорідні структури у впорядкованих системах». Окремо слід відзначити роботи з дослідження різноманітних синергетичних моделей. Неодноразово запрошувався за кордон для проведення сумісної наукової роботи та читання лекцій. Студенти, які закінчили кафедру професора Олємского О.І., працюють у провідних наукових центрах України, Росії, США, Чехії, Ізраїлю тощо.

 

Науковий напрям «Дифракційна електроніка» (науковий керівник – Воробйов Г.С.). Розвинуті та узагальнені дослідження електронно-хвильових та хвильових процесів в електродинамічних системах приладів дифракційної електроніки з просторово-розвинутими структурами та просторово неоднорідними статичними полями. Створено науково-дослідницьку лабораторію «Нових технологій в фізиці та техніці НВЧ», що дозволяє проводити дослідження селективних пристроїв та підсилювачів міліметрового та субміліметрового діапазону хвиль. Результати досліджень приладів з неоднорідними статичними полями використовуються в Інституті радіоелектроніки НАН України (м. Харків) при розробці джерел випромінювання міліметрового діапазону хвиль, а метод діагностики аксіально-симетричних електронних пучків за перехідним випроміненням був впроваджений в СКБ при заводі «Знамя» (м. Полтава). Під його керівництвом захищено 9 кандидатських дисертацій.

Науковий напрям «Теорія ієрархічних коливань та хвиль» (науковий керівник – Куліш В.В.). Запропоновав конструкцію першого лазера на вільних електронах (ЛВЕ) (1971–1972), який реалізовано у 1975 р. В одному з двох історично перших експериментів з ЛВЕ. Ініціатор однієї з радянських спеціальних програм, пов’язаних із практичним застосуванням ЛВЕ. Першовідкривач нових фізичних ефектів та автор принципово нових типів ЛВЕ та електронних прискорювачів на їх основі. Серед них ЛВЕ з заповільненою електромагнітною накачкою; вибухові; з каскадним підвищенням частоти; супергетеродинні плазма-пучкові та двопотокові; ізохронні з повздовжнім прискорюючим електричним полем. Особливе місце займають фемтосекундні супергетеродинні ЛВЕ та багатоканальні ондуляторні прискорювачі. Автор теорії ієрархічних коливань та хвиль. Вперше увів принцип ієрархічної подібності як нового фундаментального закону. Автор 400 наукових праць, серед них 4 одноосібні англомовні монографії, 14 підручників з курсу фізики, 26 авторських свідоцтв СРСР на винахід, 3 патенти України, 5 патентів США. Під керівництвом В.В. Куліша захищено 12 кандидатських та 2 докторські дисертації. Заслужений діяч науки і техніки України. Двічі відзначений нагрудним знаком «Петро Могила» Міністерства освіти і науки України та іншими нагородами.

 

Науковий напрям "Інтелектуальні інформаційні технології аналізу даних на основі машинного навчання та розпізнавання образів".

Науковий керівник – д.т.н., проф. Довбиш А.С.

В теперішній час відбувається стрімкий перехід від інформаційного суспільства до знання-орієнтованого. В цьому суспільстві світовий валовий продукт буде створюватися шляхом використання інтелектуальних інформаційних технологій, які моделюють когнітивні процеси людини при прийнятті рішень. На кафедрі комп'ютерних наук створено так звану інформаційно-екстремальну інтелектуальну технологію (ІЕІ-технологію) аналізу даних, яка ґрунтується на максимізації інформаційної спроможності системи керування в процесі її машинного навчання. На відміну від відомих методів інтелектуального аналізу даних, включаючи штучні нейронні мережі, методи інформаційно-екстремального машинного навчання є практично інваріантними до багатомірності даних. Цей факт відкриває широкі перспективи для застосування методів ІЕІ-технології в задачах аналізу великих обсягів даних. Використання одержаних результатів для автоматизації складних технологічних процесів, розпізнавання зображень медичних і біологічних об'єктів, розпізнаванню об'єктів на місцевості бортовими системами безпілотних літальних апаратів тощо підтверджують перспективність розвитку цього напряму. За результатами досліджень захищено одну докторську та вісім кандидатських дисертацій.

На кожній із секцій кафедри «Комп’ютерних наук» викладацький та науковий персонал працюють над вирішенням певних наукових проблем.

 

Секція ІТП:

  1. Теоретичні засади, моделі та методи машинно-людинної взаємодії зі складними системами (Науковий керівник - д.т.н., проф. Лавров Є.А.)
  2. Системи підтримки прийняття рішень за умов невизначеності при управлінні складними системами та процесами (Науковий керівник - к.т.н., доц. Шендрик В.В.)

Секція ІКТ:

  1. Інтелектуальні інформаційні технології аналізу даних на основі машинного навчання та розпізнавання образів (Науковий керівник - д.т.н., проф. Довбиш А.С.)
  2. Моделі та методи розпізнавання сигналів, захисту та відновлення інформації (Науковий керівник - к.т.н., доц. Авраменко В.В.)

Секція КСУ:

  1. Методологія синтезу комп'ютерно-інтегрованих систем керування (Науковий керівник - к.ф.-м.н., доц. Дрозденко О.О.)



Науковий напрям «Фізика релятивістських плазмовоподібних систем. Асимптотичні ієрархічні методи та їх застосування до нелінійних задач електродинаміки».

Науковий керівник – завідувач кафедри прикладної математики та моделювання складних систем, доктор фізико-математичних наук, професор Олександр Володимирович Лисенко

Досліджувані явища:

Нелінійні явища в релятивістських плазмовоподібних системах. Формування потужних надкоротких кластерів електромагнітного поля. Множинні трихвильові параметричні резонансні взаємодії хвиль у плазмовоподібних системах. Динаміка електромагнітних хвиль у супергетеродинних лазерах на вільних електронах. Методи та алгоритми асимптотичного інтегрування систем нелінійних рівнянь.

Наукова проблематика:

Динаміка та резонансні взаємодії електромагнітних хвиль у релятивістських плазмовоподібних системах. Нелінійна теорія мультигармонічних супергетеродинних лазерів на вільних електронах різного типу. Визначення оптимальних параметрів таких пристроїв. Модернізація асимптотичних ієрархічних методів, розробка техніки їх застосування до нелінійних задач електродинаміки.

 

Науковий напрям «Електродинаміка і механіка суцільних середовищ» (науковий керівник – Леонід Аншелович Фильштинський). Побудована структурна теорія композитних матеріалів та розроблені математичні методи дослідження контактних задач механіки руйнування і теорії оболонкових структур, що знайшла своє застосування в авіаційній та ракетно-космічній тематиці. Була створена теорія двомірних задач математичної фізики для матеріалів із груповою симетрією та складними фізико-механічними характеристиками. Запропоновані нові підходи до вирішення проблем механіки руйнування елементів конструкцій, що засновані на розв’язанні відповідних крайових задач з застосуванням апарату узагальнених інтегралів типу Коші та теорії сингулярних інтегральних рівнянь. У сучасний час розроблена теорія розповсюджена на нові магнітопружні, магнітоелектропружні матеріали. За матеріалами досліджень опубліковано більш ніж 350 наукових праць, а також 17 монографій та навчальних посібників. Під керівництвом Л.А. Фильштинського захищено 30 кандидатських та 3 докторські дисертації.

 

Науковий напрям «Статистична теорія та молекулярна динаміка нерівноважних нелінійних систем».

 

Науковий керівник – професор кафедри прикладної математики та моделювання складних систем, доктор фізико-математичних наук, професор Олексій Віталійович Хоменко

Досліджувані явища:

Фазові перетворення в ультратонкій плівці мастила. Стохастичні системи з адитивним і мультиплікативним шумами. Системи, що самоорганізуються. Нерівноважні відкриті системи, зокрема отримання нанокристалів методом інтенсивної пластичної деформації. Нелінійні явища в конденсованій речовині. Трибологічні явища у нанорозмірних системах, у тому числі тертя металевих наночастинок по поверхні графену. Тертя льоду.

Наукова проблематика:

Теорія структурних і фазових перетворень конденсованої речовині. Польова теорія стохастичних систем з адитивним і мультиплікативним шумами. Синергетична концепція фазового перетворення і теорія систем, що самоорганізуються.  Статистична теорія та молекулярна динаміка нанотрибологічних систем.

 

Науковий напрям «Механіка адгезівного динамічного контакту неоднорідних матеріалів із шорсткими поверхнями»

Науковий керівник:

Професор кафедри прикладної математики та моделювання складних систем, доктор фізико-математичних наук Яків Олександрович Ляшенко

Досліджувані явища:

Фізичні процеси і явища, які спостерігаються під час контакту шорстких поверхонь, між якими існує адгезія. Досліджуються такі динамічні параметри як площа контакту, нормальні і тангенціальні пружні сили, робота адгезії, міцність контакту на розрив, дисипація енергії. При тангенціальному русі враховується сила тертя.

Наукова проблематика:

Задачі контактної механіки виникають при проектуванні різних механічних конструкцій, в яких є контактуючі частини. Це може бути статичний контакт, наприклад при проектуванні мостів, і динамічний, зокрема при розробці роботів. Наявність адгезії в зоні контакту ускладнює описувані явища. Адгезія грає велику роль у біологічних організмах, наприклад гарними адгезівними властивостями володіє лапа гекона, завдяки будові якої він може переміщуватися по поверхням із будь-яким кутом нахилу до горизонту. Напрямок досліджень пов'язаний зі знаходженням оптимальних режимів адгезівного контакту між матеріалами з різними властивостями. Головна ідея – це створення поверхонь, які матимуть потрібні властивості, за допомогою нанесення покриттів. В цьому випадку на загальну поведінку впливають властивості обох матеріалів (покриття і матеріал, на який це покриття нанесено). Іде розробка в напрямках комп’ютерного моделювання, теоретичного опису і експерименту.

Науковий напрям «Дослідження структури, складу та властивостей нанокомпозитних плівок боридів, нітридів та боридонітридів перехідних металів, синтезованих методами магнетронного розпилення».

 

Науковий керівник:

Професор кафедри прикладної математики та моделювання складних систем, доктор фізико-математичних наук Олександр Андрійович Гончаров

Досліджувані явища:

Фізичні процеси і явища, які пов’язані з формуванням структури нанокомпозитних  плівок в залежності від параметрів магнетронного розпилення, оптимізація структурних та фізико-механічних характеристик одно- та багатошарових систем з метою створення захисних зносостійких покриттів з покращеними характеристиками.

Наукова проблематика:

Дослідження впливу параметрів магнетронного розпилення на формування  структури та фізико-механічних властивостей плівок та покриттів тугоплавких сполук. Вивчення процесів масопереносу у магнетронних розпилювальних системах, та їх впливу на формування структури та властивостей накомпозитних плівкових  матеріалів. Моделювання теплових полів в багатошарових плівкових системах

 

Науковий напрямок «Дослідження традиційних (CdTe, ZnTe, CdS, CdSe, ZnS) та нових (ZnO, MgO, ZnSe, Zn2SnO4, SnS, SnS2, Cu2ZnSnS4) напівпровідникових матеріалів, що використовуються для створення віконних, поглинаючих та струмопровідних шарів плівкових сонячних елементів, детекторів жорсткого та світлового випромінювання, газових детекторів, елементів прозорої та гнучкої електроніки».

Науковий керівник:

Професор кафедри електроніки та комп’ютерної техніки, доктор фізико-математичних наук Опанасюк Анатолій Сергійович.

Розроблена технологія та отримані модельні зразки плівкових сонячних елементів та детекторів жорсткого випромінювання на основі багатокомпонентних сполук, які готові до промислових випробувань. Дослідження проводяться спільно із науковцями із Північної Кореї і США. Проводиться вивчення процесів дефектоутворення у матеріалах та дослідження властивостей тонкоплівкових гетеропереходів на основі сполук А2В6.